半導(dǎo)體陶瓷電容器
(1)表面層陶瓷電容器 電容器的微小型化,即電容器在盡可能小的體積內(nèi)獲得盡可能大的容量,這是電容器發(fā)展的趨向之一。對于分離電容器組件來說,微小型化的基本途徑有兩個:①使介質(zhì)材料的介電常數(shù)盡可能提高;②使介質(zhì)層的厚度盡可能減薄。在陶瓷材料中,鐵電陶瓷的介電常數(shù)很高,但是用鐵電陶瓷制造普通鐵電陶瓷電容器時,陶瓷介質(zhì)很難做得很薄。首先是由于鐵電陶瓷的強度低,較薄時容易碎裂,難于進(jìn)行實際生產(chǎn)操作,其次,陶瓷介質(zhì)很薄時易于造成各種各樣的組織缺陷,生產(chǎn)工藝難度很大。
表面層陶瓷電容器是用BaTiO3等半導(dǎo)體陶瓷的表面上形成的很薄的絕緣層作為介質(zhì)層,而半導(dǎo)體陶瓷本身可視為電介質(zhì)的串聯(lián)回路。表面層陶瓷電容器的絕緣性表面層厚度,視形成方式和條件不同,波動于0.01~100μm之間。這樣既利用了鐵電陶瓷的很高的介電常數(shù),又有效地減薄了介質(zhì)層厚度,是制備微小型陶瓷電容器一個行之有效的方案。 [1]
右圖(a)為表面屢陶瓷電容器的一般結(jié)構(gòu),(b)為其等效電路。在半導(dǎo)體陶瓷表面形
表面層陶瓷電容器的結(jié)構(gòu)及其等效電路成表面介質(zhì)層的方法很多,這里僅作簡單介紹。在BaTiO3導(dǎo)體陶瓷的兩個平行平面上燒滲銀電極,銀電極和半導(dǎo)體陶瓷的接觸介面就會形成極薄的阻擋層。由于Ag是一種電子逸出功較大的金屬,所以在電場作用下,BaTiO3導(dǎo)體陶瓷與Ag電極的接觸介面上就會出現(xiàn)缺乏電子的阻擋層,而阻擋層本身存在著空間電荷極化,即介面極化。這樣半導(dǎo)體陶瓷與Ag電極之間的這種阻擋層就構(gòu)成了實際上的介質(zhì)層。
這種電容器瓷件,先在大氣氣氛中燒成,然后在還原氣氛中強制還原半導(dǎo)化,再在氧化氣氛中把表面層重新氧化成絕緣性的介質(zhì)層。再氧化層的厚度應(yīng)控制適當(dāng)。若氧化膜太薄,電極和陶瓷間仍可呈現(xiàn)pn結(jié)的整流特性,絕緣電阻和耐電強度都得不到改善。隨著厚度的逐漸增加,pn結(jié)的整流特性消失,絕緣電阻提高,對直流偏壓的依存性降低。但是,再氧化的時間不宜過長,否則可能導(dǎo)致陶瓷內(nèi)部重新再氧化而使電容器的容量降低。還原處理的溫度為800~1200℃,再氧化處理的溫度為500~900℃。經(jīng)還原處理后的陶瓷材料,絕緣電阻率可降至10~103Ω·cm,表面層的電阻率低于內(nèi)部瓷體的電阻率;薄瓷片的電阻率,一般比處理條件相同的較厚瓷體的電阻率低一些。由于再氧化處理形成的表面絕緣性介質(zhì)層的厚度比較薄,所以盡管其介電常數(shù)不一定很高,但是經(jīng)還原再氧化處理后,該表面層半導(dǎo)體陶瓷電容器的單位面積容量仍可達(dá)0.05~0.06μF/cm2。
(2)晶界層陶瓷電容器 晶粒發(fā)育比較充分的BaTiO3半導(dǎo)體陶瓷的表面上,涂覆適當(dāng)?shù)慕饘傺趸铮ɡ鏑uO或Cu2O、MnO2、Bi2O3、Tl2O3等),在適當(dāng)溫度下,于氧化條件下進(jìn)行熱處理,涂覆的氧化物將與BaTiO3形成低共溶液相,沿開口氣孔和晶界迅速擴(kuò)散滲透到陶瓷內(nèi)部,在晶界上形成一層薄薄的固溶體絕緣層。這種薄薄的固溶體絕緣層的電阻率很高(可達(dá)1012~1013Ω·cm),盡管陶瓷的晶粒內(nèi)部仍為半導(dǎo)體,但是整個陶瓷體表現(xiàn)為顯介電常數(shù)高達(dá)2×104到8×104的絕緣體介質(zhì)。用這種瓷制備的電容器稱為晶界層陶瓷電容器(boundarg layer ceramic capacitor),簡稱BL電容器。 [1]
高壓陶瓷電容器
(一)概述
隨著電子工業(yè)的高速發(fā)展,迫切要求開發(fā)擊穿電壓高、損耗小、體積小、可靠性高的高壓陶瓷電容器。近20多年來,國內(nèi)外研制成功的高壓陶瓷電容器已經(jīng)廣泛應(yīng)用于電力系統(tǒng)、激光電源、磁帶錄像機(jī)、彩電、電子顯微鏡、復(fù)印機(jī)、辦公自動化設(shè)備、宇航、導(dǎo)彈、航海等方面。
高壓陶瓷電容器的瓷料主要有鈦酸鋇基和鈦酸鍶基兩大類。
鈦酸鋇基陶瓷材料具有介電系數(shù)高、交流耐壓特性較好的優(yōu)點,但也有電容變化率隨介質(zhì)溫度升高、絕緣電阻下降等缺點。
鈦酸鍶晶體的居里溫度為-250℃,在常溫下為立方晶系鈣鈦礦結(jié)構(gòu),是順電體,不存在自發(fā)極化現(xiàn)象,在高電壓下鈦酸鍶基陶瓷材料的介電系數(shù)變化小,tgδ及電容變化率小,這些優(yōu)點使其作為高壓電容器介質(zhì)是十分有利的。
- 全部產(chǎn)品分類
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