[发明专利]半导体陶瓷材料和使用它的电子元器件

说明书

本发明涉及半导体陶瓷材料和使用它的电子元器件，特别涉及具有正电阻温度系数的钛酸钡(BaTiO₃)半导体陶瓷材料和使用这种陶瓷材料的例如热敏电阻的电子元器件。

以往，具有正电阻温度系数(下面简称为PTC)的BaTiO₃半导体陶瓷材料已经广泛地应用于PTC热敏电阻中，例如应用阴极射线管的消磁或者加热器中的元件。而且，为了扩大其使用范围，强烈要求提高BaTiO₃半导体陶瓷材料的耐压，并建议将例如锰(Mn)和钙(Ca)等元素添加到陶瓷材料中。

但是，通过以往的组成和制造方法使BaTiO₃半导体陶瓷材料充分耐压是困难的，并且为了获得高耐压，必须增加半导体陶瓷片的厚度。特别当将半导体陶瓷片结合到电子元器件、例如单片PTC热敏电阻中时，陶瓷片厚度的增加不能超过一定的厚度。因此强烈地要求提高的每单位厚度的半导体陶瓷材料耐压值。

因此，本发明人根据耐压和电阻的温度特性之间的关系，对PTC特性的BaTiO₃半导体陶瓷材料(下面，称为“PTC BaTiO₃半导体陶瓷材料”)进行了广泛深入的研究，发现将在第1温度范围和第2温度范围之间的边界上的边界温度(下面称为“TN温度”，参照图1)控制成180℃或者高于居里温度(Curietemperature)，导致即使在室温下电阻与存在的类似半导体陶瓷材料相同，但耐压却显著地提高。第1温度范围高于居里温度，并且在这种范围内陶瓷材料具有正电阻温度系数，第2温度范围高于第1温度范围，并且在这种范围内陶瓷材料具有负电阻温度系数。

以往的制造BaTiO₃半导体陶瓷材料的方法显示在TN温度与居里温度之间的100-150℃的差。本发明表明将液相成分抑制成最小，并将焙烧温度控制成陶瓷没有被完全烧结的温度，对提高TN温度并导致高的耐压是有效的。本发明是基于这种发现而实现的。所谓“没有被完全烧结”是指被烧结的陶瓷粒子具有一定量的粒间空间的状态。反之，所谓“被完全烧结”是指被烧结的陶瓷粒子具有高密度，使得实际上用普通的电子显微镜看不见粒间空间的状态。

本发明的目的在于提供一种能高耐压的PTC的BaTiO₃半导体陶瓷材料，本发明的另一个目的在于提供一种半导体陶瓷材料的制造方法。本发明的另外一个目的在于提供一种使用这种半导体陶瓷材料的电子元器件。

本发明第1发明的半导体陶瓷材料，包含钛酸钡(BaTiO₃)并具有正电阻温度系数(PTC)特性，

在第1温度范围和第2温度范围之间的边界上的边界温度是180℃或者高于居里温度，其中

第1温度范围高于居里温度，并且在这种范围内陶瓷材料具有正电阻温度系数，

第2温度范围高于第1温度范围，并且在这种范围内陶瓷材料具有负电阻温度系数。

较好的是，用钐(Sm)原子代替钡(Ba)原子的一部分，或者包含用r1表示的大约0.0005克分子(mol)比的二氧化硅(SiO₂)，和可选择地包含用r2表示的大约0到0.0001克分子(mol)比的锰(Mn)，以及基于作为主要成分的BaTiO₃的克分子(mol)比。

在本发明中，居里温度是指从正方晶到立方晶或者从立方晶到正方晶的晶相转移温度。

本发明另一个发明的电子元器件，

包括内部电极和前述的半导体陶瓷材料，

所述内部电极和所述半导体陶瓷材料相互重叠。

本发明另一个发明的半导体陶瓷材料的制造方法，包括

对钛酸钡(BaTiO₃)源材料、将半导体性能加给钛酸钡(BaTiO₃)的材料和二氧化硅(SiO₂)以及可选择地加入锰(Mn)进行混合而形成混合物，

对产生的混合物进行煅烧，

对煅烧后得到的混合物与有机粘结剂进行混合，

对产生的混合物进行压坯而形成坯块，

在H₂/N₂气氛中并在低于混合物被完全烧结的温度下，对坯块进行焙烧，

在空气中对焙烧后的坯块再次进行氧化。

较好的是，在大约1000℃温度下再次进行氧化，

较好的是，焙烧温度大约是1225-1275℃。

虽然陶瓷材料被完全烧结的温度依赖于它的化学成分，但本发明的半导体陶瓷材料在1350℃被完全烧结。