JPH038759A

JPH038759A - 半導体磁器物質

Info

Publication number: JPH038759A
Application number: JP1196285A
Authority: JP
Inventors: Tsutomu Sakashita; 坂下　勉
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1989-03-16
Filing date: 1989-07-27
Publication date: 1991-01-16

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野］本発明は粒界絶縁形半導体磁器コンデンサ、容量性バリ
スタ等の電子材料に用いられる半導体磁器物質に関する
。

〔従来の技術〕

近年、チタン酸ストロンチウム（ＳｒＴｉＯｓ）又はチ
タン酸ストロンチウムカルシウム固溶体（Ｓｒ＋−ｘＣ
ａｙＴｉＯ，、）を主体とする半導体磁器の粒界に、誘
電体とじて高絶縁層を設けてなる粒界層型半導体磁器コ
ンデンサが広く用いられている。従来、このような半導
体磁器物質は、まず主成分であるチタン酸ストロンチウ
ム（ＳｒＴｉ０３）又はチタン酸ストロンチウムカルシ
ウム固溶体（Ｓｒ、□Ｃａ、Ｔｉ、Ｏｓ）に、酸化ニオ
ブ（Ｎｂ２０．）、酸化イツトリウム（Ｙ２Ｏ２）等の
原子化制御剤及び酸化ケイ素（ＳｉＯ２）、酸化アルミ
ニウム（八２□０３）等の焼結助剤を夫々添加し、中性
又は還元雰囲気中にて焼成して半導体磁器を得、次にこ
の半導体磁器の粒界に誘電体層を設けるべく酸化マンガ
ン（ＭｎＯｚ）　＋酸化銅（Ｃｕｂ）、酸化ビスマス（
Ｂｉｚ０３）等の金属酸化物の１つ又は複数組み合せた
拡散物質を熱拡散させることによって得られていた（特
開昭５６−１４４５２２号）。

ところで、こうして得られる半導体磁器物質の比誘電率
（εＡ）、誘電正接（ｔａｎδ）、絶縁抵抗率（ρ）等
の電気的特性は、前記拡散物質としてどのような物質を
用いるかによって異なる。例えば、拡散′＋！！Ｊ質と
して酸化マンガン（ＭｎＯｚ）又は酸化銅（Ｃｕｂ）を
用いて得られる半導体磁器物質にあっては、誘電正接が
高く、また比誘電率が低くなる。

一方、拡散物質として酸化ビスマス（Ｂｉｚ（ｈ）及び
酸化銅（Ｃｕｂ）の混合物を用いる場合には、それらを
単一で使用する場合に比べて平均的に各電気的特性が向
上するが、充分な特性値を達成しているとはいえなかっ
た。

そこで、本発明者らは、拡散物質として種々の材料を用
いた場合の半導体磁器物質の電気特性を調査し、その結
果、拡散物質として２０〜９８モル％の酸化ビスマス（
Ｂｉｇ（ｈ）と１〜３０モル％の酸化銅（Ｃｕｂ）と、
１〜７０モル％の炭酸ナトリウム（ＮａｇＣＱ３）又は
酸化ナトリウム（ＮａｚＯ）との混合物を用いた場合に
は、すべての電気的特性が良好である半導体磁器物質が
得られることを知見した（特願昭６２２４８９１３号）
。

（発明が解決しようとする課題］しかしながら最近、上述した混合物を拡散物質として用
いた場合でも、半導体磁器のロフトによって充分な絶縁
抵抗率を有する半導体磁器物質が得られない場合がある
ことが明らかとなった。これは、例えば、チタン酸スト
ロンチウム（ＳｒＴｉ（ｈ）又はチタン酸ストロンチウ
ムカルシウム固溶体（Ｓｒ＋−ｘｃａｙＴ＋０１）を主
成分とする半導体磁器において、ストロンチウム（Ｓｒ
）とチタン（Ｔｉ）とのモル比のごくわずかな変動が半
導体磁器の性状に大きな影響を与えているためである。

しかもそのごくわずかな変動を完全に防止することは非
常に困難であり、従って半導体磁器の結晶粒界に形成さ
れている誘電体層もその変動の影響を受けるという問題
があった。

本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、拡散
物質として、旧、　Ｐｂ、　Ｃｕ、　Ｂ　、　Ｎａ又は
Ｋの化合物のうちの１種又は２種以上の混合物と酸化チ
タンとを含む組成物を用いることにより半導体磁器の組
成変動があっても、良好な比誘電率、誘電正接及び絶縁
抵抗率の電気特性が安定して得られる半導体磁器物質を
提供することを目的とする。

［課題を解決するための手段］本発明に係る半導体磁器物質は、半導体磁器の結晶粒界
に拡散物質を１拡散させ、その結晶粒界に誘電体層を形
成せしめてなる半導体磁器物質において、前記拡散物質
には、酸化チタン（ＴｉＯ２）１〜３０モル％と、Ｂｉ
　、　Ｐｂ、　Ｃｕ、　Ｂ　、　Ｎａ又はＫの化合物の
うちの１種又は２種以上の混合物７０〜９９モル％とが
含まれていることを特徴とする。

〔作用〕

本発明の半導体磁器物質にあっては、半導体磁器の結晶
粒界に拡散させる物質として、酸化チタンが１〜３０モ
ル％含まれている組成物を用いるので結晶粒界に薄（欠
陥が少ない誘電体層が形成される。これにより、半導体
磁器物質の絶縁抵抗率が安定に保持せしめられ、半導体
磁器の組成変動があっても、良好な比誘電率、誘電正接
及び絶縁抵抗率等の電気特性が安定して得られる。

〔実施例〕

以下本発明を、コンデンサの製造に用いた場合の実施例
について具体的に説明する。

まず本発明の半導体磁器物質の製造方法について説明す
る。半導体磁器の主成分となるチタン酸ストロンチウム
（ＳｒＴｉＯ＋）に酸化ニオブ（ＮｂｚＯｓ）及び酸化
銅（Ｃｕｂ）を夫々０．０５〜２モル％の範囲で添加し
、十分に混合した後、直径１０ｍｍ、厚さ０．７１ηｍ
の円板状に成形する。この後、水素１〜１５体積％、窒
素９９〜８５体積％からなる雰囲気中で、１４４０°Ｃ
〜１５４０°Ｃの範囲で４〜６時間焼成して半導体磁器
を製造する。

次にこうして得られた半導体もｄ器の片面に、酸化チタ
ン（ＴｉＯ２）が１〜３０モル％含まれており、旧１１
ｂｌｃｕｌ　Ｂ　、Ｎａ又はＫの化合物のうちの１種又
は２種以上の混合物が７０〜９９モル％含まれている拡
散物質を塗布し、１０００°Ｃ〜１３００°Ｃで１〜２
時間加熱して、拡散物質を熱拡散させ、誘電体層を形成
させる。最後に、このようにして得られた半導体磁器物
質の両面に銀ペーストを印刷し、８００°Ｃ程度で焼付
けて銀電極とし、コンデンサを得る。

第１表及び第２表は、種々の組成比の拡散物質を半導体
磁器に塗布し、上述の如く熱拡散させて得た半導体磁器
物質について、その電気的特性を調べた結果を示したも
のである。特に、第１表はＢｉ、Ｃｕ、Ｎａ、Ｔｉの組
成比を変化させた拡散物質を１０ロフトの半導体磁器に
塗布した場合に得られた夫々の電気特性の値を示してお
り、また第２表は旧。

Ｐ　ｂ　、Ｃｕ　＋　Ｂ　＋　Ｎ　ａ　＋　Ｋ　、Ｔ　
ｉのうちの２種以上を含む拡散物質を半導体磁器に塗布
した場合に得られた電気特性の平均値を示している。な
お、第１表及び第２表の最左欄に※印を付したものは前
記拡散物質の組成比が本発明の条件から逸脱したものを
示している。また、第１表の電気特性の欄において、上
段の数値は比誘電率（εＡ）、中段の数値は誘電正接（
ｔａｎδ３％）、下段の数値は絶縁抵抗率（ρ。

Ωｃｍ）を示している。前記比誘電率及び誘電正接は、
周波数（１ｋＨｚ、電圧ＩＶ）の交流にて測定した値で
あり、絶縁抵抗率（ρ、Ωａｎ　）はＤＣ２５Ｖ１分値
により求めた値である。

（以下余白）第２表試料番号１３は欠番（以下余白）第１表で示されているように、酸化ビスマス（Ｂｉｚ０
３）、酸化銅（Ｃｕｂ）及び炭酸ナトリウム（Ｎａ２Ｃ
Ｏ３）の混合物１００モル％からなる拡散物質を用いた
場合、即ち、酸化チタンを全く含まない拡散物質を用い
た場合、ロット３及び１０を除く半導体磁器物質では比
誘電率が１５００００程度、誘電正接０．４％程度、絶
縁抵抗率が４Ｘ１０”Ωｃｍ程度とすべての電気特性に
ついて良好な結果が得られているのに対し、ロット３及
び１０では、絶縁抵抗率が１０９Ωｃｍ台と、他のロフ
トと比べて１桁程度低下している。

一方、酸化チタン（ＴｉＯ２）を１モル％以上含む拡散
物質を用いた場合は、ロット３及び１０においても絶縁
抵抗率−が１０−０Ωｃｍ以上であり、すべての電気特
性について良好な結果が得られている。

これは、酸化ビスマス（Ｂｉｚ（ｈ）＋酸化銅（Ｃｕｂ
）及び炭酸ナトリウム（Ｎａ２ＣＯ３）内の配合比を変
えても同様に言うことができ、酸化チタン（ＴｉＯ２）
を１モル以上添加することで絶縁抵抗率の安定化が図れ
ることがわかる。

また、第２表でも示されているように酸化チタン（Ｔｉ
（ｈ）を１〜３０モル％含む拡散物質を用いた場合は、
拡散物質の他の成分に拘わらず、酸化チタン（Ｔｉ（ｈ
）を含まない場合と比べてほぼ同等の比誘電率を維持し
たまま絶縁抵抗率が１桁以上向上している。このことか
らも、酸化チタン（ＴｉＯ２）を１モル以上添加するこ
とで絶縁抵抗率の安定化が図れ、例えば粒界絶縁型半導
体磁器コンデンサに応用した場合、小型大容量を図る上
で非常に有効であることがわかる。

また、第１表及び第２表では、拡散物質中の酸化チタン
（Ｔｉ１２）が３０モル％を超えた場合は、比誘電率の
低下が大きく、また静電正接も１％を超えることが示さ
れている。

従って、第１表及び第２表から酸化チタン（ＴｉＯ７）
１〜３０モル％とＢｉ、　Ｐｂ、　Ｃｕ、　Ｂ　、　Ｎ
ａ又はＫの化合物のうちの１種又は２種以上の混合物７
０〜９９モル％とが含まれている拡散物質を用いれば、
組成変動により電気特性が異なっても、すべての電気特
性が良好な半導体磁器物質を安定に得ることができるこ
とが明らかである。

なお、上述の実施例では、前記半導体磁器物質の両面に
銀ペーストを印刷してこれを焼付け、銀電極としたが、
その他の公知の電極材料を用いてもよいのはいうまでも
ない。また、半導体磁器製造時の焼成雰囲気は、上述の
実施例の如く水素ｌ〜１５体積％、窒素９９〜８５体積
％からなる雰囲気に限定されるものではなく、試料が十
分に半導体化され得る雰囲気であれば他の雰囲気であっ
ても差し支えないのはいうまでもない。

〔発明の効果］以上詳述した如く、本発明の半導体磁器物質にあっては
、酸化チタン（ＴｉＯ２）１〜３０モル％と、Ｂｉ。

Ｐｂ、Ｃｕ＋　Ｂ　、Ｎａ又はＫの化合物のうちの１種
又は２種以上の混合物７０〜９９モル％とが含まれる拡
散物質を用い、半導体磁器の結晶粒界に拡散させるので
、良好な比誘電率、誘電正接、絶縁抵抗率の電気特性が
安定して得られる。そして、得られた半導体磁器物質は
、粒界絶縁型半導体も磁器コンデンサ、容量性バリスタ
等の電子材料に用いることができる等本発明は優れた効
果を奏する。

Claims

【特許請求の範囲】

１．半導体磁器の結晶粒界に拡散物質を拡散させ、その
結晶粒界に誘電体層を形成せしめてなる半導体磁器物質
において、前記拡散物質には、酸化チタン（ＴｉＯ＿２）１〜３０
モル％と、Ｂｉ，Ｐｂ，Ｃｕ，Ｂ，Ｎａ又はＫの化合物
のうちの１種又は２種以上の混合物７０〜９９モル％と
が含まれていることを特徴とする半導体磁器物質。