Стеклоэмалевые и стеклокерамические конденсаторы

Меняя рецептуру стекла, можно в значительной степени изменять его электрические свойства, в частности , и .

Стеклоэмалевые конденсаторы получают следующим образом: измельчают стекло в порошок, получая тонкие слои, разделенные металлом, и подвергают полученную заготовку нагреву при высокой температуре для спекания в монолитный блок. Они приближаются по качеству к слюдяным конденсаторам.

Повысить диэлектрическую проницаемость можно вводя в состав стеклоэмали измельченную керамику с высокой - таким образом получаются стеклокерамические конденсаторы. У этих конденсаторов после обжига производится опрессовка в горячем виде для уменьшения пористости диэлектрика и увеличения влагостойкости. Стеклокерамические конденсаторы СКМ выпускаются в двух вариантах исполнения: с выводами и без выводов.

Тонкопленочные конденсаторы с неорганическим диэлектриком

Основным недостатком неорганических материалов при их использовании в конденсаторостроении является их неудовлетворительная механическая прочность в малых толщинах, что ограничивает возможность снижения толщины диэлектрика и увеличения . Этот недостаток преодолевается за счет использования неорганических диэлектриков с высокой даже при больших толщинах. Однако ухудшаются другие характеристики конденсатора: повышается , снижается стабильность емкости с температурой и во времени, ухудшается постоянная времени, снижается .

Но если использовать введение в конденсатор механической поддержки в виде изоляционной или проводящей пластинки (подложки), на которую будет нанесен тонкий слой неорганического диэлектрика, то от последнего уже не надо требовать механической прочности и толщина его будет определяться лишь технологическими возможностями его нанесения. Этим методом можно получить малые толщины неорганического диэлектрика (~ сотни ангстрем). В составе подложки применяют тонкие стеклянные глазурованные керамические пластинки.

Увеличение удельной емкости ограничивается наличием подложки, не используемой для создания емкости и увеличивающей общий объем конденсатора, который будет равен:

, [194]

где - площадь обкладки;

, , - соответственно значения толщины диэлектрика, обкладки и подложки.

Используя формулу емкости плоского конденсатора получим выражение для удельной емкости:

[195]

Обычно мкм, мкм, мкм, поэтому и и выражение приобретает вид:

[196]

Тонкопленочные конденсаторы находят применение в виде емкостных элементов плоских пленочных схем, наносимых на общую подложку с пленочными резисторами и другими элементами.

При изготовлении тонкослойных конденсаторов с неорганическим диэлектриком применяются следующие методы:

1) испарение в вакууме;

2) катодное распыление;

3) термическое окисление;

4) термическое разложение (пиролиз).

1) Испарение в вакууме. Используется такая же установка, как для вакуумного нанесения тонких слоев металла, в которой кроме испарителя для металла необходимо предусмотреть и испаритель для диэлектрика. Необходимо, чтобы диэлектрик легко испарялся (невысокая температура кипения) без разложения, имел бы хорошую адгезию к электродам, и чтобы в образованном тонком слое не возникало больших внутренних напряжений. У диэлектрика должна быть высокая и , малый и большое . В качестве металла используют золото, медь, алюминий и хром. Перед нанесением на под ложку первой обкладки необходима тщательная очистка поверхности. В качестве диэлектрика наиболее удобны и .

2) Катодное распыление. Под колоколом поддерживается атмосфера инертного газа под давлением мм рт. ст. Полученный этим методом слой металла может быть далее электролитически окислен для получения на нем слоя диэлектрика. Можно заменить инертный газ на кислород. При этом выбитые из катода частички металла окислятся в атмосфере и на подложку, укрепленную на аноде, откладывается окисленный металл, то есть слой диэлектрика. Таким образом получены тонкие слои , и . Процесс протекает очень медленно. Наибольшее распространение получили изготовленные этим методом металлооксидные танталовые конденсаторы.

3) Термическое окисление. Этот метод используют для изготовления тонкослойных конденсаторов с диэлектриком из . Небольшие диски из чистого кремния n-типа нагреваются до в присутствии паров воды. На поверхности за счет окисления образуется . Поверх окиси кремния с обеих сторон диска наносят металлические обкладки. При этом, как и для конденсатора с барьерным слоем, получаются две емкости, включенные последовательно через слой полупроводника – кремния. Такие конденсаторы получили за рубежом название конденсаторы типа «Оксил». Но у них малый при 1 кГц, высокая стабильность емкости, большая устойчивость к радиации.

4) Термическое разложение. Можно получить тонкий слой , используя пиролиз паров кремнийорганических соединений. В качестве подложки, служащей первой обкладкой, применяют тугоплавкие металлы: , , или . Температура разложения составляет . Метод пиролиза дает менее плотную пористую пленку, с большим числом дефектов, снижающих .