[发明专利]铌粉和铌电容器

说明书

发明背景

本发明涉及铌粉和使用铌粉制备的电容器以及铌粉和电容器的制备方法。

许多年来，各种研究的目的是发展铌电容器，因为其氧化物的介电常数高，并且与各种其它金属相比，铌的成本较低。最初，该领域的研究者们都认为有可能将铌用作钽电容器的代用品。因此，许多研究都是致力于确定用铌代替钽的适用性。

但是，在这些研究中，有人断言铌存在严重的需解决的基本缺陷，由此推测铌不适合用作钽的代用品。(参见《电子化学协会》杂志，第408C，1997年12月)。在其它方面的研究中，也有人得出这样的结论：由于铌存在各种物理和机械问题，例如场结晶，使得它们在固态电容器中几乎不能使用。(《电子元件科学和工艺》，第1卷，第27-37页(1974))。此外，在其它的研究中，研究者们断言在铌上阳极化形成的钝化膜与用钽所得到的电性能不同，使用铌会导致复杂化，而用钽则不会出现这种情况。(参见《电子化学文摘》，第40卷，第16期，第2623-26页(1995))。因此，尽管最初希望将铌作为钽合适的代用品，但是，有证据表明在电容器行业中，不可能将铌用作钽的代用品。

除了钽电容器外，市场上有一种铝电容器。但是，铝电容器的性能特性明显地与钽电容器不同。

目前，电路的驱动力朝着较低的等效串联电阻(ESR)和等效串联电感(ESL)方向增加。当集成电路(IC)的性能随着亚微型几何构型增加时，就需要较低的动力供电电压和噪声极限。同时，增加IC的速度，就需要较高的动力。这些需求间的矛盾要求有更好的动力操纵。而通过分布的动力供电可实现这种需要，动力供电需要较大的电流以去偶噪声。增加IC的速度也意味着减少开关次数和提高电流瞬变。因此，还必须对电路进行设计，以减少瞬变负荷响应。如果电路具有足够大的电容量，但ESR和ESL较低，那么就可满足这种宽范围的要求。

铝电容器的电容量是所有类型的电容器中最大的。ESR随着电容量的增大而降低。因此，目前使用大的成组的高电容量的电容器以满足上述要求。但是，铝电容器不能真正满足设计者的低ESR和ESL的要求。具有电解液的机械结构除了具有高阻抗以外，固有地产生了100毫欧姆的ESR。

发明概况

本发明的一个目的是提供片状铌粉。

本发明的另一个目的是提供铌粉，它们优选具有高表面积和物理性能，使得可用这种铌粉制备高电容量的电容器。

本发明的第三个目的是提供铌粉，当用这种铌粉制成电容器时，直流电(DC)泄漏较低。

本发明的第四个目的是提供一种在铌粉制成的电容器中降低直流电泄漏的方法。

本发明的其它特征和优点可通过下文的描述示出，部分通过描述将显而易见，或者通过实施本发明而了解到。

本发明涉及片状铌粉。本发明的其它方面涉及BET表面积至少为约0.15米²/克的任何铌粉。

本发明还涉及一种铌粉，当用它们制成电容器阳极时，阳极具有的电容量为约30000-61000CV/g。

另外，本发明涉及氧含量至少为约2000ppm的铌粉。

此外，本发明涉及在铌粉制成的铌阳极中降低直流电泄漏的方法，包括在铌粉中掺杂足够量的氧以降低直流电泄漏。

应该清楚：正如所要求的，上述一般的描述和下文详细的描述仅是一种示例和解释，旨在进一步说明本发明。

附图的简要说明

图1是当制成阳极并在1750℃下烧结时，铌粉的BET表面积和其相应电容量的曲线图。

图2是当制成阳极并在1600℃下烧结时，铌粉的BET表面积和其相应电容量的曲线图。

图3是当制成阳极并在1450℃下烧结时，铌粉的BET表面积和其相应电容量的曲线图。

图4是当制成阳极并在1300℃下烧结时，铌粉的BET表面积和其相应电容量的曲线图。

图5是铌阳极的各种烧结温度和其相应计算的最大电容量的曲线图。

图6是当制成阳极并在不同温度下烧结和采用形成电压为50伏特时，铌粉的氧掺杂量及其相应直流电泄漏的曲线图。

图7是当制成阳极并在不同温度下烧结和采用形成电压为30伏特时，具有各种氧掺杂量的铌粉及其相应直流电泄漏的曲线图。

图8是当制成阳极时，铌粉中掺杂不同量磷的效果和其相应电容量的曲线图。

图9是当制成阳极时，铌粉中掺杂不同量磷的效果和其相应直流电泄漏的曲线图。

发明的详细描述