(57)【要約】      （修正有）【課題】漏れ電流を低減した固体電解コンデンサ及びその製造方法を提供する。【解決手段】固体電解コンデンサ２０は、ニオブ又はニオブ合金からなる陽極１と、陽極１を覆う誘電体層３と、誘電体層３を覆う陰極層４と、陰極層４を覆う陰極引出層５を有し、陰極層４は、仕事関数が５ｅＶ以上である金属、又は電気伝導を有する金属化合物で構成することにより、陰極として機能する陰極層４と誘電体層３のとの界面に形成される障壁の高さを大きくすることができるので漏れ電流を低減できる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ニオブ又はニオブ合金からなる陽極と、
前記陽極を覆う誘電体層と、
前記誘電体層を覆う陰極層と、
前記陰極層を覆う陰極引出層を有し、
前記陰極層は、仕事関数が５ｅＶ以上である金属、又は電気伝導を有する金属化合物で構成されることを特徴とする固体電解コンデンサ。
【請求項２】
前記陰極引出層は、前記陰極層に直接接するように形成されていることを特徴とする請求項１に記載の固体電解コンデンサ。
【請求項３】
前記陰極層を構成する前記金属又は前記金属化合物は、イリジウム、パラジウム、ロジウム、レニウム、コバルト、ニッケル、酸化イリジウム、酸化パラジウム、酸化ロジウム又は酸化レニウムから選ばれた何れか一つであることを特徴とする請求項１又は２に記載の固体電解コンデンサ。
【請求項４】
ニオブ又はニオブ合金からなる陽極と、
前記陽極を覆う誘電体層と、
前記誘電体層を覆う陰極層と、
前記陰極層を覆う陰極引出層を有し、
前記陰極層は、イリジウム又は酸化イリジウムであることを特徴とする固体電解コンデンサ。
【請求項５】
前記陰極引出層は、前記陰極層に直接的に形成されていることを特徴とする請求項４に記載の固体電解コンデンサ。
【請求項６】
ニオブ又はニオブ合金からなる陽極を形成する工程と、
前記陽極を覆うよう陽極酸化により誘電体層を形成する工程と、
前記誘電体層を覆うように、仕事関数が５ｅＶ以上である金属、又は電気伝導を有する金属化合物で構成される陰極層を形成する工程と、
前記陰極層を覆うように陰極引出層を形成する工程と、を備えることを特徴とする固体電解コンデンサの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、陽極にニオブ又はニオブ合金を用いた固体電解コンデンサ及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、パーソナルコンピューター等の電子機器の小型化に伴って、これらの電子機器に用いる固体電解コンデンサについても、小型で高容量のものが望まれている。このため、従来のタンタルからなる陽極を陽極酸化することより、誘電体層として形成したタンタル酸化物に替えてニオブからなる陽極を陽極酸化することより形成した誘電体層としてニオブ酸化物を用いた固体電解コンデンサ（以下では、ニオブ固体電解コンデンサと称する）が開発されつつある。その理由は、ニオブ酸化物がタンタル酸化物に比べて誘電率が約１．８倍大きいので、このニオブ固体電解コンデンサは、タンタル酸化物を用いた上述の従来の固体電解コンデンサに比べて高容量化が図れるからである。従って、同程度の容量を得ようとする場合には、ニオブ固体電解コンデンサは、上述の従来コンデンサに比べ小型化が図れると云う長所があるため、次世代の固体電解コンデンサとして期待されている。
【０００３】
しかしながら、現在、開発が進められているニオブ固体電解コンデンサには、等価直列抵抗（以下では、ＥＳＲと称する）や漏れ電流について課題があり、実用化のためには、これらＥＳＲや漏れ電流の更なる低減が求められている。
【０００４】
一方、固体電解コンデンサのＥＳＲの低減のために、弁作用金属からなる陽極を陽極酸化して形成した金属酸化膜からなる誘電体層表面に、陰極として従来用いられていた導電性高分子に替えて、銀、白金や金などからなる金属層を直接形成することが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−３１９９７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載の技術は、ＥＳＲ低減を目的としたものであって、漏れ電流の低減を課題としたものではなかった。従って、例えば、このような特許文献１に示されている、ニオブ酸化物を誘電体として用い、さらに、陰極として白金を用いた固体電解コンデンサでは、漏れ電流を十分に低減できないことが確認された。
【０００７】
そこで、本発明は、漏れ電流を低減できる固体電解コンデンサを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
固体電解コンデンサにおける漏れ電流の発生について、発明者らが鋭意検討したところ、陰極と誘電体層との界面には、陰極材料の仕事関数の値から誘電体層の電子親和力の値を引いた値からなる電子に対する障壁が存在し、この障壁の高さが漏れ電流に影響を与えることになるとの新たな知見を得ることができた。従って、特許文献１の固体電解コンデンサでは金属層からなる陰極と誘電体層との界面に形成される障壁の高さが低いため漏れ電流を十分に低減できなくなることが分かった。
【０００９】
そこで、本発明の固体電解コンデンサは、ニオブ又はニオブ合金からなる陽極と、陽極を覆う誘電体層と、誘電体層を覆う陰極層と、陰極層を覆う陰極引出層を有し、陰極層は、仕事関数が５ｅＶ以上である金属、又は電気伝導を有する金属化合物で構成されることを特徴とする。
【００１０】
このように本発明の固体電解コンデンサは、誘電体層上に仕事関数が５ｅＶ以上である陰極層が形成されている。よって、陰極として機能する陰極層と誘電体層との界面に形成される障壁の高さを大きくすることができるので漏れ電流を低減できる。
【００１１】
本発明において、陰極引出層は、陰極層に直接接するように形成されていることが好ましい。
【００１２】
また、本発明において、陰極層を構成する金属又は金属化合物は、イリジウム、パラジウム、ロジウム、レニウム、コバルト、ニッケル、酸化イリジウム、酸化パラジウム、酸化ロジウム又は酸化レニウムから選ばれた何れか一つであることが好ましい。
【００１３】
また、本発明の固体電解コンデンサは、ニオブ又はニオブ合金からなる陽極と、陽極を覆う誘電体層と、誘電体層を覆う陰極層と、陰極層を覆う陰極引出層を有し、陰極層は、イリジウム又は酸化イリジウムであることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明の固体電解コンデンサは、ニオブ又はニオブ合金からなる陽極を形成する工程と、陽極を覆うよう陽極酸化により誘電体層を形成する工程と、誘電体層を覆うように、仕事関数が５ｅＶ以上である金属、又は電気伝導を有する金属化合物で構成される陰極層を形成する工程と、陰極層を覆うように陰極引出層を形成する工程と、を備える。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、陰極として金属又は電気伝導を有する金属化合物を用いたニオブ固体電解コンデンサの漏れ電流の低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】第１実施形態におけるニオブ固体電解コンデンサを説明するための断面図である。
【図２】第１実施形態におけるニオブ固体電解コンデンサの陰極層の配置を説明するための斜視図である。
【図３】第１実施形態におけるニオブ固体電解コンデンサの製造工程を説明するための図である。
【図４】ニオブ固体電解コンデンサにおける陽極−誘電体層−陰極層間のエネルギーバンド図である。
【図５】第２実施形態におけるニオブ固体電解コンデンサを説明するための断面図である。
【図６】評価サンプルにおけるニオブ固体電解コンデンサを説明するための断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
次に、図面を用いて、本発明の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には、同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、各寸法の比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。従って、具体的な寸法等は以下の説明を参酌して判断すべきものである。又、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。
【００１８】
（第１実施形態）
図１は、本実施形態におけるニオブ固体電解コンデンサの内部を説明するための模式的な断面図である。
【００１９】
本実施形態におけるニオブ固体電解コンデンサ２０は、直方体の外形を有しており、基本的には、図１に示すように、陽極１と、陽極１に一端部２ａが埋設され、他端部２ｂが突出するように設けられた陽極リード２と、陽極１を陽極酸化することにより形成された誘電体層３と、誘電体層３を覆う陰極層４と、陰極層４を覆う陰極引出層５とを有している。陽極リードの他端部２ｂには陽極端子７が接続され、陰極引出層５には導電性接着材８により陰極端子９が接着されている。そして、陽極端子７及び陰極端子８の一部が露出するように外装樹脂体１１が形成されている。
【００２０】
以下に、本実施形態におけるニオブ固体電解コンデンサの具体的な構成を説明する。
【００２１】
陽極１は、弁作用金属であるニオブからなる金属粒子を成形し、それを焼結することにより形成した多孔質焼結体で構成され、その内部にニオブからなる陽極リード２の一端部２ａが埋設され、一体化されている。本実施形態では、陽極１の外形が直方体となるよう形成されている。陽極リード２は、ニオブ金属を用いてもよいし、ニオブと異なる弁作用金属を用いてもよい。陽極１を構成する弁作用金属としては、ニオブ（Ｎｂ）金属を用いているが、ニオブ合金を用いてもよい。ニオブ合金としては、一般的なニオブを主体とするニオブ合金を用いることができ、例えば、ニオブ合金の総重量に対してニオブ合金に含まれる添加剤の重量が２０％以下であるニオブ合金が好ましい。ニオブ合金に含まれる添加剤としては、ケイ素、バナジウム、ホウ素、窒素、アルミニウム、チタン、タンタル、タングステン、モリブデン、ハフニウム等が挙げられ、このような添加剤をニオブに添加することによりニオブ合金が形成される。
【００２２】
誘電体層３は、陽極１を陽極酸化することにより陽極１を覆うように形成することができる。図１では陽極１の外面側の表面に形成された酸化ニオブからなる誘電体層３を図示しているが、陽極１は上述のように多孔質体であるので、実際には多孔質体の細孔の壁面にも誘電体層３が形成されている。
【００２３】
陰極層４は、誘電体層３を覆うように形成されている。図２は、陽極１の表面に形成された誘電体層３上に陰極層４を形成した状態を示した斜視図である。本実施形態では、直方体からなる陽極１表面に形成された誘電体層３の略全面が陰極層４で覆われている。
【００２４】
この陰極層４としては、仕事関数が５ｅＶ以上となる金属または電気伝導を有する金属化合物から構成されていることが重要である。仕事関数が５ｅＶ以上となる具体的な陰極層４の材料として、金属では、たとえば、イリジウム、パラジウム、ロジウム、レニウム、コバルト、ニッケルが挙げられ、電気伝導を有する金属化合物では、たとえば、酸化イリジウム、酸化パラジウム、酸化ロジウム又は酸化レニウムなどの金属酸化物が挙げられる。また、上記材料の電気伝導は、電極として必要な導電率を備えるものであって、この値が１０４〜１０6Ｓ／ｃｍ程度である。
【００２５】
また、このような金属化合物としては、上記のような金属酸化物に限らず、たとえば、窒化コバルト、窒化ニッケルなどの金属窒化物の使用も可能である。図１では、陽極１の外面側の表面に形成された誘電体層３上に陰極層４を形成した状態を示しているが、同陰極層４は、多孔質体の細孔の壁面に形成された誘電体層３の表面にもさらに形成されていてもよい。
【００２６】
陰極引出層５は、陰極層４を部分的に覆うように形成されており、カーボン層５ａ、銀ペースト層５ｂが順次形成された積層構造をしている。カーボン層５ａは、カーボン粒子を含む層により形成されている。このように陰極引出層５は、陰極層４上に直接接するように形成されている。
【００２７】
陰極端子９は、陰極引出層５に取り付けられている。具体的には、この陰極端子９は、帯状の金属板を折り曲げて形成されており、同図に示すように、その一端部９ａ側の下面が陰極引出層５に導電性接着材８により接着されることにより、陰極端子９と陰極引出層５とは機械的にも電気的にも接続されている。具体的な導電性接着材８の材料としては、銀とエポキシ樹脂とが混合された銀ペーストなどの材料が挙げられる。
【００２８】
尚、陰極引出層５は、カーボン層５ａ又は銀ペースト層５ｂのどちらか一方だけからなってもよく、陰極層４と陰極端子９とを電気的に接続するものであれば種々の構成をとることができる。また、陰極層４と陰極端子９との間に形成される層が、陰極引出層５のみであってもよい。この場合、陰極引出層５により、陰極層４と陰極端子９とが機械的にも電気的にも接続されている。
【００２９】
陽極端子７は、陽極リード２に取り付けられている。具体的には、この陽極端子７は、帯状の金属板を折り曲げて形成されおり、図１に示すように、その一端部７ａ側の下面が陽極リードの他端部２ｂに溶接等により機械的にも電気的にも接続されている。
【００３０】
陽極端子７及び陰極端子９の材料としては、銅、銅合金及び鉄‐ニッケル合金（４２アロイ）などが挙げられる。
【００３１】
樹脂外装体１１は、上述のように配された陰極層４、陽極端子７、陰極端子９の露出した周囲を覆うように形成されている。陽極端子７の他端部７ｂ及び陰極端子９の他端部９ｂは、樹脂外装体１１の側面から下面にかけて露出しており、この露出箇所は基板との半田接続に用いられる。樹脂外装体１１の材料としては、封止材として機能する材料が用いられ、具体的にはエポキシ樹脂やシリコーン樹脂などが挙げられる。樹脂外装体１１は主剤、硬化剤及びフィラーを適宜配合することにより調整された樹脂を硬化することにより形成することができる。
【００３２】
（第１実施形態に係るニオブ固体電解コンデンサの製造方法）
本実施形態に係るニオブ固体電解コンデンサの製造方法について以下に説明する。
【００３３】
図３は、本実施形態に係るニオブ固体電解コンデンサの製造工程図である。
【００３４】
＜工程１：陽極の形成＞
１次粒径が約０．５μｍのニオブ金属からなる弁作用金属の粉末を用いて、図３（ａ）に示すように、陽極リード２の一端部２ａが陽極１に埋め込まれた状態で陽極１を成形し、真空中で焼結することにより、陽極１を成型した。陽極リード２の他端部２ｂは、陽極１の一面から突出した形で固定されている。このように形成された多孔質焼結体からなる陽極１の外形は、長さが４．４ｍｍ、幅が３．３ｍｍ、厚みが１．０ｍｍからなる直方体であった。
【００３５】
＜工程２：誘電体層の形成＞
図３（ｂ）に示すように、陽極１を陽極酸化することにより、陽極１の表面に酸化皮膜からなる誘電体層３を形成した。具体的には、燐酸水溶液中において、約１０Ｖの定電圧で約２時間陽極酸化を行うことにより、ニオブ酸化物の誘電体層３を形成した。
【００３６】
＜工程３：陰極層の形成＞
図３（ｃ）に示すように、誘電体層３の表面にメッキ法により、仕事関数が５ｅＶ以上となる金属または電気伝導を有する金属化合物から構成される陰極層４を形成した。具体的には、まず、誘電体層３まで形成した陽極１を燐酸水溶液に塩化イリジウムを溶解させたメッキ溶液に浸漬する。このとき、陽極リード２の他端部２ｂはメッキ溶液に浸漬されないよう陽極リード２を固定する。次に、陽極リード２の他端部２ｂとメッキ溶液に浸漬させた白金で構成された対極とに夫々電極を接続し、電解メッキを行うことで、誘電体層３上に陰極層４を形成した。このように形成した陰極層４の厚みは１μｍ程度であった。
【００３７】
また、陰極層４の形成方法としては、メッキ法以外に、スパッタ法、蒸着法等が挙げられる。スパッタ法、蒸着法を用いる場合は、誘電体層３までが形成された状態の素子を回転させることにより、誘電体層３の表面に陰極層４を形成できる。本実施形態のように、陽極１が多孔質体である場合は、メッキ法で陰極層４を形成することにより、多孔質体である陽極１の孔の表面に形成された誘電体層３を陰極層４で覆いやすくなる。また、メッキ法では、メッキ溶液中に浸漬させて陰極層４を形成するため、誘電体層３の略全面を覆う陰極層４を同時に形成できる。
【００３８】
＜工程４：陰極引出層の形成＞
図３（ｄ）に示すように、陰極層４の表面に直接接するようにカーボンペーストを塗布することによりカーボン層５ａを形成し、カーボン層５ａ上に銀ペーストを塗布することにより銀ペースト層５ｂを形成した。本実施例において、陰極引出層５は、このカーボン層５ａ及び銀ペースト層５ｂにより構成されている。
【００３９】
＜工程５：陽極端子及び陰極端子の接続＞
図３（ｅ）に示すように、陽極端子７の端部７ａは、陽極リード２の端部２ｂに溶接等により電気的及び機械的に接続されている。また、陰極端子９の端部９ａは、陰極引出層５上に導電性接着材８により電気的及び機械的に接続されている。
【００４０】
＜工程６：モールド工程＞
図３（ｆ）に示すように、工程５まで形成後、陽極端子及び陰極端子の一部が露出するように、エポキシ樹脂及びイミダゾール化合物を含む封止材を用い、トランスファーモールド法により樹脂外装体１１を形成した。具体的には、予備加熱した封止材を金型に注入し、金型内で硬化させた。樹脂外装体１１を形成後、露出した陽極端子及び陰極端子を樹脂外装体１１の側面から下面側に折り曲げることにより、基板との半田接続に用いる端子７ｂ、９ｂ部分を形成した。
【００４１】
（作用及び効果）
本実施形態のニオブ固体電解コンデンサは、ニオブ酸化物の誘電体層上に仕事関数が５ｅＶ以上である金属或いは電気伝導を有する金属化合物からなる陰極層が形成されている。
【００４２】
よって、陰極として機能する陰極層とニオブ酸化物の誘電体層のとの界面に形成される障壁の高さを大きくすることができるので漏れ電流を低減できる。
【００４３】
以下に、漏れ電流を低減できる作用について説明する。図４（ａ）は、陽極１、誘電体層３及び陰極層４が接続された状態（印加電圧０Ｖ）でのエネルギーバンド図である。図４（ｂ）は、陽極１、誘電体層３及び陰極層４が接続された状態で陽極側に正の電圧を印加した場合のエネルギーバンド図である。
【００４４】
図４（ａ）に示す、陰極層４と誘電体層３のとの界面に形成される障壁の高さφｂは下記の式（１）に示すように陰極層４の仕事関数φｍから誘電体層３の電子親和力χｓの値を引いた値になる。尚、仕事関数φｍは真空準位とフェルミ準位とのエネルギー差で定義され、誘電体の電子親和力χｓは伝導帯の底から真空準位までのエネルギー差で定義される。
【００４５】
φｂ＝φｍ−χｓ      ・・・（１）
電子親和力χｓは、下記の式（２）に示すように誘電体層３のイオン化ポテンシャルＩｐからバンドギャップＥｇの値を引いた値となり、イオン化ポテンシャルＩｐとバンドギャップＥｇとから求めることができる。
【００４６】
χｓ＝Ｉｐ−Ｅｇ      ・・・（２）  
仕事関数φｍは光電子分光装置（例えば、理研計器株式会社製  ＡＣ−２）を用いて測定することができる。イオン化ポテンシャルＩｐはイオン化ポテンシャル測定装置（例えば、住友重機械メカトロニクス株式会社製  ＰＹＳ−２０１）を用いて測定することができる。バンドギャップＥｇは例えば、Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ  Ｃｏｍｐｕｔｉｎｇ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ社製Ｆｉｌｍ  Ｔｅｋ３０００を用いて測定することができる。
【００４７】
これらにより測定した結果、ニオブからなる陽極の仕事関数は４．２７ｅＶ（有効数字３桁で表している）であった。また、ニオブ酸化物（Ｎｂ２Ｏ５）からなる誘電体層３のイオン化ポテンシャルＩｐは７．８０ｅＶ、バンドギャップＥｇは３．３３ｅＶであるので、電子親和力χｓは４．４７ｅＶであった。
【００４８】
障壁の高さφｂは上述したとおり、陰極層４の仕事関数φｍと誘電体層３の電子親和力χｓとの差である。よって、ニオブ酸化物（Ｎｂ２Ｏ５）からなる誘電体層３の電子親和力χｓは４．４７ｅＶであるので、陰極層４の仕事関数φｍを５ｅＶ以上とすることにより障壁の高さφｂを高くできる。
【００４９】
また、固体電解コンデンサの陽極には実動作時に正の電圧が印加され、図４（ｂ）に示すようなエネルギーバンド状態になると考えられる。よって、障壁φｂが誘電体層３と陰極層４との界面に形成されていると、陽極に正の電圧が印加された状態において、電子が陰極層４から陽極へと流れることを妨げることができる。従って、陰極層４の仕事関数φｍを５ｅＶ以上とすることにより障壁の高さφｂを高くすることができるので、実動作状態での漏れ電流をより低減できる。
【００５０】
本実施形態の陰極層４は、金属又は電気伝導を有する金属化合物で形成されている。このような金属又は金属化合物は、無機物であるので、陰極層に導電性高分子等の従来の有機物を用いた場合と比べ、高温時において陰極層４の膜質の劣化による不都合、即ち、陰極層４の導電率が低下や、誘電体層３と陰極層４との密着性の低下と云った不都合を抑制できるので、ＥＳＲの増大を抑えることができる。従って、本実施形態の陰極層４は、従来のように導電性高分子等の有機物を用いた場合と比べて、ＥＳＲの増大を抑制できるため、高温時におけるニオブ固体電解コンデンサの信頼性が高まる。
【００５１】
また、金属又は金属化合物は、一般的に導電性高分子等の有機物よりも導電性が優れているため、本実施形態では、陰極層の導電率を高めることが可能となり、ＥＳＲを低減できる。
【００５２】
また、本実施形態において、陰極引出層５は陰極層４上に直接接するように形成されている。よって、従来のように導電性高分子を用いた場合と比べ、金属又は金属化合物を用いた陰極層は、上述のように導電率や信頼性を高めることができるので、陰極層４から陰極引出層５にかけてのＥＳＲを低減できる。
【００５３】
なお、本実施形態において、陽極１を構成する焼結体の材料としては、純粋なニオブに限ることなく、他の金属材料とのニオブ合金であってもよい。この場合のニオブ合金としては、このニオブ合金の酸化物のエネルギーバンド構造が、ニオブの酸化物のそれと略等しい範囲であればよい。この場合の略等しい範囲とは、漏れ電流を低減することができるという効果を奏することができる程度に十分に高い前述のような障壁を確保できる範囲のことである。
【００５４】
（第２実施形態）
次に、第２実施形態について以下に説明する。尚、上述の第１実施形態と同様の部分については説明を省略する。
【００５５】
本実施形態においては、陽極１としては、前述の第１実施形態では、ニオブからなる多孔質焼結体を用いたが、これに代えて、ニオブからなる箔を用いた。
【００５６】
なお、本実施形態においても、陽極１を構成する箔の材料としては、純粋なニオブに限ることなく、第１実施形態と同様に他の金属材料とのニオブ合金であってもよい。
【００５７】
図５は、本実施形態におけるニオブ固体電解コンデンサ２０の内部を説明するための模式的な断面図である。ニオブ又はニオブ合金からなる箔からなる陽極１の一端部１ａ側が陽極酸化され誘電体層３が形成されている。そして、陽極１の他端部１ｂ側の上面に陽極端子７の端部７ａが接続されている。このように、陽極１にニオブ箔を用いた場合は陽極リードを用いる必要がない。
【００５８】
また、ニオブ又はニオブ合金からなる箔を用いた場合は、スパッタ法や蒸着法により、陽極１を適宜回転させることにより誘電体層３上に陰極層４を均一に形成することができる。
【００５９】
（評価）
以下の工程により、漏れ電流を測定するために評価サンプルに係るニオブ固体電解コンデンサを作製した。図６は、評価サンプルに係る固体電解コンデンサを模式的に示した断面図である。同図に示すように評価サンプルは、上記実施形態に係る固体電解コンデンサの基本的な構成である陽極１、誘電体層３及び陰極層４を備えている。よって、このように陽極１、誘電体層３及び陰極層４が順次形成された評価サンプルのような構成があれば、コンデンサとして機能するものであり、上記実施形態に係るニオブ固体電解コンデンサの陽極１と陰極層４との間に発生する漏れ電流の確認が可能となり、その評価を行うことができる。
【００６０】
（評価サンプル１）
以下の工程により、漏れ電流を測定するために評価サンプル１に係るニオブ固体電解コンデンサを作製した。
【００６１】
陽極１として、縦２０ｍｍ、横４０ｍｍ、厚さ１ｍｍの圧延で作製した純度９９．９％のニオブ箔を用いた。この陽極１の一端部１ａ表面を、０．５ｗｔ％の燐酸水溶液中において、約８０Ｖの定電圧で、制限電流を１０ｍＡ／４００ｍｍ２とし、約４時間陽極酸化を行うことにより、ニオブ酸化物からなる誘電体層３を形成した。このとき、ニオブ酸化物の膜厚は、透過型電子顕微鏡による断面観察から２２０ｎｍであった。
【００６２】
次に、高周波スパッタ法により、直径１．５ｍｍ、ピッチ５ｍｍで孔が形成されているステンレス製の板状マスクを用いてニオブ箔の表面の一部に酸化イリジウムの陰極層を形成した。ターゲットとして９９．９％のイリジウムを用い、スパッタ条件は全圧を１０ｍＴｏｒｒ（Ａｒ分圧：５ｍＴｏｒｒ、Ｏ２分圧：５ｍＴｏｒｒ）、高周波出力を１００Ｗ、時間を３０分とした。このとき、酸化イリジウムの膜厚は、蛍光Ｘ線装置による評価から、約２０００ｎｍであった。
【００６３】
次に、マニュアルプローバと半導体パラメータアナライザ（アジレントテクノロジー社製４１５６Ａ）により電圧を陽極に１０Ｖ印加した状態で直径１．５ｍｍの陰極層４、１つ当りの漏れ電流を測定したところ、４．４３×１０−９Ａであった。
【００６４】
また、大気中光電子分光装置（理研計器株式会社製  ＡＣ−２）により酸化イリジウムの仕事関数を測定したところ、仕事関数φｍは５．１２ｅＶであった。
【００６５】
（評価サンプル２）
評価サンプル１における酸化イリジウムをイリジウムに替えて陰極層を形成したこと以外は、評価サンプル１と同様に評価サンプル２に係るニオブ固体電解コンデンサを作製した。
【００６６】
ターゲットとして９９．９％のイリジウムを用い、スパッタ条件は全圧を１．２ｍＴｏｒｒ（Ａｒ圧）、高周波出力を２００Ｗ、時間を２０分としイリジウムの陰極層を形成した。このとき、イリジウムの膜厚は、蛍光Ｘ線装置による評価から、約４００ｎｍであった。
【００６７】
次に、評価サンプル２に係るサンプルの漏れ電流を測定したところ、６．４４×１０−８Ａであった。
【００６８】
また、イリジウムの仕事関数を測定したところ、仕事関数φｍは５．０１ｅＶであった。
【００６９】
（評価サンプル３）
評価サンプル１における酸化イリジウムを白金に替えて陰極層を形成したこと以外は、評価サンプル１と同様に評価サンプル３に係るニオブ固体電解コンデンサを作製した。
【００７０】
ターゲットとして９９．９％の白金を用い、スパッタ条件は全圧を１．２ｍＴｏｒｒ（Ａｒ圧）、高周波出力を２００Ｗ、時間を２０分とし白金の陰極層を形成した。このとき、白金の膜厚は、蛍光Ｘ線装置による評価から、約６５０ｎｍであった。
【００７１】
次に、評価サンプル３に係るサンプルの漏れ電流を測定したところ、４．０８×１０−７Ａであった。
【００７２】
また、白金の仕事関数を測定したところ、仕事関数φｍは４．９０ｅＶであった。
【００７３】
（評価サンプル４）
評価サンプル１における酸化イリジウムをアルミニウムに替えて陰極層を形成したこと以外は、評価サンプル１と同様に評価サンプル４に係るニオブ固体電解コンデンサを作製した。
【００７４】
評価サンプル４では、スパッタ法に替え、抵抗加熱による蒸着法によりアルミニウムの陰極層を形成した。このとき、アルミニウムの膜厚は、蛍光Ｘ線装置による評価から、約１０００ｎｍであった。
【００７５】
次に、評価サンプル４に係るサンプルの漏れ電流を測定したところ、８．２２×１０−４Ａであった。
【００７６】
また、アルミニウムの仕事関数を測定したところ、仕事関数φｍは４．１８ｅＶであった。
【００７７】
以上の各評価サンプルの陽極材料と陰極層材料と各種測定結果を以下の表１に示す。
【００７８】
【表１】
2010212594.tif 000003
【００７９】
表１から明らかなように、評価サンプル１及び２は、評価サンプル３及び４と比較し漏れ電流を低減することができた。これは、陰極層の仕事関数を５ｅＶ以上とすることで、陽極に電圧が印加されている状態においても陰極層と誘電体層のとの界面に形成される障壁の高さφｂを高くでき、漏れ電流を低減できたためである。
【００８０】
従来の陽極にタンタルを用いた固体電解コンデンサの場合は、陽極にニオブを用いた固体電解コンデンサよりも漏れ電流が小さくなる。その理由について検討を行った結果を以下に説明する。
【００８１】
陽極にタンタルを用いた固体電解コンデンサの場合、酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）からなる誘電体層のバンドギャップＥｇは、ニオブ固体電解コンデンサにおける酸化ニオブ（Ｎｂ２Ｏ５）からなる誘電体層のバンドギャップＥｇと比べ大きくなる。よって、タンタルを用いた固体電解コンデンサは、ニオブを用いたニオブ固体電解コンデンサと比べ陽極と陰極層との間に形成される誘電体層の障壁の高さを高くできるため、漏れ電流を低減できることが分かる。また、酸化ニオブからなる誘電体層は、酸化タンタルからなる誘電体層と比べ、欠陥が多いため、陽極と陰極層との間に形成される誘電体層の障壁高さが更に低くなる。
【００８２】
また、陽極にタンタルを用いた固体電解コンデンサにおける酸化タンタルからなる誘電体層のイオン化ポテンシャルＩｐは７．８０ｅＶ、バンドギャップＥｇは４．８５ｅＶであるので、電子親和力χｓは２．９５ｅＶとなる。よって、タンタルを用いた固体電解コンデンサでは陰極層の仕事関数φｍと誘電体層の電子親和力χｓとの差で表される障壁の高さφｂ（陰極層と誘電体層のとの界面に形成される障壁の高さ）も高くなるので、漏れ電流の発生の惧れは小さい。しかしながら、ニオブ固体電解コンデンサの場合、酸化ニオブの電子親和力χｓは４．４７ｅＶであり、酸化タンタルの電子親和力χｓの２．９５ｅＶと比べ大きくなるため、障壁の高さφｂがニオブ固体電解コンデンサの方が小さくなる。
【００８３】
上記の理由から、ニオブ固体電解コンデンサにとって、タンタルを用いた固体電解コンデンサに比べて漏れ電流の発生という課題がより重要であることが理解できる。
【００８４】
よって、本発明のように、誘電率の高いニオブ酸化物を誘電体層として用いるとともに、陰極層として金属又は電気伝導を有する金属化合物を用いたニオブ固体電解コンデンサにとって、陰極層の仕事関数φｍを５ｅＶ以上とすることにより、誘電体層と陰極層との間の障壁の高さφｂを高くでき、陽極に電圧を印加している状態においても漏れ電流を低減できるのである。
【００８５】
従って、評価サンプル１及び２の酸化イリジウムやイリジウム以外の金属や、電気伝導を有する金属化合物を用いた場合であっても、陰極層の仕事関数φｍが５ｅＶ以上であれば、漏れ電流の抑制効果を期待できる。仕事関数φｍが５ｅＶ以上となる陰極層としては、パラジウム、ロジウム、レニウム、コバルト、ニッケル、酸化パラジウム、酸化ロジウム又は酸化レニウム等が挙げられる。一方、仕事関数φｍが５ｅＶ未満となる陰極層としては、金（φｍ＝４．９９ｅＶ）、白金（φｍ＝４．９０ｅＶ）、アルミニウム（φｍ＝４．１８ｅＶ）等が挙げられるが、中でも、障壁φｂが形成されないアルミニウムは漏れ電流の抑制が殆どできないことが分かった。
【００８６】
尚、陰極層の仕事関数φｍは金属又は電気伝導を有する金属化合物の真空準位とフェルミ準位とのエネルギー差で決まる。よって、評価サンプル１〜４において陰極層の厚みが異なるが、陰極層の厚みを評価サンプル１〜４程度変化させても陰極層の仕事関数φｍには影響しないので、誘電体層と陰極層との界面における障壁の高さφｂは変化しない。
【符号の説明】
【００８７】
１      陽極
２      陽極リード
３      誘電体層
４      電解質層
５      陰極層
５ａ    カーボン層
５ｂ    銀ペースト層
７      陽極端子
８      導電性接着材
９      陰極端子
１１    樹脂外装体
２０    ニオブ固体電解コンデンサ
【図１】
2010212594.tif 000004
【図２】
2010212594.tif 000005
【図３】
2010212594.tif 000006
【図４】
2010212594.tif 000007
【図５】
2010212594.tif 000008
【図６】
2010212594.tif 000009