[其他]半導體陶瓷合成物和半導體陶瓷電容器

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 87105776
• 申請日: 1987-07-28
• 公開（公告）號: CN87105776A
• 公開（公告）日: 1988-02-24
• 發(fā)明（設計）人: 小野秀一;板垣秋一;矢作正博;古川喜代志;藤原忍;及川泰仲
• 申請（專利權）人: TDK株式會社
• 主分類號: H01B3/12
• 分類號: H01B3/12;C04B35/00;H01G4/12;H01L29/95
• 代理公司: 中國專利代理有限公司
• 代理人: 肖掬昌,吳秉芬

本發(fā)明涉及半導體陶瓷電容器用的半導體陶瓷合成物，更詳細地說，涉及適用于邊界層型半導體陶瓷電容器的SrTiO₃-Y₂O₃-Nb₂O₅系統(tǒng)半導體陶瓷合成物和這類電容器。

作為無源電子電路元件的半導體陶瓷電容器通常分為表面層型和邊界層型兩類。表面層型半導體陶瓷電容器包括還原和再氧化型半導體陶瓷電容器和阻擋層型半導體陶瓷電容器。

還原和再氧化型半導體陶瓷電容器通常按下列程序制備。令加有半導電性添加劑的BaTiO₃或SrTiO₃系統(tǒng)壓坯在大氣中燃燒或燒制，以制備介電的陶瓷，然后將其在還原性氣氛中進行熱處理，以制取半導體陶瓷體。將由此得出的半導體陶瓷體在大氣中或氧氣氛中進行熱處理，使氧通過其表面擴散入陶瓷體中，以彌補氧的缺陷。這樣就制成了一種復合式的陶瓷體，陶瓷體的表面層起電介質層（再氧化層）的作用，其內部起半導體的作用。然后在復合式陶瓷體兩表面配上電極，就制成一個大電容的小型半導體陶瓷電容器。這種電容器的靜電電容取決于其表面層的厚度，增加厚度可以提高額定電壓值。

現(xiàn)在談談阻擋層型半導體電容器的制備過程。

令一般由BaTiO₃系統(tǒng)原料制成含半導電性添加劑的壓坯在大氣中燃燒，再用汽相淀積法在燒過的壓坯表面形成銅等金屬膜。往金屬膜上加一個銀之類的材料（其氧化物易于形成P型半導體）制成的電極，然后在大氣中進行熱處理，使電極表面形成約0.3至3微米厚的阻擋層。這樣就得出一種阻擋層型半導體陶瓷電容器。這種電容器表面形成其上配有外電極的阻擋層絕緣體，其內部形成半導體。這類電容器盡管因阻擋層極薄而介電強度下降，但由于靜電電容大，因而還是適合作為低電壓大電容的電容器。

邊界層型半導體陶瓷電容器一般按下列工序制造。

令含半導電性添加劑的BaTiO₃或SrTiO₃系統(tǒng)的壓坯在還原氣氛中燃燒以制備半導體陶瓷體。然后在陶瓷體表面敷上BiO₂之類的金屬氧化物，將其在大氣中進行熱處理。這樣就使金屬離子滲透入陶瓷體內部，在陶瓷體的晶界形成含金屬離子的絕緣層。陶瓷的各晶粒內部形成摻有導電性添加劑的原子價受控制的半導體。這樣陶瓷體中各晶粒邊界層內部就變?yōu)榻^緣層，圍繞在原子價受控制的半導體周圍。將如此形成的絕緣晶粒邊界層在各方向上連接在一起呈矩陣形，以制取海棉狀電介體。然后將各電極烘干成邊界層型半導體陶瓷電容器。

上述半導體陶瓷電容器體積小，電容大，但電壓特性、介質損耗和頻率特性都差，因而只能作旁路用。然而，制造技術的進展足以提高這些特性，由此制造出以SrTiO₃系統(tǒng)材料為基本原料的半導體陶瓷電容器，這種電容器可廣泛用于各種用途，從耦合、信號電路和脈沖電路，直到半導體噪音的防止。

但盡管取得了如此的進展，半導體陶瓷電容器在電氣特性方面終究還是差些，如下面表一所示，下面即將談到。更詳細地說，還原再氧化型電容器與邊界層型電容器相比，絕緣電阻降低了，介質損耗增加了。同樣，阻擋層型電容器有這樣的缺點：介質擊穿電壓降低到60到80伏的水平，絕緣電阻下降，介質損耗增加。原子價受控型電容器也具有這些缺點。

這類表面層型半導體陶瓷電容器的基本原料都是SrTiO₃系統(tǒng)，因而陶瓷體厚，從而使電容器達不到Cs≥5毫微法/平方毫米的大電容。

邊界層型半導體陶瓷電容器的基本原料是與BaTiO₃不同的SrTiO₃系統(tǒng)，因而與表面層型半導體陶瓷電容器比較，絕緣電阻提高了，介質損耗下降了。但這種電容器的電容低到3.0毫微法/平方毫米的水平，達不到Cs≥5毫微法/平方毫米的高水平。

在表面層型半導體陶瓷電容器中，電容C并不與其厚度成反比，因此介電常數(shù)εs可按下列方程求出：

Cs（毫微法/平方毫米）＝8.85×10^-6εs/t ……（1）

Vb（伏）＝Eb·t????……（2）

于是εs·Eb（伏/毫米）＝1.13×10⁵Cs·Vb

表一中的εs·Eb乘積即按上式求出。