JP2012069580A - Dielectric ceramic for tunable devices - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide dielectric ceramic for tunable devices which has large variation of a relative dielectric constant for dc bias electric fields, small temperature dependence of the relative dielectric constant, and small dielectric loss in a wide frequency range, and enables low-temperature sintering.SOLUTION: The dielectric ceramic for tunable devices has a composition represented by the general formula: (1-x-y)NaNbO-xSrTiO-yCaTiO, wherein 0≤x<1, 0≤y<1 and 0<x+y<1. Furthermore, x and y preferably satisfy 0≤x≤0.2, 0≤y≤0.2, and 0<x+y≤0.2, and are more preferably within the quadrangle whose vertices are (x, y)=(0, 0.15), (0.09, 0.06), (0.04, 0.06), (0, 0.10), or on edges of the quadrangle.

Description

本発明は、チューナブルデバイス用誘電体セラミックスに関し、さらに詳しくは、直流バイアス電界による比誘電率の変化を信号処理に積極的に利用する各種チューナブルデバイスに用いられるチューナブルデバイス用誘電体セラミックスに関する。   The present invention relates to dielectric ceramics for tunable devices, and more particularly, to dielectric ceramics for tunable devices used in various tunable devices that actively use changes in relative dielectric constant due to a DC bias electric field for signal processing. .

誘電体は、電界を加えると誘電分極を生じる物質である。誘電体は、コンデンサ、メモリー、フィルタ、アンテナ、共振器などに利用されている。誘電体には、一般に、用途に応じた大きさの比誘電率、低い誘電損失、低い共振周波数の温度依存性、低い比誘電率の温度依存性などが求められる。また、誘電体は、ある種の用途(例えば、スイッチング用途)においては、低い比誘電率の印加電界依存性が求められる場合もある。
一方、これまでにペロブスカイト型結晶構造の強誘電体であるチタン酸バリウム(BaTiO3)やチタン酸鉛(PbTiO3)に、常誘電体であるチタン酸ストロンチウム(SrTiO3)を固溶させたチタン酸バリウムストロンチウム((Ba、Sr)TiO3)やチタン酸鉛ストロンチウム((Pb、Sr)TiO3)について、直流バイアス電界下での非線形な誘電率変化が報告されている。また、このような印加電界によって比誘電率を大きく変化させることが可能な特性(チューナブル特性)を利用したチューナブルデバイスも提案されている。
A dielectric is a substance that generates dielectric polarization when an electric field is applied. Dielectric materials are used for capacitors, memories, filters, antennas, resonators, and the like. In general, the dielectric is required to have a dielectric constant having a magnitude corresponding to the application, a low dielectric loss, a temperature dependence of a low resonance frequency, a temperature dependence of a low dielectric constant, and the like. In addition, the dielectric material may be required to have a low relative dielectric constant and an applied electric field dependency in certain applications (for example, switching applications).
On the other hand, titanium in which strontium titanate (SrTiO 3 ), which is a paraelectric material, is dissolved in barium titanate (BaTiO 3 ) and lead titanate (PbTiO 3 ), which are ferroelectric materials having a perovskite crystal structure. For barium strontium oxide ((Ba, Sr) TiO 3 ) and lead strontium titanate ((Pb, Sr) TiO 3 ), nonlinear dielectric constant changes under a DC bias electric field have been reported. In addition, a tunable device using a characteristic (tunable characteristic) that can change the relative dielectric constant by an applied electric field has been proposed.

このような各種誘電体の組成及びその用途に関し、従来から種々の提案がなされている。
例えば、特許文献1には、aATiO3−bNaNbO3(AはCa、Srのいずれか1種又は2種)で表され、0.03≦a≦0.170、0.83≦b≦0.970、a+b=1を満足し、かつ、ATiO3成分とNaNbO3成分が固溶体を形成している誘電体磁器組成物が開示されている。
同文献には、組成範囲を上記の範囲にすることにより、誘電率を170〜1400の範囲内で調整でき、共振周波数の温度係数τfを−650〜−1800ppm/Kの範囲で調整できる点が記載されている。
Various proposals have heretofore been made regarding the composition of such various dielectrics and their applications.
For example, in Patent Document 1, aATiO 3 —bNaNbO 3 (A is one or two of Ca and Sr) is represented by 0.03 ≦ a ≦ 0.170, 0.83 ≦ b ≦ 0. 970, a + b = 1, and a dielectric ceramic composition in which an ATiO 3 component and a NaNbO 3 component form a solid solution is disclosed.
In this document, by setting the composition range to the above range, the dielectric constant can be adjusted within the range of 170 to 1400, and the temperature coefficient τf of the resonance frequency can be adjusted within the range of −650 to −1800 ppm / K. Are listed.

また、特許文献2には、イオン注入により、誘電体層の境界面の全面にウェル領域を形成したキャパシタ素子と、ウェル領域が形成されていない誘電体層を備えたキャパシタ素子とを並列接続させた薄膜積層デバイスが開示されている。
同文献には、
(1)ウェル領域が形成されていないキャパシタ素子は、キャパシタンスの最大値がゼロVにあるのに対し、ウェル領域が形成されたキャパシタ素子は、C−V曲線が電圧軸に関しプラス方向にシフトする点、及び、
(2)これらのキャパシタ素子を並列接続すると、キャパシタンスの最大値が電圧軸に関しプラス方向にシフトし、かつ、C−V曲線の幅が増大し、広い電圧範囲で安定したキャパシタンスが得られる(すなわち、キャパシタンスの電圧依存性が小さい)点
が記載されている。
In Patent Document 2, a capacitor element having a well region formed on the entire boundary surface of a dielectric layer and a capacitor element having a dielectric layer in which no well region is formed are connected in parallel by ion implantation. A thin film laminated device is disclosed.
In the same document,
(1) The capacitor element in which the well region is not formed has a maximum capacitance of zero V, whereas in the capacitor element in which the well region is formed, the CV curve is shifted in the plus direction with respect to the voltage axis. Point and
(2) When these capacitor elements are connected in parallel, the maximum value of the capacitance shifts in the positive direction with respect to the voltage axis, and the width of the CV curve increases, and a stable capacitance can be obtained in a wide voltage range (ie, The voltage dependency of capacitance is small).

また、非特許文献1には、(Bi、Zn)2(Zn、Nb)27系パイロクロア型誘電体を用いたチューナブルデバイスが報告されている。
さらに、非特許文献2〜5には、NaNbO3−SrTiO3、及び、NaNbO3−CaTiO3の無バイアス電界下でのkHz帯における誘電特性が報告されている。
Non-Patent Document 1 reports a tunable device using a (Bi, Zn) 2 (Zn, Nb) 2 O 7 -based pyrochlore type dielectric.
Furthermore, Non-Patent Documents 2 to 5 report dielectric characteristics in the kHz band of NaNbO 3 —SrTiO 3 and NaNbO 3 —CaTiO 3 under no-bias electric field.

マイクロ波やミリ波で使用されるチューナブルデバイスには、高いQ・f値と、直流バイアス電界に対する大きな比誘電率の変化、さらに比誘電率の温度に対する安定性が望まれる。
ここで、Q・f値は、誘電損失の逆数に共振周波数を乗じた値であり、Q・f値が高いほど、誘電損失が低いことを示す。
Tunable devices used in microwaves and millimeter waves are desired to have a high Q · f value, a large change in relative permittivity with respect to a DC bias electric field, and stability of the relative permittivity with respect to temperature.
Here, the Q · f value is a value obtained by multiplying the reciprocal of the dielectric loss by the resonance frequency, and the higher the Q · f value, the lower the dielectric loss.

(Ba、Sr)TiO3や(Pb、Sr)TiO3は、直流バイアス電界に対して大きな比誘電率変化を示す。一方、これらの材料は、同時に比誘電率の温度依存性も大きな値を示す。従って、これらの材料においては、比誘電率の温度依存性を改善するために、温度係数の絶対値が小さい低誘電率化合物(例えば、MgO、Al23など)の添加が行われる。しかしながら、この方法では、直流バイアス電界に対する比誘電率の変化量も同時に大きく低下するという問題がある。
また、固相反応プロセスで(Ba、Sr)TiO3や(Pb、Sr)TiO3の焼結体を作製する場合、1400℃程度の焼結温度が必要となる。さらに、(Pb、Sr)TiO3については、原材料に鉛を含むため、環境上、好ましくない。
(Ba, Sr) TiO 3 and (Pb, Sr) TiO 3 exhibit a large change in relative permittivity with respect to the DC bias electric field. On the other hand, these materials also show a large value of the temperature dependence of the dielectric constant. Therefore, in these materials, in order to improve the temperature dependence of the relative dielectric constant, a low dielectric constant compound (for example, MgO, Al 2 O 3 etc.) having a small absolute value of the temperature coefficient is added. However, this method has a problem that the amount of change in the relative dielectric constant with respect to the DC bias electric field is also greatly reduced.
Moreover, when producing a sintered body of (Ba, Sr) TiO 3 or (Pb, Sr) TiO 3 by a solid phase reaction process, a sintering temperature of about 1400 ° C. is required. Furthermore, (Pb, Sr) TiO 3 is not environmentally preferable because it contains lead as a raw material.

ペロブスカイト型化合物の一種であるAg(Nb、Ta)O3は、比較的高いQ・f値を示すチューナブル誘電体として提案されているが、直流バイアス電界に対する比誘電率変化は、比較的小さい。また、この材料は、原料に貴金属元素を使っているため、製造コストが高いという問題がある。
一方、ある種のパイロクロア型化合物もまた、チューナブル特性を示すことが知られている。しかしながら、パイロクロア型化合物は、ペロブスカイト型化合物に比べて、バイアス電界に対する比誘電率変化が小さいという問題がある。
Ag (Nb, Ta) O 3 , which is a kind of perovskite compound, has been proposed as a tunable dielectric exhibiting a relatively high Q · f value, but the relative permittivity change with respect to the DC bias electric field is relatively small. . Moreover, since this material uses a noble metal element as a raw material, there is a problem that the manufacturing cost is high.
On the other hand, certain pyrochlore type compounds are also known to exhibit tunable properties. However, the pyrochlore type compound has a problem that the relative permittivity change with respect to the bias electric field is smaller than that of the perovskite type compound.

ところで、強誘電体は、直流バイアス電界に対して高い比誘電率変化を示す。(Ba、Sr)TiO3や(Pb、Sr)TiO3系のチューナブルデバイスは、BaTiO3やPbTiO3などの強誘電相が示す高いチューナブル特性を利用したものである。
一方、強誘電体と自由エネルギーが近い相状態として、反強誘電体が挙げられる。反強誘電体においても、強誘電体と同様に常誘電体を固溶させることで、バイアス電界に対する高い比誘電率変化を示すことが期待される。しかしながら、反強誘電体であるNaNbO3をベースとするチューナブルデバイス用誘電体セラミックスが提案された例は、従来にはない。
By the way, a ferroelectric shows a high relative permittivity change with respect to a DC bias electric field. (Ba, Sr) TiO 3 and (Pb, Sr) TiO 3 based tunable devices utilize high tunable characteristics exhibited by ferroelectric phases such as BaTiO 3 and PbTiO 3 .
On the other hand, as a phase state in which free energy is close to that of a ferroelectric material, an antiferroelectric material is cited. Antiferroelectric materials are also expected to exhibit a high relative dielectric constant change with respect to the bias electric field by dissolving a paraelectric material in the same manner as ferroelectric materials. However, there has never been proposed an example of dielectric ceramics for tunable devices based on NaNbO 3 which is an antiferroelectric material.

特開2009−234888号公報JP 2009-234888 A 特開2004−031408号公報JP 2004-031408 A

Thin Solid Films, 419, 183-188(2002)Thin Solid Films, 419, 183-188 (2002) J.Am.Ceram.Soc., 43, 348-353(1960)J. Am. Ceram. Soc., 43, 348-353 (1960) Chem.Mater., 16, 5370-5376(2006)Chem. Mater., 16, 5370-5376 (2006) J.Am.Ceram.Soc., 90, 2122-2127(2007)J. Am. Ceram. Soc., 90, 2122-2127 (2007) Bulltein of the Academy of Science of the U.S.S.R. Physical Series, 22, 1486-1489(1058)Bulltein of the Academy of Science of the U.S.S.R.Physical Series, 22, 1486-1489 (1058)

本発明が解決しようとする課題は、直流バイアス電界に対する比誘電率変化が大きく、比誘電率の温度依存性が小さく、幅広い周波数域における誘電損失が小さく、しかも、低温焼結が可能なチューナブルデバイス用誘電体セラミックスを提供することにある。
また、本発明が解決しようとする他の課題は、環境負荷元素を含まず、しかも、低コストなチューナブルデバイス用誘電体セラミックスを提供することにある。
The problem to be solved by the present invention is that the relative permittivity change with respect to the DC bias electric field is large, the temperature dependence of the relative permittivity is small, the dielectric loss in a wide frequency range is small, and tunable capable of low-temperature sintering. It is to provide dielectric ceramics for devices.
Another object of the present invention is to provide a dielectric ceramic for a tunable device that does not contain an environmental load element and is low in cost.

上記課題を解決するために本発明に係るチューナルブルデバイス用誘電体セラミックスは、(1)式で表される組成を有することを要旨とする。
(1−x−y)NaNbO3−xSrTiO3−yCaTiO3 ・・・(1)
但し、0≦x<1、0≦y<1、0<x+y<1。
x及びyは、0≦x≦0.2、0≦y≦0.2、0<x+y≦0.2が好ましい。
In order to solve the above problems, the dielectric ceramics for a tunable device according to the present invention has a composition represented by the formula (1).
(1-x-y) NaNbO 3 -xSrTiO 3 -yCaTiO 3 ··· (1)
However, 0 ≦ x <1, 0 ≦ y <1, 0 <x + y <1.
x and y are preferably 0 ≦ x ≦ 0.2, 0 ≦ y ≦ 0.2, and 0 <x + y ≦ 0.2.

反強誘電体であるNaNbO3に常誘電体であるSrTiO3及び/又はCaTiO3を固溶させると、誘電損失(又は、Q・f値)、比誘電率、直流バイアス電界に対する比誘電率の変化率、比誘電率の温度依存性、及び、比誘電率の周波数依存性のいずれか1以上の特性が向上する。
また、反強誘電体をベースとする本発明に係るチューナブルデバイス用誘電体セラミックスは、強誘電体をベースとする誘電体セラミックスと異なり、高周波域も含めて、幅広い周波数に対して低い誘電損失を示す。
さらに、NaNbO3は難焼結性材料であるが、これにSrTiO3及び/又はCaTiO3を固溶させると、焼結温度を低下させることができる。しかも、上述した諸特性を得るために、環境負荷元素や高価な貴金属元素を添加する必要もない。
When the solid solution of SrTiO 3 and / or CaTiO 3 is a paraelectric in NaNbO 3 is anti-ferroelectric dielectric loss (or, Q · f value), the dielectric constant, the dielectric constant for the DC bias field Any one or more of the change rate, the temperature dependency of the relative permittivity, and the frequency dependency of the relative permittivity is improved.
In addition, the dielectric ceramics for tunable devices according to the present invention based on the antiferroelectric material, unlike the dielectric ceramics based on the ferroelectric material, have a low dielectric loss over a wide range of frequencies including the high frequency range. Indicates.
Further, NaNbO 3 is a hardly sinterable material, but when SrTiO 3 and / or CaTiO 3 is dissolved therein, the sintering temperature can be lowered. In addition, it is not necessary to add an environmental load element or an expensive noble metal element in order to obtain the above-described characteristics.

(1−x−y)NaNbO3−xSrTiO3−yCaTiO3の好ましい組成を示す図である。It is a diagram showing a preferred composition of (1-x-y) NaNbO 3 -xSrTiO 3 -yCaTiO 3. 図2(a)は、誘電体セラミックスを用いた容量素子の第1の具体例を示す断面図である。図2(b)は、誘電体セラミックスを用いた容量素子の第2の具体例を示す平面図である。図2(c)は、チューナブルデバイスの回路の一例を示す図である。FIG. 2A is a cross-sectional view showing a first specific example of a capacitive element using dielectric ceramics. FIG. 2B is a plan view showing a second specific example of a capacitive element using dielectric ceramics. FIG. 2C is a diagram illustrating an example of a circuit of the tunable device.

以下に、本発明の一実施の形態について詳細に説明する。
[1. チューナブルデバイス用誘電体セラミックス]
[1.1. 組成]
本発明に係るチューナブルデバイス用誘電体セラミックス(以下、単に「誘電体セラミックス」ともいう)は、(1)式で表される組成を有する。
(1−x−y)NaNbO3−xSrTiO3−yCaTiO3 ・・・(1)
但し、0≦x<1、0≦y<1、0<x+y<1。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail.
[1. Dielectric ceramics for tunable devices]
[1.1. composition]
The dielectric ceramics for tunable devices according to the present invention (hereinafter also simply referred to as “dielectric ceramics”) has a composition represented by the formula (1).
(1-x-y) NaNbO 3 -xSrTiO 3 -yCaTiO 3 ··· (1)
However, 0 ≦ x <1, 0 ≦ y <1, 0 <x + y <1.

(1)式中、xは、誘電体セラミックスに含まれるSrTiO3のモル分率を表す。yは、誘電体セラミックスに含まれるCaTiO3のモル分率を表す。誘電体セラミックスは、SrTiO3又はCaTiO3のいずれか一方を含んでいても良く、あるいは、双方を含んでいても良い。 In the formula (1), x represents the molar fraction of SrTiO 3 contained in the dielectric ceramic. y represents the molar fraction of CaTiO 3 contained in the dielectric ceramic. The dielectric ceramics may contain either SrTiO 3 or CaTiO 3 , or may contain both.

(1)式の中でも、x及びyは、(1.1)式の関係を満たしているのが好ましい。
0≦x≦0.2、0≦y≦0.2、0<x+y≦0.2 ・・・(1.1)
(1.1)式を満たす誘電体セラミックスは、誘電損失(又は、Q・f値)、比誘電率、直流バイアス電界に対する比誘電率の変化率、比誘電率の温度安定性、及び、比誘電率の周波数依存性のいずれか1以上に関し、優れた特性を示す。
具体的には、(1.1)式を満たす誘電体セラミックスは、
(a)後述する比誘電率電圧変化率の絶対値が0.3%以上となる、
(b)kHz帯からGHz帯にかけて、比誘電率の周波数依存性が小さい、
(c)高周波域で低い誘電損失(高いQ・f値)を示す、
(d)1300℃以下の焼結温度で、緻密に焼結可能である
という利点がある。
Among formulas (1), x and y preferably satisfy the relationship of formula (1.1).
0 ≦ x ≦ 0.2, 0 ≦ y ≦ 0.2, 0 <x + y ≦ 0.2 (1.1)
The dielectric ceramic satisfying the formula (1.1) has a dielectric loss (or Q · f value), a relative permittivity, a change rate of the relative permittivity with respect to a DC bias electric field, a temperature stability of the relative permittivity, and a ratio. It shows excellent characteristics with respect to any one or more of the frequency dependence of the dielectric constant.
Specifically, the dielectric ceramic satisfying the formula (1.1) is
(A) The absolute value of the relative dielectric constant voltage change rate described later is 0.3% or more.
(B) The frequency dependence of the dielectric constant is small from the kHz band to the GHz band.
(C) low dielectric loss (high Q · f value) in the high frequency range,
(D) There is an advantage that dense sintering is possible at a sintering temperature of 1300 ° C. or less.

x及びyは、特に、(x、y)=(0、0.15)、(0.09、0.06)、(0.04、0.06)、(0、0.10)の4点で囲まれる領域内(境界線上を含む)にあるのが好ましい(図1参照)。
x及びyが図1に示すハッチング領域内にある誘電体セラミックスは、1%以上の比誘電率電圧変化率を示す。比誘電率電圧変化率については、後述する。
x and y are 4 in particular, (x, y) = (0, 0.15), (0.09, 0.06), (0.04, 0.06), (0, 0.10). It is preferable to be within an area surrounded by points (including on the boundary line) (see FIG. 1).
Dielectric ceramics in which x and y are in the hatched region shown in FIG. 1 exhibit a relative dielectric constant voltage change rate of 1% or more. The relative dielectric constant voltage change rate will be described later.

x及びyは、さらに、(x、y)=(0.09、0.06)、( 0.04、0.06)、(0.05、0.10)の3点で囲まれる領域内(境界線上を含む)にあるのが好ましい。
x及びyがこのような領域内にある誘電体セラミックスは、1.0%以上の比誘電率電圧変化率と、100GHz以上のQ・f値を同時に示すという利点がある。
x and y are further in a region surrounded by three points of (x, y) = (0.09, 0.06), (0.04, 0.06), (0.05, 0.10). (Including on the boundary line).
Dielectric ceramics in which x and y are in such a region have the advantage of simultaneously exhibiting a relative dielectric constant voltage change rate of 1.0% or more and a Q · f value of 100 GHz or more.

[1.2. 結晶構造]
NaNbO3は、ペロブスカイト型結晶構造を取る反強誘電体である。一方、SrTiO3及びCaTiO3は、いずれもペロブスカイト型結晶構造を取る常誘電体である。
本発明に係る誘電体セラミックスは、NaNbO3に所定量のSrTiO3及び/又はCaTiO3を固溶させたものであり、x及びyによらず、ペロブスカイト型結晶構造を取る。
[1.2. Crystal structure]
NaNbO 3 is an antiferroelectric material having a perovskite crystal structure. On the other hand, SrTiO 3 and CaTiO 3 are both paraelectric materials having a perovskite crystal structure.
Dielectric ceramics according to the present invention has a solid solution of SrTiO 3 and / or CaTiO 3 a predetermined amount of NaNbO 3, regardless of the x and y, take a perovskite-type crystal structure.

[1.3. 誘電特性]
[1.3.1. 比誘電率]
誘電体セラミックスの比誘電率は、x及びyに依存し、x及びyの値に応じて、約150〜2100の範囲で制御することができる。一般に、比誘電率が大きくなるほど、直流バイアス電圧に対する比誘電率変化の絶対量は大きくなるが、これと同時に誘電損失も大きくなる。従って、比誘電率は、他の誘電特性とのバランスが最も良好となるように選択するのが好ましい。
[1.3. Dielectric properties]
[1.3.1. Dielectric constant]
The dielectric constant of the dielectric ceramic depends on x and y, and can be controlled in the range of about 150 to 2100 depending on the values of x and y. In general, as the relative permittivity increases, the absolute amount of change in relative permittivity with respect to the DC bias voltage increases, but at the same time, the dielectric loss also increases. Therefore, it is preferable to select the relative dielectric constant so that the balance with other dielectric characteristics is the best.

[1.3.2. 比誘電率電圧変化率(チューナビリティ)]
「比誘電率電圧変化率」とは、直流バイアス電界に対する比誘電率の変化率をいい、具体的には、(2)式で表される値をいう。
比誘電率電圧変化率(%)=(εr0−εr1)×100/εr0 ・・・(2)
但し、εr0は、直流バイアス電界0kV/cmでの比誘電率、
εr1は、直流バイアス電界10kV/cmでの比誘電率。
[1.3.2. Relative permittivity voltage change rate (tunability)]
“Relative permittivity voltage change rate” refers to the rate of change of relative permittivity with respect to the DC bias electric field, and specifically refers to the value expressed by equation (2).
Relative permittivity voltage change rate (%) = (εr 0 −εr 1 ) × 100 / εr 0 (2)
Where εr 0 is the relative dielectric constant at a DC bias electric field of 0 kV / cm,
εr 1 is a relative dielectric constant at a DC bias electric field of 10 kV / cm.

本発明に係る誘電体セラミックスは、チューナブル特性を持つ。本発明において、「チューナブル特性」とは、室温、周波数100kHzの条件下において、(2)式で表される比誘電率電圧変化率の絶対値が0.1%以上であることをいう。一般に、比誘電率電圧変化率の絶対値が大きくなるほど、比誘電率の変化量の絶対値が大きくなるので、比誘電率の変化を信号処理に利用するのが容易化する。
比誘電率電圧変化率は、x及びyの値に依存する。x及びyを最適化すると、室温、周波数100KHzにおける比誘電率電圧変化率の絶対値が0.3%以上である誘電体セラミックスが得られる。x及びyをさらに最適化すると、比誘電率電圧変化率の絶対値が0.5%以上、0.7%以上、0.9%以上、あるいは、1.5%以上である誘電体セラミックスが得られる。
The dielectric ceramic according to the present invention has tunable characteristics. In the present invention, “tunable characteristic” means that the absolute value of the relative dielectric constant voltage change rate represented by the equation (2) is 0.1% or more under the conditions of room temperature and frequency of 100 kHz. Generally, as the absolute value of the relative permittivity voltage change rate increases, the absolute value of the change amount of the relative permittivity increases, so that the change in relative permittivity can be easily used for signal processing.
The relative dielectric constant voltage change rate depends on the values of x and y. When x and y are optimized, a dielectric ceramic having an absolute value of a relative dielectric constant voltage change rate of 0.3% or more at room temperature and a frequency of 100 KHz can be obtained. When x and y are further optimized, a dielectric ceramic having an absolute value of a relative dielectric constant voltage change rate of 0.5% or more, 0.7% or more, 0.9% or more, or 1.5% or more is obtained. can get.

[1.3.3. Q・f値(誘電損失)]
Q・f値は、誘電損失の逆数に共振周波数を乗じた値であり、Q・f値が高いほど、誘電損失が低いことを示す。
Q・f値は、x及びyの値に依存する。x及びyを最適化すると、Q・f値が50GHz以上である誘電体セラミックスが得られる。x及びyをさらに最適化すると、Q・f値が100GHz以上である誘電体セラミックスが得られる。
[1.3.3. Q · f value (dielectric loss)]
The Q · f value is a value obtained by multiplying the reciprocal of the dielectric loss by the resonance frequency, and the higher the Q · f value, the lower the dielectric loss.
The Q · f value depends on the values of x and y. When x and y are optimized, a dielectric ceramic having a Q · f value of 50 GHz or more is obtained. When x and y are further optimized, a dielectric ceramic having a Q · f value of 100 GHz or more is obtained.

[1.3.4. 比誘電率周波数変化率]
「比誘電率周波数変化率」とは、誘電体セラミックスに印加される高周波電流の周波数に対する比誘電率の変化率をいい、具体的には、(3)式で表される値をいう。
比誘電率周波数変化率(%)=(εr2−εr3)×100/εr2 ・・・(3)
但し、εr2は、周波数100kHzでの比誘電率、
εr3は、周波数1GHzでの比誘電率。
[1.3.4. Relative permittivity frequency change rate]
The “relative dielectric constant frequency change rate” refers to the change rate of the relative dielectric constant with respect to the frequency of the high frequency current applied to the dielectric ceramic, and specifically refers to the value represented by the equation (3).
Specific dielectric constant frequency change rate (%) = (εr 2 −εr 3 ) × 100 / εr 2 (3)
Where εr 2 is the relative dielectric constant at a frequency of 100 kHz,
εr 3 is a relative dielectric constant at a frequency of 1 GHz.

一般に、比誘電率周波数変化率の絶対値が小さくなるほど、幅広い周波数に対する回路素子として使用できるという利点がある。
比誘電率周波数変化率は、x及びyの値に依存する。x及びyを最適化すると、室温、無バイアスの条件下において、比誘電率周波数変化率の絶対値が相対的に小さい誘電体セラミックスが得られる。比誘電率周波数変化率の絶対値は、小さいほど良い。
In general, the smaller the absolute value of the relative dielectric constant frequency change rate, the more advantageous it is that it can be used as a circuit element for a wide range of frequencies.
The relative permittivity frequency change rate depends on the values of x and y. When x and y are optimized, a dielectric ceramic having a relatively small absolute value of the relative dielectric constant frequency change rate can be obtained under conditions of room temperature and no bias. The smaller the absolute value of the relative dielectric constant frequency change rate, the better.

[1.3.5. 比誘電率温度変化率]
「比誘電率温度変化率」とは、温度に対する比誘電率の変化率をいい、具体的には、(4)式で表される値をいう。
比誘電率温度変化率(%)=(εr5−εr4)×100/εr4 ・・・(4)
但し、εr4は、温度20℃での比誘電率、
εr5は、温度80℃での比誘電率。
[1.3.5. Relative permittivity temperature change rate]
“Relative permittivity temperature change rate” refers to the rate of change of relative permittivity with respect to temperature, and specifically refers to the value represented by equation (4).
Specific dielectric constant temperature change rate (%) = (εr 5 −εr 4 ) × 100 / εr 4 (4)
Where εr 4 is the relative dielectric constant at a temperature of 20 ° C.
εr 5 is a relative dielectric constant at a temperature of 80 ° C.

一般に、比誘電率温度変化率の絶対値が小さくなるほど、幅広い温度域で用いられる回路素子として使用できるという利点がある。
比誘電率温度変化率は、x及びyの値に依存する。x及びyを最適化すると、周波数100kHz、無バイアスの条件下において、比誘電率温度変化率の絶対値が50%以下である誘電体セラミックスが得られる。x及びyをさらに最適化すると、比誘電率温度変化率の絶対値が、40%以下、30%以下、あるいは、20%以下である誘電体セラミックスが得られる。
In general, the smaller the absolute value of the relative dielectric constant temperature change rate, the more advantageous it is that it can be used as a circuit element used in a wide temperature range.
The relative dielectric constant temperature change rate depends on the values of x and y. When x and y are optimized, a dielectric ceramic having an absolute value of a relative dielectric constant temperature change rate of 50% or less is obtained under the condition of a frequency of 100 kHz and no bias. When x and y are further optimized, a dielectric ceramic having an absolute value of a relative dielectric constant temperature change rate of 40% or less, 30% or less, or 20% or less is obtained.

[1.4. 易焼結性]
「焼結温度」とは、1時間の焼結により、98%以上の相対密度が得られる最低の温度をいう。
NaNbO3、SrTiO3及びCaTiO3は、いずれも、単独では焼結温度が1300℃を超える難焼結性材料である。これに対し、NaNbO3に所定量のSrTiO3及び/又はCaTiO3を固溶させると、焼結温度を低下させることができる。
焼結温度は、x及びyの値に依存する。x及びyを最適化すると、焼結温度が1300℃以下である誘電体セラミックスが得られる。
[1.4. Sinterability]
“Sintering temperature” refers to the lowest temperature at which a relative density of 98% or more is obtained by sintering for 1 hour.
NaNbO 3 , SrTiO 3 and CaTiO 3 are all hard-to-sinter materials having a sintering temperature exceeding 1300 ° C. alone. In contrast, when the solid solution of SrTiO 3 and / or CaTiO 3 a predetermined amount of NaNbO 3, it is possible to lower the sintering temperature.
The sintering temperature depends on the values of x and y. When x and y are optimized, a dielectric ceramic having a sintering temperature of 1300 ° C. or lower is obtained.

[2. チューナブルデバイス]
本発明に係る誘電体セラミックスは、チューナブルデバイスに用いられる。
「チューナブルデバイス」とは、誘電体の直流バイアス電界による比誘電率の変化を信号処理に積極的に利用するデバイスをいう。
チューナブルデバイスとしては、具体的には、チューナブルアンテナ、マルチバンドパスフィルタ、位相器、可変容量素子などがある。
[2. Tunable device]
The dielectric ceramic according to the present invention is used for a tunable device.
A “tunable device” refers to a device that positively uses a change in relative dielectric constant due to a DC bias electric field of a dielectric for signal processing.
Specific examples of the tunable device include a tunable antenna, a multiband pass filter, a phase shifter, and a variable capacitance element.

図2(a)に、誘電体セラミックスを用いた容量素子の第1の具体例(断面図)を示す。図2(a)において、容量素子10は、基板12の上に、下部電極層14、誘電体層16、上部電極層18がこの順で形成されたものである。誘電体層16には、本発明に係る誘電体セラミックスが用いられる。   FIG. 2A shows a first specific example (cross-sectional view) of a capacitive element using dielectric ceramics. In FIG. 2A, the capacitive element 10 is obtained by forming a lower electrode layer 14, a dielectric layer 16, and an upper electrode layer 18 in this order on a substrate 12. The dielectric ceramic according to the present invention is used for the dielectric layer 16.

図2(b)に、誘電体セラミックスを用いた容量素子の第2の具体例(平面図)を示す。図2(b)において、容量素子20は、基板(図示せず)上に形成された金属線路24、26の間に誘電体層22が形成されたものである。誘電体層22には、本発明に係る誘電体セラミックスが用いられる。この場合、誘電体層22の両側の金属線路24、26が電極となる。   FIG. 2B shows a second specific example (plan view) of a capacitive element using dielectric ceramics. In FIG. 2B, the capacitive element 20 has a dielectric layer 22 formed between metal lines 24 and 26 formed on a substrate (not shown). The dielectric ceramic according to the present invention is used for the dielectric layer 22. In this case, the metal lines 24 and 26 on both sides of the dielectric layer 22 serve as electrodes.

図2(c)に、このような容量素子を用いたチューナブルデバイスの回路の一例を示す。図2(c)において、チューナブルデバイス30は、容量素子32と、インダクタンス34と、可変直流電源36とを備えている。容量素子32の誘電体層には、本発明に係る誘電体セラミックスが用いられている。容量素子32の一方の電極には入力端子が接続され、他方の電極には出力端子が接続されている。また、容量素子32には、インダクタンス34を介して可変直流電源36が接続されている。   FIG. 2C shows an example of a circuit of a tunable device using such a capacitive element. 2C, the tunable device 30 includes a capacitive element 32, an inductance 34, and a variable DC power source 36. The dielectric ceramic according to the present invention is used for the dielectric layer of the capacitive element 32. An input terminal is connected to one electrode of the capacitive element 32, and an output terminal is connected to the other electrode. In addition, a variable DC power source 36 is connected to the capacitive element 32 via an inductance 34.

このようなチューナブルデバイス30に入力端子から高周波信号が入力されると、出力端子から高周波信号が出力される。この時、可変直流電源36を用いて容量素子32に印加する電圧を調整すると、誘電体層の比誘電率が変化する。その結果、出力端子からは、比誘電率変化の影響を受けた高周波信号が出力される。   When a high frequency signal is input to the tunable device 30 from the input terminal, the high frequency signal is output from the output terminal. At this time, when the voltage applied to the capacitive element 32 is adjusted using the variable DC power source 36, the relative dielectric constant of the dielectric layer changes. As a result, a high frequency signal affected by the change in relative permittivity is output from the output terminal.

[3. チューナブルデバイス用誘電体セラミックスの製造方法]
本発明に係るチューナブルデバイス用誘電体セラミックスは、
(a)所定のx及びyとなるように、原料(Na源、Nb源、Sr源、Ti源、及び、Ca源)を秤量し、
(b)秤量された原料を混合し、
(c)混合物を仮焼して、原料間に固相反応を生じさせ、
(d)必要に応じて仮焼物を粉砕した後、これを造粒し、
(e)造粒粉を所定の形状に成形し、
(f)成形体を焼結させる、
ことにより製造することができる。
各工程の条件は、特に限定されるものではなく、目的とする誘電特性が得られるように、x及びyの値に応じて、最適な条件を選択すればよい。
[3. Manufacturing method of dielectric ceramics for tunable devices]
The dielectric ceramic for a tunable device according to the present invention is:
(A) Weigh raw materials (Na source, Nb source, Sr source, Ti source, and Ca source) so as to have predetermined x and y,
(B) mixing the weighed raw materials;
(C) calcining the mixture to cause a solid phase reaction between the raw materials;
(D) After pulverizing the calcined material as necessary, granulate this,
(E) shaping the granulated powder into a predetermined shape;
(F) sintering the compact,
Can be manufactured.
Conditions for each step are not particularly limited, and optimal conditions may be selected according to the values of x and y so that the intended dielectric characteristics can be obtained.

[4. チューナブルデバイス用誘電体セラミックスの作用]
反強誘電体であるNaNbO3に常誘電体であるSrTiO3及び/又はCaTiO3を固溶させると、誘電損失(又は、Q・f値)、比誘電率、直流バイアス電界に対する比誘電率の変化率、比誘電率の温度依存性、及び、比誘電率の周波数依存性のいずれか1以上の特性が向上する。
また、反強誘電体をベースとする本発明に係るチューナブルデバイス用誘電体セラミックスは、強誘電体をベースとする誘電体セラミックスと異なり、高周波域も含めて、幅広い周波数に対して低い誘電損失を示す。
さらに、NaNbO3は難焼結性材料であるが、これにSrTiO3及び/又はCaTiO3を固溶させると、焼結温度を低下させることができる。しかも、上述した諸特性を得るために、環境負荷元素や高価な貴金属元素を添加する必要もない。
[4. Action of dielectric ceramics for tunable devices]
When the solid solution of SrTiO 3 and / or CaTiO 3 is a paraelectric in NaNbO 3 is anti-ferroelectric dielectric loss (or, Q · f value), the dielectric constant, the dielectric constant for the DC bias field Any one or more of the change rate, the temperature dependency of the relative permittivity, and the frequency dependency of the relative permittivity is improved.
In addition, the dielectric ceramics for tunable devices according to the present invention based on the antiferroelectric material, unlike the dielectric ceramics based on the ferroelectric material, have a low dielectric loss over a wide range of frequencies including the high frequency range. Indicates.
Further, NaNbO 3 is a hardly sinterable material, but when SrTiO 3 and / or CaTiO 3 is dissolved therein, the sintering temperature can be lowered. In addition, it is not necessary to add an environmental load element or an expensive noble metal element in order to obtain the above-described characteristics.

(実施例1、比較例1〜6)
[1. 試料の作製]
原料には、Na2CO3、K2CO3、Nb25、TiO2、SrCO3、CaCO3、及び、BaCO3(いずれも、純度99.9%以上)を用いた。
これらの原料を、
(a)(1−x−y)NaNbO3−xSrTiO3−yCaTiO3(実施例1)、
(b)NaNbO3(比較例1)、
(c)SrTiO3(比較例2)、
(d)CaTiO3(比較例3)、
(e)(1−x)Na0.50.5NbO3−xSrTiO3(比較例4)、
(f)(1−y)Na0.50.5NbO3−yCaTiO3(比較例5)、又は、
(g)Ba0.5Sr0.5TiO3(比較例6)
となるように秤量した。
(Example 1, Comparative Examples 1-6)
[1. Preparation of sample]
Na 2 CO 3 , K 2 CO 3 , Nb 2 O 5 , TiO 2 , SrCO 3 , CaCO 3 , and BaCO 3 (all of which have a purity of 99.9% or more) were used as raw materials.
These raw materials,
(A) (1-x- y) NaNbO 3 -xSrTiO 3 -yCaTiO 3 ( Example 1),
(B) NaNbO 3 (Comparative Example 1),
(C) SrTiO 3 (Comparative Example 2),
(D) CaTiO 3 (Comparative Example 3),
(E) (1-x) Na 0.5 K 0.5 NbO 3 —xSrTiO 3 (Comparative Example 4),
(F) (1-y) Na 0.5 K 0.5 NbO 3 —yCaTiO 3 (Comparative Example 5), or
(G) Ba 0.5 Sr 0.5 TiO 3 (Comparative Example 6)
Weighed so that

所定量秤量された原料粉末及び溶媒(アセトン)をポリエチレンポットに入れ、20時間のボールミル混合を行った。混合粉を乾燥させた後、これをアルミナ坩堝に入れ、800〜1000℃の範囲で5時間の仮焼を行った。仮焼粉及び溶媒(アセトン)を再度、ポリエチレンポットに入れ、20時間のボールミル混合を行った。仮焼粉を乾燥させた後、これを造粒した。さらに、直径13mmの金型に造粒粉を充填し、1t/cm2(98MPa)の圧力で厚さ2mm又は7mmの円柱状に成形した。 A raw material powder and a solvent (acetone) weighed in predetermined amounts were put into a polyethylene pot, and ball mill mixing was performed for 20 hours. After drying the mixed powder, this was put in an alumina crucible and calcined at 800 to 1000 ° C. for 5 hours. The calcined powder and the solvent (acetone) were again put into a polyethylene pot and subjected to ball mill mixing for 20 hours. After the calcined powder was dried, it was granulated. Furthermore, the granulated powder was filled in a mold having a diameter of 13 mm, and molded into a cylindrical shape having a thickness of 2 mm or 7 mm at a pressure of 1 t / cm 2 (98 MPa).

これらの成形体を酸素雰囲気中において、1100〜1300℃で1時間焼結した。但し、NaNbO3については1375℃、SrTiO3については1500℃、CaTiO3については1450℃で1時間焼結した。また、いずれの試料とも、室温から焼結温度までの昇温速度及び降温速度は、それぞれ200℃/hとした。 These molded bodies were sintered at 1100 to 1300 ° C. for 1 hour in an oxygen atmosphere. However, NaNbO 3 was sintered at 1375 ° C., SrTiO 3 was sintered at 1500 ° C., and CaTiO 3 was sintered at 1450 ° C. for 1 hour. In any sample, the rate of temperature increase and the rate of temperature decrease from room temperature to the sintering temperature were each 200 ° C./h.

[2. 試験方法]
[2.1. 比誘電率、Q・f値]
高さ7mmの成形体から得られた円柱状の焼結体の両端を研磨した。得られた円柱状試料を用いて、両端短絡型誘電体共振器法(JIS−R1627)に基づいてマイクロ波(1〜4GHz)における比誘電率とQ・f値とを測定した。測定には、ネットワークアナライザを用いた。
[2. Test method]
[2.1. Relative permittivity, Q · f value]
Both ends of a cylindrical sintered body obtained from a molded body having a height of 7 mm were polished. Using the obtained cylindrical sample, the relative dielectric constant and Q · f value in microwaves (1 to 4 GHz) were measured based on the double-shorted dielectric resonator method (JIS-R1627). A network analyzer was used for the measurement.

[2.2. 比誘電率電圧変化率、比誘電率温度変化率]
高さ2mmの成形体から得られた円柱状の焼結体の両端を研磨した。さらに、円柱状試料の両端面に、金蒸着により電極を形成した。インピーダンスアナライザを用いて、室温(20℃)から80℃の範囲において100kHzでの比誘電率を測定した。また、直流電圧/電流源を用いて、試料の表面に対して10kV/cmの直流電界を印加し、室温において100kHzでの比誘電率を測定した。
得られた比誘電率及び(2)式を用いて、室温、周波数100kHzでの比誘電率電圧変化率を算出した。また、得られた比誘電率及び(4)式を用いて、周波数100kHz、無バイアス下での比誘電率温度変化率を算出した。
[2.2. Relative permittivity voltage change rate, relative permittivity temperature change rate]
Both ends of a cylindrical sintered body obtained from a molded body having a height of 2 mm were polished. Furthermore, electrodes were formed on both end faces of the cylindrical sample by gold vapor deposition. Using an impedance analyzer, the relative dielectric constant at 100 kHz was measured in the range from room temperature (20 ° C.) to 80 ° C. Further, using a DC voltage / current source, a DC electric field of 10 kV / cm was applied to the surface of the sample, and the relative dielectric constant at 100 kHz was measured at room temperature.
The relative dielectric constant voltage change rate at room temperature and a frequency of 100 kHz was calculated using the obtained relative dielectric constant and equation (2). Moreover, the relative dielectric constant temperature change rate under a frequency of 100 kHz and no bias was calculated using the obtained relative dielectric constant and the equation (4).

[3. 結果]
[3.1. マイクロ波帯での誘電特性]
表1に、マイクロ波帯(1GHz)での比誘電率及びQ・f値を示す。表1より、以下のことがわかる。
(1)強誘電体であるNa0.50.5NbO3にSrTiO3又はCaTiO3を固溶させると、高い比誘電率が得られる。しかしながら、Q・f値は、いずれも50GHz未満であり、マイクロ波帯域での誘電損失が大きい。従って、Na0.50.5NbO3系の材料は、高周波用素子には適さない。
これに対し、反強誘電体であるNaNbO3にSrTiO3又はCaTiO3を固溶させると、150以上の高い比誘電率が得られる。また、試料No.3、9、10を除き、Q・f値は100GHz以上であり、マイクロ波帯域における誘電損失が低い。
(2)NaNbO3に所定量のSrTiO3又はCaTiO3を固溶させると、焼結温度を1300℃以下にすることができる。
[3. result]
[3.1. Dielectric properties in the microwave band]
Table 1 shows the relative dielectric constant and Q · f value in the microwave band (1 GHz). Table 1 shows the following.
(1) When SrTiO 3 or CaTiO 3 is dissolved in Na 0.5 K 0.5 NbO 3 that is a ferroelectric, a high dielectric constant can be obtained. However, the Q · f values are both less than 50 GHz, and the dielectric loss in the microwave band is large. Therefore, Na 0.5 K 0.5 NbO 3 -based materials are not suitable for high frequency devices.
In contrast, when the NaNbO 3 is antiferroelectric to solid solution SrTiO 3 or CaTiO 3, 0.99 or more high dielectric constant can be obtained. Sample No. Except 3, 9, and 10, the Q · f value is 100 GHz or more, and the dielectric loss in the microwave band is low.
(2) When the NaNbO 3 is a solid solution of SrTiO 3 or CaTiO 3 in a predetermined amount, the sintering temperature can be 1300 ° C. or less.

Figure 2012069580
Figure 2012069580

[3.2. kHz帯での誘電特性]
表2に、100kHzでの比誘電率、比誘電率電圧変化率、及び、比誘電率温度変化率を示す。なお、表2には、マイクロ波帯(1GHz)での比誘電率及びQ・f値も併せて示した。表2より、以下のことがわかる。
(1)SrTiO3又はCaTiO3のいずれか一方のみを固溶させる場合において、0<x≦0.2又は0<y≦0.2である時には、比誘電率電圧変化率は、0.3%以上となる。特に、x=0、y=0.15の場合、2.8%の比誘電率電圧変化率が得られた。
(2)試料No.3、9、10のQ・f値は、50GHz以下であった。一方、NaNbO3−SrTiO3−CaTiO3三成分系である試料No.24〜27においては、1%程度の比誘電率電圧変化率と、100GHz以上のQ・f値が得られた。すなわち、0<x+y≦0.2の範囲でxとyを調整することで、低い誘電損失を有しつつ、直流バイアス電界に対して大きな比誘電率変化を示す誘電体が得られる。
(3)本発明に係る誘電体セラミックスは、いずれも、100kHzにおける比誘電率とマイクロ波帯における比誘電率の差が小さい。
(4)本発明に係る誘電体セラミックスは、Ba0.5Sr0.5TiO3に比べて、比誘電率温度変化率の絶対値が小さい。
[3.2. Dielectric characteristics in kHz band]
Table 2 shows the relative permittivity, the relative permittivity voltage change rate, and the relative permittivity temperature change rate at 100 kHz. Table 2 also shows the relative dielectric constant and Q · f value in the microwave band (1 GHz). Table 2 shows the following.
(1) When only one of SrTiO 3 and CaTiO 3 is dissolved, when 0 <x ≦ 0.2 or 0 <y ≦ 0.2, the relative permittivity voltage change rate is 0.3 % Or more. In particular, when x = 0 and y = 0.15, a relative dielectric constant voltage change rate of 2.8% was obtained.
(2) Sample No. The Q · f values of 3, 9, and 10 were 50 GHz or less. On the other hand, sample No. 3 which is NaNbO 3 —SrTiO 3 —CaTiO 3 ternary system. In 24 to 27, a relative dielectric constant voltage change rate of about 1% and a Q · f value of 100 GHz or more were obtained. That is, by adjusting x and y in the range of 0 <x + y ≦ 0.2, a dielectric that has a large dielectric constant change with respect to a DC bias electric field while having a low dielectric loss can be obtained.
(3) The dielectric ceramic according to the present invention has a small difference between the relative dielectric constant at 100 kHz and the relative dielectric constant in the microwave band.
(4) The dielectric ceramic according to the present invention has a smaller absolute value of the relative dielectric constant temperature change rate than Ba 0.5 Sr 0.5 TiO 3 .

(5)図1に示す三元系状態図において、0.85NaNbO3−0.15CaTiO3と、0.85NaNbO3−0.15SrTiO3を結んだ組成に着目する(試料No.3、10、25〜27)。この組成線上では、チューナビリティがCaTiO3量の増加と共に増大しており、CaTiO3が6mol%以上の組成において、1.0%以上のチューナビリティを示している。
また、0.9NaNbO3−0.1CaTiO3と0.9NaNbO3−0.1SrTiO3を結ぶ組成(試料No.2、9、24)においても、チューナビリティはCaTiO3量の増加と共に増大し、CaTiO3が6mol%以上の組成において、1.0%以上のチューナビリティが得られることが推測される。
すなわち、(x、y)を図1のハッチング領域内(境界線上を含む)にすると、1.0%以上のチューナビリティが得られる。
(5) In the ternary phase diagram shown in FIG. 1, attention is paid to the composition in which 0.85NaNbO 3 -0.15CaTiO 3 and 0.85NaNbO 3 -0.15SrTiO 3 are combined (Sample Nos. 3 , 10, 25). ~ 27). On this composition line, the tunability increases with an increase in the amount of CaTiO 3 , and a tunability of 1.0% or more is shown in a composition with CaTiO 3 of 6 mol% or more.
In addition, even in the composition (sample Nos. 2, 9, and 24) connecting 0.9NaNbO 3 -0.1CaTiO 3 and 0.9NaNbO 3 -0.1SrTiO 3 , the tunability increases as the amount of CaTiO 3 increases. It is estimated that a tunability of 1.0% or more can be obtained in a composition where 3 is 6 mol% or more.
That is, when (x, y) is within the hatched region (including the boundary) in FIG. 1, a tunability of 1.0% or more can be obtained.

Figure 2012069580
Figure 2012069580

以上、本発明の実施の形態について詳細に説明したが、本発明は上記実施の形態に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の改変が可能である。   Although the embodiments of the present invention have been described in detail above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the gist of the present invention.

本発明に係るチューナブルデバイス用誘電体セラミックスは、チューナブルアンテナ、マルチバンドパスフィルタ、位相器、可変容量素子などの各種チューナブルデバイスに用いることができる。   The dielectric ceramics for a tunable device according to the present invention can be used for various tunable devices such as a tunable antenna, a multiband pass filter, a phase shifter, and a variable capacitance element.

Claims (6)

(1)式で表される組成を有するチューナブルデバイス用誘電体セラミックス。
(1−x−y)NaNbO3−xSrTiO3−yCaTiO3 ・・・(1)
但し、0≦x<1、0≦y<1、0<x+y<1。
(1) A dielectric ceramic for a tunable device having a composition represented by the formula:
(1-x-y) NaNbO 3 -xSrTiO 3 -yCaTiO 3 ··· (1)
However, 0 ≦ x <1, 0 ≦ y <1, 0 <x + y <1.
0≦x≦0.2、0≦y≦0.2、0<x+y≦0.2
である請求項1に記載のチューナブルデバイス用誘電体セラミックス。
0 ≦ x ≦ 0.2, 0 ≦ y ≦ 0.2, 0 <x + y ≦ 0.2
The dielectric ceramic for a tunable device according to claim 1.
前記x及びyは、(x、y)=(0、0.15)、(0.09、0.06)、(0.04、0.06)、(0、0.10)の4点で囲まれる領域内(境界線上を含む)にある請求項1又は2に記載のチューナブルデバイス用誘電体セラミックス。   The x and y are four points (x, y) = (0, 0.15), (0.09, 0.06), (0.04, 0.06), and (0, 0.10). The dielectric ceramic for a tunable device according to claim 1, wherein the dielectric ceramic is in a region surrounded by (including on a boundary line). 室温、周波数100kHzの条件下において、(2)式で表される比誘電率電界変化率の絶対値が0.3%以上である請求項1から3までのいずれかに記載のチューナブルデバイス用誘電体セラミックス。
比誘電率電界変化率(%)=(εr0−εr1)×100/εr0 ・・・(2)
但し、εr0は、直流バイアス電界0kV/cmでの比誘電率、
εr1は、直流バイアス電界10kV/cmでの比誘電率。
The tunable device according to any one of claims 1 to 3, wherein an absolute value of a relative dielectric constant electric field change rate represented by the formula (2) is 0.3% or more under conditions of room temperature and a frequency of 100 kHz. Dielectric ceramics.
Relative permittivity electric field change rate (%) = (εr 0 −εr 1 ) × 100 / εr 0 (2)
Where εr 0 is the relative dielectric constant at a DC bias electric field of 0 kV / cm,
εr 1 is a relative dielectric constant at a DC bias electric field of 10 kV / cm.
Q・f値が100GHz以上である請求項1から4までのいずれかに記載のチューナブルデバイス用誘電体セラミックス。   The dielectric ceramic for a tunable device according to any one of claims 1 to 4, wherein a Q · f value is 100 GHz or more. 焼結温度が1300℃以下である請求項1から5までのいずれかに記載のチューナブルデバイス用誘電体セラミックス。   The dielectric ceramic for a tunable device according to any one of claims 1 to 5, wherein a sintering temperature is 1300 ° C or lower.
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