专利名称：一种超高介电常数半导体电容器材料及其制备方法
技术领域：
本发明涉及半导体电容器材料制备技术领域，特别是一种超高介电常数半导体电容器材料及其制备方法。
背景技术：
随着小型电脑、移动通信等设备日益轻、薄、短、小，高性能，多功能化的过程中，对小体积、大容量半导体电容器的要求愈益迫切。超高介电常数型半导体电容具有体积小，电容量大的特点，适用于对损耗因数、绝缘电阻要求
不高的滤波、旁路、耦合等电路中。文献《介电常数高达20万的半导体陶瓷电容器》(《电子元件与材料》，1982， No. 4)曾报道制备出介电常数为2X105的半导体电容器材料。中国专利申请CN02125720.5公开了一种超高介电常数、温度稳定型多层陶瓷电容器材料及其制备方法，制备的材料的室温介电常数为4X103 4.2X104。可见，目前SrTiO:,基半导体电容器材料的介电常数一般小于106，这种材料不能满足于当今电子元件的微型化和高性能的指标要求。
SrTi03基半导体电容器材料大多在通入&或者N2还原烧结而成，给工业生产造成生产成本高、生产工艺复杂和安全性差等一些问题。中国专利申请02134851公开了对烧结制度作了改善，采用纯氮和液氨分解出氮、氢混合气作为还原烧结气氛，自行解决氮气、氢气的供应，使生产成本降低。可将氢气含量控制在30%以内，降低了高温窑炉中氢气浓度较高所带来的危险性。但是由于仍然采用氢气作为还原气氛，没有从根本上解决氢气在高温下容易爆炸所带来的危险性。
发明内容
本发明的目的是提供一种超高介电常数半导体电容器材料及其制备方法。该制备方法能够制备出一种超高介电常数，性能较好的半导体电容器材料，并且工艺简单，安全性能可靠。
本发明通过以下技术方案达到上述目的提供一种超高介电常数半导体电容器材料及其制备方法，所述材料的组分及含量为-
Sr0-Ti0厂Nb205 按mol比为1:1:0. 5%
SrO-Ti02-U203 按mol比为1:1:0. 7%
SrO-Ti02-Nb205-La203按mol比为1:1:0. 7%: 0. 4%
在上述各组合物中分别按mol比掺入0. 3 0. 9%Ce02 。
另一所述材料的组分及含量为
SrO-Ti02-Nb205 按mol比为1:1:0. 5%
SrO-Ti02-LaA 按mol比为1:1:0. 7%
SrO-Ti02-Nb205-La203 按mol比为1:1:0. 7%: 0. 4%
在上述各组合物中分别按mol比惨入0. 3% Ce02。另一所述材料的组分及含量为
SrO-Ti02_Nb205 按mol比为1:1:0. 5%
SrO-TiO厂La20:， 按mol比为1:1:0. 7%
SrO-Ti02-NbA-La203 按raol比为1:1:0. 7%: 0. 4%在上述各组合物中分别按mol比掺入O. 5% Ce02。
另一所述材料的组分及含量为SrO-Ti02-Nb205 按mol比为1:1:0. 5%
SrO-Ti02-La203 按mol比为1:1:0. 7%
SrO-Ti02_Nb205-La20:,按mol比为1:1:0. 7%:0. 4%在上述各组合物中分别按mol比掺入O. 7% Ce02。
另一所述材料的组分及含量为SrO-Ti02-Nb205 按mol比为1:1:0. 5%
SrO-Ti02-La20:, 按mol比为1 1:0. 7%
SrO-Ti02-Nb205-La203按mol比为1:1:0. 7%: 0. 4%在上述各组合物中分别按mol比掺入0.9% Ce02。
6制备所述的超高介电常数半导体电容器材料的方法，包括混料、球磨、干燥、造粒，添加粘合剂在一定压力下预压成型，磨碎，再造粒，压制成型所得样品
放在马沸炉中在750 80(TC保温1 2小时排塑，其特征在于，所述样品排塑后放在真空石墨碳管炉中于1300 145CTC下烧结，保温1. 5 2. 5小时后随炉冷却，即得所述超高介电常数半导体电容器材料。
制备所述的超高介电常数半导体电容器材料的原料均采用分析纯试剂。制备所述的超高介电常数半导体电容器材料的具体方法和处理条件如下(1 )按SrO-Ti02-Nb205-Ce02; SrO-Ti02-La20:i-Ce02; SrO-Ti02-Nb205-La20:「Ce02组合所述比例混合，在球磨机中球磨2 4小时，得到一种混料；
(2) 把球磨后的混料在干燥箱中干燥6 8小时，先过120目的筛子造粒，添加粘合剂在2 5MPa压力下预压成型，然后在玛瑙钵中磨碎过80目筛子再次造粒压成1 2咖的样品；
(3) 把所述样品放在马沸炉中在750 80(TC保温1 2小时排塑，排塑后放在真空石墨碳管炉中在1300 145(TC中烧结，保温1.5 2.5小时后随炉冷却。
烧结后的样品用2693C型LCR数字电桥测试在1000Hz下的室温电容量和电阻，并计算出介电常数和电阻率。本发明具有以下优点
1、 采用本发明所述方法制备得的半导体电容器材料具有1X10"超高介电常数，并且制备方法简单，便于操作。
2、 利用石墨碳管炉真空烧结，提高了安全系数。
四
图1为本发明所述超高介电常数半导体电容器材料的制备方法流程图。图2为不掺杂Ce02的SrO-TiO厂吣205半导体电容器材料的XRD谱线。图3为不掺杂Ce02的SrO-Ti(V1^203半导体电容器材料的XRD谱线。图4为不掺杂Ce02的SrO-Ti02-恥205-1^20:,半导体电容器材料的XRD谱线。图5为实施例1的超高介电常数半导体电容器材料的XRD谱线。图6为实施例2的超高介电常数半导体电容器材料的XRD谱线。图7为实施例3的超高介电常数半导体电容器材料的XRD谱线。图8为实施例4的超高介电常数半导体电容器材料的XRD谱线。图9为实施例5的超高介电常数半导体电容器材料的XRD谱线。
五具体实施例方式
实施例l
原料组成Sr0+Ti02+0. 5%Nb205+0. 3%Ce02
按照摩尔比为SrO:Ti02: Nb205: Ce02=l:l: 0. 5%:0. 3%的比例称取试剂，混料，经球磨、干燥、造粒、压片、排塑后在真空石墨碳管炉于130(TC烧结样品，保温1.5小时后随炉冷却，即得所述超高介电常数半导体电容器材料，测试得到的性能参数为电容量C为0.54F，介电常数e为2.56X1011，介电损耗正切角tan a为0. 18，电阻率p为308. 25 Q m。所制备材料的XRD谱线如图5所示。
实施例2
原料组成SrO+TiO2+0. 7%La203+0. 7%Ce02
按照摩尔比为SrO:Ti02:La203:Ce02=l:l:0. 7%:0. 7%的比例称取试剂，混料，经球磨、干燥、造粒、压片、排塑后在真空石墨碳管炉于130(TC烧结样品，保温2小时后随炉冷却，即得所述超高介电常数半导体电容器材料，测试得到的性能参数为电容量C为0.54F,介电常数e为3.89X1011,介电损耗正切角tan a为0.06,电阻率P为30. 80Q m。所制备材料的XRD谱线如图6所示。实施例3
原料组成Sr0+Ti02+0. 7%Nb205+0. 4%La203+0. 3%Ce02
按照摩尔比为SrO:Ti02:歸5: La203:Ce02=l: 1:0. 7%: 0. 4%:0. 3%的比例称取试剂，混料，经球磨、干燥、造粒、压片、排塑后在真空石墨碳管炉于1375°C烧结样品，保温2.5小时后随炉冷却，即得所述超高介电常数半导体电容器材料，测试得到的性能参数为电容量C为0.54F，介电常数e为4.38X1011，介电损耗正切角tan a为0. 05，电阻率P为1567. 35 Q m。所制备材料的XRD谱线如图7所示。
原料组成SrO+Ti02+0. 7%Nb205+0. 4%La203+0. 9%Ce02
按照摩尔比为Sr0:Ti02:Nb205:La203:Ce02=l:l:0. 7%:0. 4%:0. 9%的比例称取试剂，混料，经球磨、干燥、造粒、压片、排塑后在真空石墨碳管炉于1375°C烧结样品，保温2小时后随炉冷却，即得所述超高介电常数半导体电容器材料，测试得到的性能参数为电容量C为0.54F，介电常数e为3.33X1011，介电损耗正切角tana为1.27，电阻率P为20. 68 Q m。所制备材料的XRD谱线如图8所示。
实施例5
原料组成SrO+TiO2+0. 7%La203+0. 5%Ce02
按照摩尔比为SrO:Ti02:La203:Ce02=l:l:0. 7%:0. 5%的比例称取试剂，混料，经球磨、千燥、造粒、压片、排塑后在真空石墨碳管炉于145(TC烧结样品，保温2.5小时后随炉冷却，即得所述超高介电常数半导体电容器材料，测试得到的性能参数为电容量C为0.79F，介电常数e为7.31X1011，介电损耗正切角
9tan a为0.98，电阻率P为6. 14Q m。所制备材料的XRD谱线如图9所示。
利用jade5. 0软件分析比较图2至图9的XRD谱线，可以看出惨杂不同摩尔比Ce02的烧结样品只有SrTi03相，而且XRD谱线一样，说明所掺杂的Ce02完全固溶在SrTi03基材料中，改善了材料的性能。
权利要求
1、一种超高介电常数半导体电容器材料，其特征在于，所述材料的组分及含量为SrO-TiO2-Nb2O5 按mol比为1∶1∶0.5％SrO-TiO2-La2O3 按mol比为1∶1∶0.7％SrO-TiO2-Nb2O5-La2O3按mol比为1∶1∶0.7％∶0.4％在上述各组合物中分别按mol比掺入0.3～0.9％CeO2。
2、 根据权利要求1所述的超高介电常数半导体电容器材料，其特征在于， 所述材料的组分及含量为SrO-Ti02-Nb205 按mol比为1:1:0. 5%SrO-Ti02-La20:, 按mol比为1:1:0. 7%SrO-Ti02_Nb205-La203按mol比为1:1:0. 7%:0. 4% 在上述各组合物中分别按mol比掺入O. 3% Ce02。
3、 根据权利要求l所述的超高介电常数半导体电容器材料，其特征在于， 所述材料的组分及含量为SrO-Ti02-Nb205 按raol比为1:1:0. 5%SrO-Ti02-La203 按mol比为1:1:0. 7%SrO-Ti02-Nb205-La203按mol比为1:1:0. 7%:0. 4% 在上述各组合物中分别按mol比掺入O. 5% Ce02。
4、 根据权利要求l所述的超高介电常数半导体电容器材料，其特征在于， 所述材料的组分及含量为SrO-Ti02-Nb205 按mol比为1:1:0. 5%SrO-Ti02_La203 按mol比为1:1:0, 7%SrO-Ti02-NbArLa203按mol比为1:1:0. 7%:0. 4% 在上述各组合物中分别按mol比掺入O. 7% Ce02。
5、 根据权利要求l所述的超高介电常数半导体电容器材料，其特征在于， 所述材料的组分及含量为SrO-Ti02-Nb205 按rao 1比为1:1:0. 5%Sr0-Ti02-LaA 按mol比为1:1:0. 7%SrO-Ti02-Nb205-La203按mol比为1:1:0. 7%:0. 4% 在上述各组合物中分别按mol比掺入0.9% Ce02。
6、 制备权利要求l所述的超高介电常数半导体电容器材料的方法，包括混 料，球磨，干燥，造粒，添加粘合剂在一定压力下预压成型，磨碎，再造粒， 压制成型所得样品放在马沸炉中在750 80(TC保温1 2小时排塑，其特征在 于，所述样品排塑后放在真空石墨碳管炉中于130(TC 145(TC下烧结，保温 1. 5 2. 5小时后随炉冷却，即得所述超高介电常数半导体电容器材料。
全文摘要
一种超高介电常数半导体电容器材料，所述材料的组分及含量为SrO-TiO<sub>2</sub>-Nb<sub>2</sub>O<sub>5</sub>按mol比为1∶1∶0.5％；SrO-TiO<sub>2</sub>-La<sub>2</sub>O<sub>3</sub>按mol比为1∶1∶0.7％；SrO-TiO<sub>2</sub>-Nb<sub>2</sub>O<sub>5</sub>-La<sub>2</sub>O<sub>3</sub>按mol比为1∶1∶0.7％∶0.4％；在上述各组合物中分别按mol比掺入0.3～0.9％CeO<sub>2</sub>。将所述材料的组分按所述配比进行电子陶瓷常规工艺程序制备得样品，所述样品排塑后放在真空石墨碳管炉中于1300℃～1450℃下烧结，保温1.5～2.5小时后随炉冷却，即得所述超高介电常数半导体电容器材料。该半导体电容器材料具有1×10<sup>11</sup>超高介电常数，制备方法简单，安全性能可靠。
文档编号C04B35/622GK101549998SQ20091011405
公开日2009年10月7日 申请日期2009年5月12日 优先权日2009年5月12日
发明者沙 沙, 王宁章, 马玉田 申请人:广西大学