JPH01124272A - 誘電体材料 - Google Patents
誘電体材料Info
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- JPH01124272A JPH01124272A JP62282313A JP28231387A JPH01124272A JP H01124272 A JPH01124272 A JP H01124272A JP 62282313 A JP62282313 A JP 62282313A JP 28231387 A JP28231387 A JP 28231387A JP H01124272 A JPH01124272 A JP H01124272A
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- Japan
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- dielectric
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- dielectric material
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔技術分野〕
この発明は、誘電体材料、特にマイクロ波帯の周波数域
において優れた誘電特性を有する誘電体材料に関する。
において優れた誘電特性を有する誘電体材料に関する。
近年、衛星放送、自動車無線、パーソナル無線等のよう
なマイクロ波帯を利用した通信システムの利用が盛んで
ある。これらのシステムに用いられる通信機器のフィル
タや周波数安定化用共振器等の共振回路系には、もっば
ら誘電体共振器が使われる。共振器用の誘電体材料は、
当然、マイクロ波帯において高い比誘電率と低い誘電損
失をもつことが要求される。
なマイクロ波帯を利用した通信システムの利用が盛んで
ある。これらのシステムに用いられる通信機器のフィル
タや周波数安定化用共振器等の共振回路系には、もっば
ら誘電体共振器が使われる。共振器用の誘電体材料は、
当然、マイクロ波帯において高い比誘電率と低い誘電損
失をもつことが要求される。
比誘電率が大きいほど素子形状を小さくすることができ
るので、一般的には、この比誘電率は大きいほどよい。
るので、一般的には、この比誘電率は大きいほどよい。
しかし、この材料を誘電体共振器として用いたときの大
きさが利用する周波数帯で取り扱いやすい寸法となるよ
うに選定する必要もあり、一義的には定まらないが、例
えば、10GHz帯では20〜40程度が適している。
きさが利用する周波数帯で取り扱いやすい寸法となるよ
うに選定する必要もあり、一義的には定まらないが、例
えば、10GHz帯では20〜40程度が適している。
一方、誘電損失(tanδ=1/Q)は小さいほどよく
、例えば、用いる周波数帯で1 /10000程度は必
要とされる。
、例えば、用いる周波数帯で1 /10000程度は必
要とされる。
マイクロ波帯に使われる誘電体材料として、従来、B
a T ia Oq 、B az T L Ozo、B
a(Z nIy* Ta2/3 ) 03、あるいは、
Ba (C。
a T ia Oq 、B az T L Ozo、B
a(Z nIy* Ta2/3 ) 03、あるいは、
Ba (C。
1/3 N b Z/3 ) 03の如きA (B ’
+yz B Z/3)03 (ただし、Aは2価イオ
ン二B′は2価イオン二B“は5価イオン)系材料等が
一般的に知られている。
+yz B Z/3)03 (ただし、Aは2価イオ
ン二B′は2価イオン二B“は5価イオン)系材料等が
一般的に知られている。
ところで、共振回路系の性能向上のために、誘電損失を
いっそう低くすることが求められている。極低誘電損失
の誘電体材料は、低位相雑音発振器や高電力用フィルタ
ー・分波器等にも利用可能となり、用途が広い。
いっそう低くすることが求められている。極低誘電損失
の誘電体材料は、低位相雑音発振器や高電力用フィルタ
ー・分波器等にも利用可能となり、用途が広い。
この発明は、前記事情に鑑み、マイクロ波帯において、
実用的な範囲の比誘電率を保持し、かつ極めて低い誘電
損失特性を有する誘電体材料を提供することを目的とす
る。
実用的な範囲の比誘電率を保持し、かつ極めて低い誘電
損失特性を有する誘電体材料を提供することを目的とす
る。
前記目的を達成するため、発明者は、多数の誘電体材料
のうちから、複合ペロブスカイト系結晶構造を有するA
(B ’ I/3 B ’2/3 ) 03系材料(
但し、Aは2価イオン=B′は2価イオン:B“は5価
イオン)に着目し、そのなかでも、誘電損失が極めて小
さいBa (Mg、、、Ta、、3)Q3系材料に着目
した。この誘電体材料は、複雑な結晶構造を有しており
、誘電損失等の誘電特性の機構の解明が十分されておら
ず、改善できる可能性が大きいとみたのである。
のうちから、複合ペロブスカイト系結晶構造を有するA
(B ’ I/3 B ’2/3 ) 03系材料(
但し、Aは2価イオン=B′は2価イオン:B“は5価
イオン)に着目し、そのなかでも、誘電損失が極めて小
さいBa (Mg、、、Ta、、3)Q3系材料に着目
した。この誘電体材料は、複雑な結晶構造を有しており
、誘電損失等の誘電特性の機構の解明が十分されておら
ず、改善できる可能性が大きいとみたのである。
そして、さらに様々な検討を加えたその結果、上記材料
中にZrが固溶したかたちで含まれていると誘電特性が
格段に向上するという知見を得て、この発明を完成させ
ることができたのである。
中にZrが固溶したかたちで含まれていると誘電特性が
格段に向上するという知見を得て、この発明を完成させ
ることができたのである。
したがって、この発明は、
式: Ba (Mg+z3Tag/3 ) 03であら
れされる組成をとる各元素とZrとが互いに固溶されて
いる複合ペロブスカイト系結晶構造を有する誘電体材料
を要旨とする。
れされる組成をとる各元素とZrとが互いに固溶されて
いる複合ペロブスカイト系結晶構造を有する誘電体材料
を要旨とする。
上記のように、Zrが固溶していると誘電特性が向上す
るのは、つぎのような理由によるものであると推察して
いる。
るのは、つぎのような理由によるものであると推察して
いる。
理解を容易にするため、まず、複合ペロブスカイト系結
晶構造を有する誘電体材料のマイクロ波領域における誘
電特性の解析から説明する。マイクロ波領域では、誘電
率および誘電損失はイオン分極が基本的に支配しており
、この場合、以下6述べるように、赤外活性な基準振動
モードのT。
晶構造を有する誘電体材料のマイクロ波領域における誘
電特性の解析から説明する。マイクロ波領域では、誘電
率および誘電損失はイオン分極が基本的に支配しており
、この場合、以下6述べるように、赤外活性な基準振動
モードのT。
モード(Transverse 0ptical Mo
de)の周波数と古典分散理論からマイクロ波領域での
比誘電率ε′(ε=ε′−jε#)および誘電損失(t
anδ=1/Q)を推定することができる。
de)の周波数と古典分散理論からマイクロ波領域での
比誘電率ε′(ε=ε′−jε#)および誘電損失(t
anδ=1/Q)を推定することができる。
1、5 tera〜300teraHz(50〜100
0 am−’)の範囲の光学的な赤外反射スペクトルの
測定結果をクラマースークローニソヒ(Kramers
−Kron ig )の関係式に適用し、赤外領域に
おける各TOモードの周波数(通常、複数のTOモード
がある)とそれぞれの周波数におけるε″の値、すなわ
ち周波数(赤外領域)−複素誘電率の虚数部ε“の誘電
分散を求める。この結果を、さらに古典分散理論から導
かれる下記(2)式に適用するのである。ただし、(2
)式はνく〈νj (ω=2πν)の条件で近似式化さ
れている。
0 am−’)の範囲の光学的な赤外反射スペクトルの
測定結果をクラマースークローニソヒ(Kramers
−Kron ig )の関係式に適用し、赤外領域に
おける各TOモードの周波数(通常、複数のTOモード
がある)とそれぞれの周波数におけるε″の値、すなわ
ち周波数(赤外領域)−複素誘電率の虚数部ε“の誘電
分散を求める。この結果を、さらに古典分散理論から導
かれる下記(2)式に適用するのである。ただし、(2
)式はνく〈νj (ω=2πν)の条件で近似式化さ
れている。
ε′=ε■十写4πρJ(1)
ただし、
νJ 二TOモードの周波数
4πρ、二TOモードの周波数νjにおける複素誘電率
のε″成分の値に応じて定まる 共振の強さの値 γJ ::$i衰定数 εoo:電子分極の与える誘電率の近似値発明者は、Z
rイオンが固溶していると、幾つかあるToモードのう
ちのあるものが事実上消えると推察した。つまり、上記
(2)式は、誘電損失が各TOモードにおけるε“の和
に応じた値となることを示している。したがって、Zr
イオンが固溶していることにより事実上消えるToモー
ドがあると、消えたToモードのε“の分が当然なくな
り、そのぶん誘電損失が小さくなると予測したのである
。
のε″成分の値に応じて定まる 共振の強さの値 γJ ::$i衰定数 εoo:電子分極の与える誘電率の近似値発明者は、Z
rイオンが固溶していると、幾つかあるToモードのう
ちのあるものが事実上消えると推察した。つまり、上記
(2)式は、誘電損失が各TOモードにおけるε“の和
に応じた値となることを示している。したがって、Zr
イオンが固溶していることにより事実上消えるToモー
ドがあると、消えたToモードのε“の分が当然なくな
り、そのぶん誘電損失が小さくなると予測したのである
。
発明者は、Zrイオンが固溶しているとToモードのう
ちで消えるものがあるという機構の解析についても試み
たので、それを以下に述べる。
ちで消えるものがあるという機構の解析についても試み
たので、それを以下に述べる。
Zrイオンが固溶していない13 a (Mg、73
Ta2.、)03の結晶構造は超格子構造を生成してお
り、対称性はD−である。この場合、格子定数は、位置
対称の格子定数に対して3倍となる。したがって、プリ
ルアン帯が1/3に縮小されるため、分散関係の折り返
しくすなわちZone Folding・ )現象が生
じ、超格子構造を生成する複合ペロブスカイト系化合物
においては、100〜200cm利の波数領域に2つの
Toフォノンが赤外活性として出現する。そして、Zr
イオンの固溶は、上記のZone Folding (
ゾーン・フォールディング)現象を解消し、この現象に
よって生じたフォノンを消してしまう、と考えられるの
である。
Ta2.、)03の結晶構造は超格子構造を生成してお
り、対称性はD−である。この場合、格子定数は、位置
対称の格子定数に対して3倍となる。したがって、プリ
ルアン帯が1/3に縮小されるため、分散関係の折り返
しくすなわちZone Folding・ )現象が生
じ、超格子構造を生成する複合ペロブスカイト系化合物
においては、100〜200cm利の波数領域に2つの
Toフォノンが赤外活性として出現する。そして、Zr
イオンの固溶は、上記のZone Folding (
ゾーン・フォールディング)現象を解消し、この現象に
よって生じたフォノンを消してしまう、と考えられるの
である。
上記の発明者の推察は、材料の分析結果によっても支持
されるものである。
されるものである。
Zrイオンが固溶していないf3a (Mg17. T
a2/3)On結晶では、そのX線回折をみると擬ペロ
ブスカイトセルの(100) ”面によるピークが明瞭
にあられれている。一方、Zrイオンが固溶している結
晶では、そのX線回折をみると前記(100) ”面に
よるピークが相当に減じ、消失に近いものもある。つま
り、Zrイオンの固溶により結晶の超格子構造が解消さ
れ(Ba(Mg、、、Ta、、、)O,結晶が相転移を
起こしているともみることができる〕、このことが上記
ゾーン・フォールディング現象の解消に結びついている
、とみられる。
a2/3)On結晶では、そのX線回折をみると擬ペロ
ブスカイトセルの(100) ”面によるピークが明瞭
にあられれている。一方、Zrイオンが固溶している結
晶では、そのX線回折をみると前記(100) ”面に
よるピークが相当に減じ、消失に近いものもある。つま
り、Zrイオンの固溶により結晶の超格子構造が解消さ
れ(Ba(Mg、、、Ta、、、)O,結晶が相転移を
起こしているともみることができる〕、このことが上記
ゾーン・フォールディング現象の解消に結びついている
、とみられる。
さらに、Zrイオンが固溶していない材料と、Zrイオ
ンが固溶しているこの発明の材料の赤外線領域における
反射スペクトルを測定した。そして、この測定結果に基
づいて、赤外領域における各TOモードの周波数とそれ
ぞれの周波数におけるε″の値、すなわち周波数(赤外
領域)−複素誘電率の虚数部ε″の誘電分散をそれぞれ
求めて比較した。そうすると、Zrイオンが固溶されて
いない結晶では約100〜200cm−’の範囲の格子
振動モード(恐ら<A2uモードとEuモードであると
推定している)によるTOモードがあられれているので
あるが、このTOモードが、Zrイオンが固溶されてい
る結晶では、著しく小さくなるか、あるいは、事実上消
滅していた。したがって、この点からも、弁明者の推察
が支持されることとなる。
ンが固溶しているこの発明の材料の赤外線領域における
反射スペクトルを測定した。そして、この測定結果に基
づいて、赤外領域における各TOモードの周波数とそれ
ぞれの周波数におけるε″の値、すなわち周波数(赤外
領域)−複素誘電率の虚数部ε″の誘電分散をそれぞれ
求めて比較した。そうすると、Zrイオンが固溶されて
いない結晶では約100〜200cm−’の範囲の格子
振動モード(恐ら<A2uモードとEuモードであると
推定している)によるTOモードがあられれているので
あるが、このTOモードが、Zrイオンが固溶されてい
る結晶では、著しく小さくなるか、あるいは、事実上消
滅していた。したがって、この点からも、弁明者の推察
が支持されることとなる。
以下、この発明をさらに詳しく説明する。
この発明にかかる誘電体材料では、固溶しているZrイ
オンの量は、特に限定されるものではないが、超格子構
造をうまく解消させるような量が望ましい。Zrイオン
の量がMgイオンとTaイオンの量に対し約30moA
%を越えるとQ値の上昇の程度が小さい傾向がみられ、
Zrイオンの量が約0.5 mo 12%を下まわると
Zrイオン、による効果が発揮されない。
オンの量は、特に限定されるものではないが、超格子構
造をうまく解消させるような量が望ましい。Zrイオン
の量がMgイオンとTaイオンの量に対し約30moA
%を越えるとQ値の上昇の程度が小さい傾向がみられ、
Zrイオンの量が約0.5 mo 12%を下まわると
Zrイオン、による効果が発揮されない。
誘電体材料では、温度特性も重要な要素である。実用に
あたっては必要な温度係数とするため、この発明にかか
る誘電体材料が、温度変化に対し誘電特性が変化しない
ようにするために、Ba(N Lz+ Tag/3 )
OxやSr等の補正材料を含んでいてもよい。これらの
温度係数補正材料の量は、通常、各誘電特性がバランス
しているように選ばれる。
あたっては必要な温度係数とするため、この発明にかか
る誘電体材料が、温度変化に対し誘電特性が変化しない
ようにするために、Ba(N Lz+ Tag/3 )
OxやSr等の補正材料を含んでいてもよい。これらの
温度係数補正材料の量は、通常、各誘電特性がバランス
しているように選ばれる。
続いて、具体的な実施例と比較例の説明を行う〔実施例
〕 純度99.9%以上の5aco3 、Zr0z 、Mg
O1Ta205の各粉末を所定の割合で配合して誘電体
材料を作成した。作成はつぎのようにして行った。まず
上記粉末を混合し、蒸留水を添加して24時間ボールミ
ル粉砕を行った後、乾燥させてから、温度:1100℃
、4時間の仮焼を行い粒状の複合ペロブスカイト系化合
物を得た。ついで、この化合物を再び粉砕し、所定の形
状にした後、ルツボ内のMgO板上に置いて、温度=1
600℃、2時間、空気雰囲気で焼成し誘電体材料を得
た。得られた材料の寸法は、直径約11mm、長さ約1
51の円柱である。上記雰囲気が、チッソガス、アルゴ
ンガス、あるいは、酸素ガス雰囲気である場合もある。
〕 純度99.9%以上の5aco3 、Zr0z 、Mg
O1Ta205の各粉末を所定の割合で配合して誘電体
材料を作成した。作成はつぎのようにして行った。まず
上記粉末を混合し、蒸留水を添加して24時間ボールミ
ル粉砕を行った後、乾燥させてから、温度:1100℃
、4時間の仮焼を行い粒状の複合ペロブスカイト系化合
物を得た。ついで、この化合物を再び粉砕し、所定の形
状にした後、ルツボ内のMgO板上に置いて、温度=1
600℃、2時間、空気雰囲気で焼成し誘電体材料を得
た。得られた材料の寸法は、直径約11mm、長さ約1
51の円柱である。上記雰囲気が、チッソガス、アルゴ
ンガス、あるいは、酸素ガス雰囲気である場合もある。
ZrO2粉末を用いない他は上記実施例と同じようにし
て作成した材料を比較例1とした。
て作成した材料を比較例1とした。
さらに、MgイオンとTaイオンが、他のイオンに変わ
るようにMgO1Ta20S粉末を他の粉末に代えた以
外は上記実施例と略同様の条件で作成した材料を比較例
2〜4とした。比較例2〜4で用いられた粉末はつぎの
とおりである。
るようにMgO1Ta20S粉末を他の粉末に代えた以
外は上記実施例と略同様の条件で作成した材料を比較例
2〜4とした。比較例2〜4で用いられた粉末はつぎの
とおりである。
比較例27Mg0粉末の代わりにZnO粉末を用いた。
比較例3:MgO粉末の代わりにCoo粉末を用いた。
比較例4:Ta205粉末の代わりにNbt05粉末を
用いた。
用いた。
なお、作成した誘電体材料が、いずれもペロブスカイト
系結晶構造をしていることは、X線回折により確認した
。
系結晶構造をしていることは、X線回折により確認した
。
各誘電体材料の比誘電率ε′、および、Q値を、数G〜
約20数GHz帯における測定に適した誘電体円柱共振
器法により測定した。測定に用いた機器は、ヒユーレッ
ト・パラカード社製:ネットワークアナライザ8510
Tである。測定結果を第1表に示す。
約20数GHz帯における測定に適した誘電体円柱共振
器法により測定した。測定に用いた機器は、ヒユーレッ
ト・パラカード社製:ネットワークアナライザ8510
Tである。測定結果を第1表に示す。
第1表
上記第1表にみるように、この発明にかかる誘電体材料
は、優れた比誘電率特性を維持しつつ誘電損失特性が最
も向上しており、極めて実用的価値の高いものであるこ
とが分かる。
は、優れた比誘電率特性を維持しつつ誘電損失特性が最
も向上しており、極めて実用的価値の高いものであるこ
とが分かる。
この材料は、前記した共振器等のみならず、マイクロ波
集積回路用基板として用いたり、導波管の空洞内に入れ
導波管の小型化を図るのに用いたりもできる。
集積回路用基板として用いたり、導波管の空洞内に入れ
導波管の小型化を図るのに用いたりもできる。
この発明は上記実施例に限らない。誘電体材料が上記に
例示した以外の製法で作られてもよい。
例示した以外の製法で作られてもよい。
例えば、ZrO□粉末を用いる代わりにBaZrO3粉
末を用いて誘電体材料を作るようにしてもよい。また、
誘電体材料が単結晶であってもよい〔発明の効果〕 この発明にかかる誘電体材料は、上記に述べたような構
成であるので、誘電体材料は、マイクロ波帯の周波数領
域において、十分に実用的な比誘電率であり、極低誘電
損失である。
末を用いて誘電体材料を作るようにしてもよい。また、
誘電体材料が単結晶であってもよい〔発明の効果〕 この発明にかかる誘電体材料は、上記に述べたような構
成であるので、誘電体材料は、マイクロ波帯の周波数領
域において、十分に実用的な比誘電率であり、極低誘電
損失である。
代理人 弁理士 松 本 武 彦
Claims (1)
- (1)式:Ba(Mg_1_/_3Ta_2_/_3)
O_3であらわされる組成をとる各元素とZrとが互い
に固溶されてなる複合ペロブスカイト系結晶構造を有す
る誘電体材料。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62282313A JPH01124272A (ja) | 1987-11-09 | 1987-11-09 | 誘電体材料 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62282313A JPH01124272A (ja) | 1987-11-09 | 1987-11-09 | 誘電体材料 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01124272A true JPH01124272A (ja) | 1989-05-17 |
Family
ID=17650792
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62282313A Pending JPH01124272A (ja) | 1987-11-09 | 1987-11-09 | 誘電体材料 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH01124272A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH09298404A (ja) * | 1996-05-01 | 1997-11-18 | Nec Corp | 同軸共振器フィルタ |
| US6566291B1 (en) * | 2000-05-22 | 2003-05-20 | Tdk Corporation | Dielectric ceramic composition and method for designing dielectric ceramic composition |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60105107A (ja) * | 1983-11-11 | 1985-06-10 | 株式会社村田製作所 | 高周波用誘電体磁器組成物 |
-
1987
- 1987-11-09 JP JP62282313A patent/JPH01124272A/ja active Pending
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60105107A (ja) * | 1983-11-11 | 1985-06-10 | 株式会社村田製作所 | 高周波用誘電体磁器組成物 |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH09298404A (ja) * | 1996-05-01 | 1997-11-18 | Nec Corp | 同軸共振器フィルタ |
| US6566291B1 (en) * | 2000-05-22 | 2003-05-20 | Tdk Corporation | Dielectric ceramic composition and method for designing dielectric ceramic composition |
| US6703335B2 (en) | 2000-05-22 | 2004-03-09 | Tdk Corporation | Dielectric ceramic composition and method for designing dielectric ceramic composition |
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