[發明專利]半導電陶瓷和半導電陶瓷電子元件

有效

• 申請號: 99104910.1
• 申請日: 1999-03-31
• 公開（公告）號: CN1093104C
• 公開（公告）日: 2002-10-23
• 發明（設計）人: 川本光俊;新見秀明
• 申請（專利權）人: 株式會社村田制作所
• 主分類號: C04B35/468
• 分類號: C04B35/468;H01L41/16
• 代理公司: 上海專利商標事務所
• 代理人: 陳亮

本發明涉及一種半導電陶瓷，尤其涉及一種含鈦酸鋇的半導電陶瓷。本發明還涉及由半導電陶瓷形成的半導電陶瓷電子元件。

傳統地，用于控制溫度、限制電流、在不變的溫度下產生熱量的電子元件，以及類似的應用使用具有正溫度系數特性(下面稱為PTC特性)的半導電陶瓷；即，其中在高于居里溫度的溫度下，其電阻大幅增加。就這樣的半導電陶瓷而論，已經廣泛地使用鈦酸鋇陶瓷。

近年來，對具有較高的耐壓(即，較高的絕緣強度)的上述應用的半導電陶瓷電子元件產生了需要，由此可以在較高的電壓下應用。特別地，在電路過電流保護元件中使用的半導電陶瓷電子元件必須具有較高的耐壓。

通常知道，當半導電陶瓷的顆粒尺寸減小時其絕緣強度增加。因此，為增加耐壓已經對形成半導電陶瓷的顆粒進行了研究。例如，在第4-26101號日本專利申請公開中揭示了將Dy₂O₃和Sb₂O₃摻到由SrTiO₃和BaTiO₃形成的半導電陶瓷中(它含TiO₂、SiO₂、Al₂O₃和MnO₂)提供了具有較高耐壓和較低電阻率的半導電陶瓷。雖然電阻率低至50Ω·cm，但絕緣強度為大約200V/mm，仍然不能令人滿意。另外，顆粒的尺寸不利地大到6-15μm。

第60-25004號日本專利公告中揭示了具有顆粒尺寸為1-5μm和最大絕緣強度為500V/mm的顆粒半導電陶瓷，它是通過粉碎和混合鈦酸鋇和Sb氧化物(作為半導電劑)；在控制的條件下進行煅燒；在控制的條件下壓制；以及在1350℃下燒制壓制品而得到的。但是，其絕緣強度對對于滿足較高耐壓的新的要求還是不足夠。

其間，為了增加絕緣強度，曾經試圖將半導電陶瓷的顆粒尺寸減小到1.0μm或更小。但是，當半導體的平均顆粒尺寸減小時，陶瓷在室溫下的電阻率在經歷一段時間后不利地表現出增加(下面稱為“歷時增加(time-course?increase)”)。

下面將描述室溫下由BaCO₃/BaO表示的比值和電阻率的歷時變化的關系。

當從碳酸鋇和氧化鈦合成鈦酸鋇時，未反應的碳酸鋇通常痕量地留在鈦酸鋇顆粒的表面上。過量的來反應的碳酸鋇在燒制中提供了氧化鋇。雖然在燒制后氧化鋇留在陶瓷顆粒中，但當陶瓷被允許處于空氣中時，氧化鋇和空氣中的二氧化碳反應，由此作為具有較高電阻的碳酸鋇相分開顆粒邊界。本發明的發明人已經發現，以顆粒邊界形成的碳酸鋇相導致室溫下電阻率的增加，這種增加可以通過控制鈦酸鋇基的半導電陶瓷的由BaCO₃/BaO表示的相對光譜強度比值來防止。本發明根據這個發現完成。

本發明的一個目的是提供一種半導電陶瓷，它的絕緣強度為800V/mm或更大，在室溫下的電阻率為100Ω·cm或更小，室溫下的電阻率大致上沒有歷時變化。

本發明的另一個目的是提供一種由半導電陶瓷制成的半導電陶瓷電子元件。

相應地，在本發明的第一方面，提供了一種由經燒結的半導體材料制成的半導電陶瓷，該材料含鈦酸鋇，這種陶瓷平均顆粒尺寸為1.0μm或更小，由BaCO₃/BaO表示的相對光譜強度比值在陶瓷表面由X射線光電子能譜法(X-rayPhotoelectron?Spectrometry，以下記作XPS)確定為0.5或更小。

根據本發明的第一方面的半導電陶瓷的絕緣強度為800V/mm或更大，室溫下的電阻率為100Ω·cm或更小，室溫下的電阻率大致上沒有歷時段變化。

在本發明的第二方面，提供了一種半導電陶瓷元件，其中，在如本發明的第一方面中所述的半導電陶瓷的每一個主表面上形成電極。

根據本發明的第二方面的半導電陶瓷元件的電阻率表現出在室溫下無歷時變化。另外，絕緣強度也由于鈦酸鋇的平均經顆粒尺寸為1.0μm或更小而增加。另外，半導電陶瓷電子元件的厚度可以減小到0.7-1.0mm這么小，但是傳統的半導電陶瓷電子元件的厚度接近于2mm。

如上所述，本發明提供了由經燒結的半導體材料制成的半導電陶瓷，該材料含鈦酸鋇，其中，半導電陶瓷的平均顆粒尺寸為1.0μm或者更小，在陶瓷表面由XPS測得的由BaCO₃/BaO表示的相對光譜強度比值為0.5或更小。