[發明專利]半導體陶瓷和使用該半導體陶瓷的半導體陶瓷元件

無效

• 申請號: 98121544.0
• 申請日: 1998-10-21
• 公開（公告）號: CN1093106C
• 公開（公告）日: 2002-10-23
• 發明（設計）人: 川瀬洋一;中山晃慶;上野哲;石川輝伸;新見秀明
• 申請（專利權）人: 株式會社村田制作所
• 主分類號: C04B35/50
• 分類號: C04B35/50;H01C7/04
• 代理公司: 上海專利商標事務所
• 代理人: 白益華

本發明涉及半導體陶瓷，特別是具有負電阻-溫度特性的半導體陶瓷。本發明還涉及使用該半導體陶瓷的半導體陶瓷元件。

已知室溫下具有高電阻和電阻隨著溫度升高而下降的負電阻-溫度(″NTC″)特性的半導體陶瓷元件(具有NTC特性的元件下文稱為“NTC元件”)。通過利用NTC特性，NTC元件可用于多種用途，如抑制驟增電流、延遲電動機的啟動，以及保護鹵素燈。

例如，NTC元件驟增電流裝置通過吸收初始驟增電流來抑制過電流，以防止鹵素燈或半導體元件(如集成電路或二極管)由于接通電源時流經電路的過電流而遭到破壞；并且防止這些元件使用壽命的縮短。此后，NTC元件通過自加熱達到高溫以使電阻值下降，在穩定的狀態下，電能損耗相應降低了。

對于設計成在電動機啟動后再注入潤滑油的那些用于齒輪結構的電動機而言，當電流流經電動機以使齒輪立即以高旋轉速度轉動時，這些齒輪會由于潤滑油供應不足而損壞。同樣地，在研磨機中，研磨機通過磨石的旋轉來研磨陶瓷表面，當驅動馬達一啟動研磨機就以高旋轉速度轉動時，陶瓷會破裂。為了避免這些問題，通過NTC元件來降低電動機的端電壓，以延遲電動機的啟動。此后，NTC元件通過自加熱具有降低了的電阻，以使得電動機在穩定狀態下正常運轉。

已經用含過渡金屬元素(如Mn，Co、Ni或Cu)的尖晶石復合氧化物來作為具有NTC特性并組成這些NTC元件的半導體陶瓷。

據報道，氧化鈷鑭(lanthanum?cobalt?oxides)具有NTC特性，常數B與溫度有關；即常數B隨溫度升高而增加。(例如見V.G.Bhide和D.S.Rajoria的Phys.Rev.B6，[3]，1072，1972，等)。

當NTC元件用于抑制驟增電流時，它必須在溫度升高時具有由自加熱引起的電阻值下降。然而，使用尖晶石復合氧化物的常規半導體陶瓷通常的趨勢是常數B隨電阻的下降而下降。因此，在升高溫度時電阻不能充分地降低，因此在穩定狀態下無法降低電能損耗。

而且在常規半導體陶瓷中，電阻在低于0℃的低溫下有相當大的增加，由此產生的電壓降延遲了儀器或機器的啟動。

使用常規氧化鈷鑭的常規半導體陶瓷元件的常數B在升高溫度下高達6000K。然而，由于其常數B在低溫下為4000K或更高，因此當它作為用于抑制驟增電流的NTC元件時，裝配了該半導體陶瓷元件的儀器或機器在低溫下會有相當大的電壓降。

因此，本發明的一個目的是提供一種半導體陶瓷，其中常數B在升高溫度下約保持在4000K或更高，以減少電能損耗，常數B在足夠低的溫度下降低，使電阻的增加大于所要求的數量，從而防止儀器或機器中的電壓降。

本發明的另一個目的是提供一種使用了所述半導體陶瓷的半導體陶瓷元件。

為了實現上述目的，根據本發明的第一方面，提供了一種半導體陶瓷，它包括氧化鈷鑭作為主組分，以及至少一種選自Li、Na、K、Rb、Cs、Be、Mg、Ca、Sr、Ba、Ni、Cu和Zn的元素的氧化物作為次要組分。具有這種組成，常數B在升高的溫度下保持在約4000K之上，從而使半導體陶瓷的電阻降低，使得電能損耗降低。另一方面，常數B在低溫時變得足夠低，以使得半導體陶瓷的電阻增加至適當水平，以防過電流流經儀器或機器，從而防止儀器或機器啟動被不必要地延遲。

較好的是半導體陶瓷按元素計包含約0.001-1％(摩爾)的用作次要組分的氧化物。通過加入這一含量的次要組分，常數B在低溫下為4000K或更低，從而更有效地緩和了半導體陶瓷的電阻值急劇增加。

較好的是上述氧化鈷鑭是La_xCoO₃(0.5≤x≤0.999)。具有這一組成，可以得到具有優良NTC特性的半導體陶瓷。

較好的是La_xCoO₃的一部分被選自Pr、Nd和Sm的至少一種元素所取代。具有這一組成，可以得到具有優良的NTC特性的半導體陶瓷。

根據本發明的第二方面，提供了一種半導體陶瓷元件，它包括半導體陶瓷和形成在陶瓷上的電極，所述半導體陶瓷包括氧化鈷鑭作為主組分，以及至少一種選自Li、Na、K、Rb、Cs、Be、Mg、Ca、Sr、Ba、Ni、Cu和Zn的元素的氧化物作為次要組分。具有這一結構，常數B在升高溫度下保持在約4000K之上，從而降低了半導體陶瓷的電阻，使得電能損耗降低。此外，常數B在低溫下足夠低，從而使半導體陶瓷的電阻增至恰當水平，以防過電流流經儀器或機器，因此防止了儀器或機器的啟動被不必要地延遲。