Способ изготовления оксидно-полупроводникового конденсатора

 

Использование: электронная техника. Сущность изобретения: анод из вентильного металла окисляют и наносят на него полупроводниковый катод пиролизом при температуре 300 - 400^oС азотнокислого марганца с добавкой глицерина в количестве 0,2 - 0,7 мас.%. Это обеспечивает расширение круга веществ, используемых для снижения токов утечки и увеличения рабочего напряжения, а также увеличивает выход годных изделий. 1 ил., 3 табл.

Изобретение относится к электронной технике и, в частности к конденсаторостроению.

Известен способ изготовления оксидно-полупроводникового конденсатора с анодом из вентильного металла, включающий окисления анода, послойное нанесение полупроводника с последующей реанодизацией (подформовкой), формирование переходных контактов [1] Оксидно-полупроводниковый конденсатор (ОПК), изготовленный по известному способу, имеет достаточно высокий ток утечки и рабочее напряжение, составляющее не более 0,3 от напряжения анодирования.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является способ, описанный в [2] (прототип).

В известном способе при изготовлении танталовых конденсаторов полупроводниковый катод наносится термическим разложением азотнокислого марганца, в котором в качестве добавок применяются органические вещества - этиленгликоль, пропиленгликоль или гексиленгликоль. Использование добавок позволяет уменьшить токи утечки танталовых конденсаторов и увеличить рабочее напряжение.

Предложенный набор веществ является достаточно ограниченным и, кроме того, предлагается добавлять два вещества.

Задача предлагаемого изобретения расширение круга веществ, используемых для снижения токов утечки и увеличения рабочего напряжения ОПК с анодом из вентильного металла, а также увеличение выхода годных изделий.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу, включающему окисление анода из вентильного металла, нанесение полупроводникового катода пиролизом азотнокислого марганца с последующей реанодизацией и нанесением переходных слоев, в азотнокислый марганец вводят в качестве органической добавки глицерин.

Проведенный сопоставительный анализ показал, что прототип и предлагаемое техническое решение имеют следующие общие признаки: 1. Анодирование вентильного металла для создания диэлектрической пленки; 2. Нанесение полупроводникового катода пиролитическим разложением азотнокислого марганца; 3. Добавка в расплав органических веществ; 4. Нанесение переходных покрытий.

Сопоставительный анализ выявил следующие существенные отличия: 1. Использование в качестве добавок глицерина в количестве 0,2 0,7% 2. Пиролитическое разложение азотнокислого марганца с добавками глицерина проводится при температуре 300 400^oС.

Наличие отличительных признаков в предложенном техническом решении позволяет снизить ток утечки и увеличить рабочее напряжение ОПК.

Уменьшение количества глицерина меньше 0,2% не обеспечивает снижение тока утечки, увеличение концентрации свыше 0,7% приводит росту tgδ конденсаторных секций.

При температуре пиролиза 250^oС ток утечки снижается, однако при этом в партии конденсаторных секций наблюдается разброс значений Iут в пределах двух порядков. Это можно объяснить тем, что температура разложения глицерина составляет 290^oС и при 250^oС остается недоразложившийся глицерин. При тенденции к снижению тока утечки это приводит к разбросу значений Iут. С увеличением температуры пиролиза выше 290^oС ток утечки снижается, разброс параметров также заметно уменьшается.

Пиролиз при Т=450^oС вызывает рост tgδ конденсаторных секций.

Эффективность предложенного способа подтверждается примерами.

Пример 1. Оптимизация температуры нанесения полупроводникового катода. Окисленные танталовые аноды были разделены на несколько партий. На образцах при различных температурах пиролитическим разложением азотнокислого марганца с добавкой 0,5% глицерина формировали полупроводниковый катод. После нанесения переходного слоя из лакосажевой суспензии на мосте RC-метр Видео на частоте 50 Гц измерялись параметры полученных конденсаторных секций С, tgδ, Iут. Значения параметров приведены в табл. 1. В качестве контрольных выбраны конденсаторные секции, на которые полупроводниковый катод нанесен из азотнокислого марганца без добавок при температуре пиролиза 250 и 300^oС. Для сравнения приведены параметры секций с катодом, полученным при различных температурах без добавок.

Как видно из табл.1, добавка в азотнокислый марганец 0,5% глицерина снижает ток утечки конденсаторных секций при всех использованных температурах пиролиза. Тпир. 250^oС приводит к уменьшению Iут, однако при этом разброс параметра получается достаточно большим. Самое большое снижение тока утечки с одновременным уменьшением разброса параметра достигается при Тпир.350^oС. Емкость и tgδ, опытных конденсаторных секций в пределах доверительного интервала не отличаются от параметров контрольных образцов при всех температурах пиролиза. При Тпир.450^oС начинается рост tgδ, обусловленный увеличением сопротивления катодной обкладки за счет возрастания доли Mn₂O₃. Ток утечки при этой температуре также эффективно снижается. Таким образом, оптимальным можно считать интервал температур 300-400^oС.

Пример 2. Оптимизация концентраций добавок глицерина. При температуре пиролиза 350^oС на несколько партий танталовых анодов был нанесен полупроводниковый катод из азотно-кислого марганца с различным содержанием глицерина. Значения параметров после нанесения лакосажевой суспензии приведены в табл. 2.

Из табл.2 видно, что с добавкой 0,2 1,5% глицерина происходит уменьшение тока утечки в 2 8 раза. При концентрации 1% начинается рост tgδ. Этот рост может быть вызван тем обстоятельством, что, как показал рентгеновский фазовый анализ, добавка глицерина в азотнокислый марганец увеличивает содержание Mn₂O₃ при температурах пиролиза ниже температуры фазового перехода MnO₂____>Mn₂O₃. Поскольку сопротивление Mn₂O₃ в 10³ раз выше, чем у MnO₂, то это приводит к росту tgб конденсаторных секций.

Из табл. 2 следует, что оптимальной является концентрация глицерина в интервале 0,2 0,7 мас.

Пример 3. Нанесение катода из азотнокислого марганца с глицерином на ниобиевые объемно-пористые аноды. На партию окисленных ниобиевых анодов номинала 16 Вx6.8 мкФ был нанесен полупроводниковый катод из азотнокислого марганца с добавкой 0,5% глицерина при Тпир.300^oC. Контрольная партия ниобиевых конденсаторных секций была изготовлена по стандартной технологии.

Значения параметров секций на уровне лакосажевой суспензии приведены в табл. 3. Емкость и tgδ в пределах доверительного интервала контрольных и опытных партий не отличаются, ток утечки опытных секций в 2 раза меньше Iут. контрольных образцов.

Таким образом, добавка глицерина в азотнокислый марганец позволяет снизить ток утечки ниобиевых оксидно-полупроводниковых конденсаторов.

Пример 4. Увеличение рабочего напряжения конденсаторных секций. Рабочее напряжение танталовых ОПК определяется током утечки. При U=Uраб. ток утечки Iут. 0,01 СU + 0,1 мкА. Для номинала 20Вх4.7 мкФ Iут. ≈ 1 мкА.

На чеpтеже показаны вольтамперные характеристики контрольных 1 и опытных 2 конденсаторных секций номинала 20Вх4.7 мкФ. По ВАХ видно, что ток утечки у опытных образцов меньше, чем у контрольных. Кроме того, уровень допустимых токов контрольных секций достигается при U 20В, а у опытных при U 50В Iут. много меньше допустимого уровня токов утечки.

Таким образом, для опытных партий рабочее напряжение можно увеличить по меньшей мере в два раза по сравнению с номиналом.

Пример 5. Увеличение выхода годных ОПК. Процент выхода годных танталовых ОПК определялся на контрольных и опытных партиях с объемом выборки по 50 шт. после нанесения лакосажевой суспензии. Контрольная партия готовилась по стандартной технологии, при изготовлении опытной партии катод наносился пиролизом азотнокислого марганца с добавкой 0,5% глицерина при температуре пиролиза 350^oС. Остальные операции проводились одинаково. Выход годных секций в контрольной партии составил 36 шт. или 72% в опытной 42 конденсаторные секции или 84% Следовательно, выход годных ОПК, изготовленных по предложенному способу, увеличивается приблизительно на 10%

Формула изобретения

Способ изготовления оксидно-полупроводникового конденсатора, включающий окисление анода из вентильного металла, нанесение полупроводникового катода пиролитическим разложением азотно-кислого марганца с органическими добавками, отличающийся тем, что в качестве органической добавки используют глицерин в количестве 0,2 0,7 мас. а пиролиз проводят при 300 400^oС.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3