[發明專利]焦綠石薄膜多層陶瓷電容器及其低溫制備方法

無效

• 申請號: 201210009417.5
• 申請日: 2012-01-12
• 公開（公告）號: CN102543430A
• 公開（公告）日: 2012-07-04
• 發明（設計）人: 任巍;何帆;史鵬;莫哈默德·賽德·卡恩;吳小清
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: H01G4/008
• 分類號: H01G4/008;H01G4/12;H01G4/30
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 徐文權

技術領域：

本發明是關于新型電子元件的發明。本發明涉及在低溫(攝氏20～200度)下制備由焦綠石電介質薄膜層和賤金屬電極層構成的高電容量薄膜多層陶瓷電容器的制備方法。特別涉及在低溫下用射頻磁控濺射法制備焦綠石薄膜多層陶瓷電容器的方法。

背景技術：

陶瓷電容器一直是微電子技術和光電子技術中應用的重要元件。為了適應微電子技術對小型化、集成化和平面化的要求，國內外都致力于多層陶瓷電容器的研究。多層陶瓷電容器(MLCC)使用片式陶瓷做疊層，通過涂覆的電極使各個疊層連接，本質是擴大了電容的面積S，從而使其具有了體積小、容量大、機械強度高、內感小、高頻性能佳、可靠性高等優點。MLCC廣泛應用于小型化和可靠性要求高的電子設備領域。目前制備大多采用的工藝是流延法，單層膜的厚度最薄為1μm左右。為了提高其單個電容器的電容量，應當增大電介質的介電常數、減小電介質層的厚度。

我們知道，電容器的電容量C有以下關系：

C=ϵSd---(1)]]>

其中ε為電介質的介電常數；S為電極面積，d為電介質厚度。而對于多層陶瓷電容器，電容量C有以下關系：

C＝ε(n-1)S/d??????????????????????(2)

其中n為電極層數。

由公式(2)可見，對于層數、有效電極尺寸確定多層陶瓷電容器，提高電容器電容量的途徑有兩種，一種是提高電介質的介電常數ε，一種是減小電介質層的厚度d。目前所廣泛采用的途徑一個是提高電介質的介電常數，即采用高介電常數的介電陶瓷作電介質材料制成的單層或多層陶瓷電容器，但這些介電材料一般需要在較高的溫度下進行燒結。這就要求所采用的電極材料必須是在高溫下不易被氧化的貴重金屬，很大程度上增加了多層陶瓷電容器的成本。提高電容器電容量的另一個途徑是降低兩電極之間電介質層的厚度d。對于目前廣泛采用的流延法，單層膜的厚度最薄為1μm左右，再減小流延法成膜的厚度十分困難。

如果采用薄膜工藝制作多層陶瓷電容器，將大大的降低單層膜厚度d。這不僅可以在很大程度上提高單層電容器的電容量，也可以在相同體積下增加電容器的層數，從而也增加了單個多層陶瓷電容器的電容量。薄膜的制備方法有多種，主要分為物理方法和化學方法，其中常用的方法有射頻磁控濺射(RF-Sputtering)、脈沖激光沉積(Pulsed?Laser?Deposition)、分子束外延(MBE)、金屬有機氣相沉積(MOCVD)、溶膠-凝膠法(Sol-Gel)以及金屬有機化合物分解法(MOD)等。其中本發明所用的射頻磁控濺射法是一種比較成熟的薄膜制備技術，這種方法是利用在電場作用下高速運動的離子轟擊靶材，從靶上轟擊下的原子或者離子團沉積在襯底上形成薄膜。這種方法的主要優點是工藝比較成熟、所沉積的薄膜粗糙度小、致密度好、可獲得較大面積的外延膜等。

然而在大多數的報道中，制作多層陶瓷電容器所用的陶瓷電介質層需要在較高的溫度下燒結。例如對于電介質是鈦酸鋇的多層陶瓷電容器，其電介質層燒結溫度需要在1200℃左右，甚至更高。而燒結過程如果在惰性氣氛或者還原性氣氛中進行，則會在作為電介質的氧化物層中產生較多的氧空位，這樣導致電介質的介電損耗增加，最終使多層陶瓷電容器的損耗增加。

以下是申請人檢索到的與本發明相關的參考文獻和已有專利：

1.Zhibin?Tian，Xiaohui?Wang，Like?Shu，Tian?Wang，Tae-Ho?Song，Zhilun?Gui，and?Longtu?Li，Journal?of?the?American?Ceramic?Society?92(4)，830(2009).

2.Hiroshi?KISHI，Youichi?MIZUNO?and?Hirokazu?CHAZONO，Jpn.J.Appl.Phys.Vol.42(2003)，pp1-15