[发明专利]晶界层半导体陶瓷片氧化剂涂覆料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于电子信息功能材料技术领域，具体涉及用于对晶界层型半导体陶瓷基片表面进行涂覆的氧化剂涂覆料及其制备方法。

背景技术

高介单层微型单层陶瓷电容器(SLC)可以实现尺寸微小、电容量大、应用温域宽(-55℃～125℃)、电容变化率小(≤±15％)、频率特性好等优点，广泛用于微组装工艺和微波电路中。目前全球范围内能提供此类高性能大容量单层微型电容器陶瓷片的主要有AVX、JOHANSON、ATC、DLI等屈指可数的几家公司，而全球每年对高介单层微型单层陶瓷电容器的需求达到数十亿只。

从20世纪70年代SrTiO₃基作为晶界层电容器基础材料以来，其电性能得到普遍认可，随后对其制备工艺以及微观理论的研究均取得了较大的进展，目前高介单层微型陶瓷电容器的基片材料用的大多是SrTiO₃系陶瓷材料。长久以来的研究表明，要使SrTiO₃晶界层电容器具有高介电常数、低介质损耗和良好电容温度变化率的技术特征，瓷片具有适合的晶界层结构是其中最为重要的条件之一，最早在1983年研发的SrTiO₃系复合功能陶瓷就是采用还原烧成-液相涂覆扩散离子-氧化热扩散的方法进行的。1998年《韩国物理学会会刊》(JournaloftheKoreanPhysicalSociety)上发表的《采用真空烧结方法制备用于晶界层电容器的SrTiO₃基陶瓷材料》(PreparationofSrTiO₃-basedceramicmaterialforboundarylayercapacitorbyvacuumsinteringmethod)，文中采用独立的PbO-Bi₂O₃-B₂O₃-CuO氧化剂对SrTiO₃基晶界层陶瓷进行涂覆，随后进行了1050℃/0.5h的氧化热处理制备晶界层，从而获得性能良好的晶界层电容器陶瓷材料，该工艺存在的问题主要是氧化剂涂覆料中采用了易挥发的有毒原材料PbO。而2004年《陶瓷国际》(CeramicsInternational)报道的《SrTiO₃基陶瓷的热稳定性和介电性能》(ThethermalsensitivityanddielectricpropertiesofSrTiO₃-basedceramics)文章和《固态电子》(Solid-StateElectronics)报道的《M₂O₃-PbO-CuO掺杂SrTiO₃陶瓷的制备和电性能》(PreparationandelectricalpropertiesofSrTiO₃ceramicsdopedwithM₂O₃-PbO-CuO)文章中都没有采用氧化剂涂覆料来形成晶界层结构的工艺，它们尽管都获得了温度稳定性较好的高介SrTiO₃陶瓷材料(介电常数约为7000～18000)，但无一例外的采用了易挥发PbO作为掺杂剂，并专门指出Pb离子在施主缺陷和介电常数增强方面不可或缺的重要作用。同样没有采用氧化剂涂覆料来形成晶界层结构的2003年中国专利CN1389882A中公开的SrTiO₃晶界层陶瓷电容器介电常数达到30000，损耗在1.5％以下，温度稳定性满足±15％要求，但是其中同样采用了容易挥发的有毒元素Pb来获得性能的突破。2007年《微波学报》上发表的《用于微波电路的单层片式晶界层电容器》指出需要在瓷料中添加受主掺杂的涂覆物，经烧结和氧化热处理后形成所需的晶界层，才能获得性能良好的半导体陶瓷电容器，文中描述的介电常数可以达到50000，电容量变化率在±22％之间，但是文章中没有指明采用了何种涂覆材料及其相关制备方法。