[发明专利]焦绿石薄膜多层陶瓷电容器及其低温制备方法

说明书

技术领域：

本发明是关于新型电子元件的发明。本发明涉及在低温(摄氏20～200度)下制备由焦绿石电介质薄膜层和贱金属电极层构成的高电容量薄膜多层陶瓷电容器的制备方法。特别涉及在低温下用射频磁控溅射法制备焦绿石薄膜多层陶瓷电容器的方法。

背景技术：

陶瓷电容器一直是微电子技术和光电子技术中应用的重要元件。为了适应微电子技术对小型化、集成化和平面化的要求，国内外都致力于多层陶瓷电容器的研究。多层陶瓷电容器(MLCC)使用片式陶瓷做叠层，通过涂覆的电极使各个叠层连接，本质是扩大了电容的面积S，从而使其具有了体积小、容量大、机械强度高、内感小、高频性能佳、可靠性高等优点。MLCC广泛应用于小型化和可靠性要求高的电子设备领域。目前制备大多采用的工艺是流延法，单层膜的厚度最薄为1μm左右。为了提高其单个电容器的电容量，应当增大电介质的介电常数、减小电介质层的厚度。

我们知道，电容器的电容量C有以下关系：

C=ϵSd---(1)]]>

其中ε为电介质的介电常数；S为电极面积，d为电介质厚度。而对于多层陶瓷电容器，电容量C有以下关系：

C＝ε(n-1)S/d                      (2)

其中n为电极层数。

由公式(2)可见，对于层数、有效电极尺寸确定多层陶瓷电容器，提高电容器电容量的途径有两种，一种是提高电介质的介电常数ε，一种是减小电介质层的厚度d。目前所广泛采用的途径一个是提高电介质的介电常数，即采用高介电常数的介电陶瓷作电介质材料制成的单层或多层陶瓷电容器，但这些介电材料一般需要在较高的温度下进行烧结。这就要求所采用的电极材料必须是在高温下不易被氧化的贵重金属，很大程度上增加了多层陶瓷电容器的成本。提高电容器电容量的另一个途径是降低两电极之间电介质层的厚度d。对于目前广泛采用的流延法，单层膜的厚度最薄为1μm左右，再减小流延法成膜的厚度十分困难。

如果采用薄膜工艺制作多层陶瓷电容器，将大大的降低单层膜厚度d。这不仅可以在很大程度上提高单层电容器的电容量，也可以在相同体积下增加电容器的层数，从而也增加了单个多层陶瓷电容器的电容量。薄膜的制备方法有多种，主要分为物理方法和化学方法，其中常用的方法有射频磁控溅射(RF-Sputtering)、脉冲激光沉积(Pulsed Laser Deposition)、分子束外延(MBE)、金属有机气相沉积(MOCVD)、溶胶-凝胶法(Sol-Gel)以及金属有机化合物分解法(MOD)等。其中本发明所用的射频磁控溅射法是一种比较成熟的薄膜制备技术，这种方法是利用在电场作用下高速运动的离子轰击靶材，从靶上轰击下的原子或者离子团沉积在衬底上形成薄膜。这种方法的主要优点是工艺比较成熟、所沉积的薄膜粗糙度小、致密度好、可获得较大面积的外延膜等。

然而在大多数的报道中，制作多层陶瓷电容器所用的陶瓷电介质层需要在较高的温度下烧结。例如对于电介质是钛酸钡的多层陶瓷电容器，其电介质层烧结温度需要在1200℃左右，甚至更高。而烧结过程如果在惰性气氛或者还原性气氛中进行，则会在作为电介质的氧化物层中产生较多的氧空位，这样导致电介质的介电损耗增加，最终使多层陶瓷电容器的损耗增加。

以下是申请人检索到的与本发明相关的参考文献和已有专利：

1.Zhibin Tian，Xiaohui Wang，Like Shu，Tian Wang，Tae-Ho Song，Zhilun Gui，and Longtu Li，Journal of the American Ceramic Society 92(4)，830(2009).

2.Hiroshi KISHI，Youichi MIZUNO and Hirokazu CHAZONO，Jpn.J.Appl.Phys.Vol.42(2003)，pp1-15