JPH01105403A - 誘電体材料 - Google Patents

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。

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。

〔背景技術〕

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。

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、−船釣には、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、１００ｔｌｚ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。

マイクロ波帯に使われる誘電体材料として、従来、Ｂａ
Ｔｉ４０ｑ　、Ｂａｚ　Ｔｉ、０２０％　Ｂａ　（Ｚｎ
＋７ａ　Ｔａｗｙｓ　）　０３　、あるいは、Ｂａ　　
（Ｃ。

１／３　Ｎ　ｂｚ／３）　Ｏ：＋のようなり　ａ　　（
ＡＩ／３　Ｂｇ／３）０３　（ただし、Ａは２価イオン
、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。

〔発明の目的〕

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。

〔発明の開示〕

前記目的を達成するため、発明者は、様々な角度から検
討を行った。そして、多数の誘電体材料のうちから、組
成式’　Ｂ　ａ　　（Ａ＋ｚａ　Ｂ２／３　）　０３（
但し、Ａは２価イオン、Ｂは５価イオン）であられされ
、複合ペロブスカイト系結晶構造を有する誘電体材料の
うちでも、誘電損失が極めて小さいＢａ　　（Ｍｇ＋ｚ
３Ｔａ２／３　）０３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。

複合ペロプスカイト系結晶構造を有する誘電体材料では
、マイクロ波領域では、イオン分極が誘電特性を基本的
に支配する。この場合、以下に述べるように、赤外活性
な基準振動モードのＴｏモード（Ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ
　０ｐｔｉｃａｌ　Ｍｏｄｅ）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’−ｊ
ε“）および誘電損失（ｔａｎδ−Ｉ／Ｑ）を推定する
ことができる。

１、５　ｔｅｒａ〜３００ｔｅｒａＨｚ（５０〜１００
０　ｃｍ−’）の範囲の赤外線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（赤外類
ＭＵ＞　−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〈〈
ν、（ω−２πν）の条件で近似式化されている。

ε′；ε■十苓４πρ１（Ｉ） ただし、 シ、：’ｒｏモードの周波数 ４πρＪ　＝ＴＯモードの周波数ν１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 ＴＪ　：減衰定数；電子分極の与える誘電率に近似でき
る。

εＯｏ：電子分極の与える誘電率の近似値上記の（２）
式は、Ｔｏモードの周波数ν４が上がれば誘電損失が小
さくなることを示している。このことから、発明者は、
上記誘電体材料の格子振動の解析を試み、以下の知見を
見出すことができた。すなわち、上記誘電体材料では、
赤外活性な格子振動が円振動と弁振動からなる。ここで
いう円振動とは、Ｍｇイオン（またはＴａイオン）とこ
のイオンに最近接な０イオンの間で起こる振動であり、
弁振動とは、Ｍｇイオン（またはＴａイオン）およびＯ
イオンの集団とＢａイオンとの間で起こる振動であり、
長距離的クーロン相互作用である。したがって、弁振動
の周波数の方が円振動のそれよりも低く、そのため、弁
振動のＴＯモードの周波数を高くすることができれば、
これに伴い誘電損失も低下させられるであろうという知
見が得られたのである。

弁振動の周波数は、Ｂａイオンの質量と密接な関係があ
る。Ｂａイオンの質量がもし小さ（なれば弁振動の周波
数が高くなることになるのである。それで、このＢａイ
オンの一部を他のイオン、より質量の小さいイオンで置
き換え、誘電損失を小さく、かつ、比誘電率ε′を実用
的な範囲に維持することができると推察し、その方向で
さらに深く検討を続けた。その結果、Ｂａイオンの一部
をＳｒイオンで置き換えれば、実用的な比誘電率ε′を
維持しつつ、誘電損失を小さくすることができることを
見出せたのである。Ｓｒの原子量は８７．６であり、Ｂ
ａの原子量の１３７．３のそれよりも相当に小さく、上
記推察の正しさが裏付けられた格好となっている。

したがって、この発明は、 組成式： ％式％） であられされ、複合ペロブスカイト系結晶構造を有する
誘電体材料において、Ｂａイオンの一部がＳｒイオンに
置換されてなることを特徴とする誘電体材料を要旨とす
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の組成式はつぎの通りであ
る。

Ｂａ、−ＸＳｒＸ　＜Ｍｇ＋ｚ＋　Ｔａ２／３　）０３
ただし、Ｏ＜Ｘ＜１ Ｂａイオンの置換割合、すなわち、Ｂａイオン（１−ｘ
）：Ｓｒイオン（Ｘ）は、比誘電率と誘電損失の観点か
らは、０．６：０．４〜ｏ、ｔ：ｏ、９の範囲が好まし
い。なお、比率はモル比である。置換割合が上記比率を
下回ると、Ｓｒによる置換効果が少な（比誘電率と誘電
損失の向上の程度が小さい。逆に上記割合を上回ってし
まっても、結晶構造の歪を生じるため向上の程度が小さ
い。誘電体材料は温度特性も重要な要素であり、実用に
あたっては、上記範囲に限らず、これらの各特性がバラ
ンスする置換割合が選ばれることはいうまでもない。

ｆ３ａイオンがＳｒイオンで置換された状態、すなわち
、複合ペロブスカイト系誘電体材料が、例えば、固溶体
となっているようにすればよい。

続いて、具体的な実施例と比較例の説明を行う〔実施例
１〜９〕 純度９９．９％以上のＢａｃｏ３．５ｒＣＯｓ、ＭｇＯ
１Ｔａ２０．の各粉末を、ＳｒとＢａの比率が第１表゛
に示すような割合となるように用いて、実施例１〜９の
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
ースミル粉砕を行った後、乾燥させてから、温度：１１
００℃、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：１６００℃、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１５ｍｍ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。

〔比較例１〜１６〕 Ｂａイオンを全く含まず、全てがＳｒイオンである以外
は上記実施例と同じようにして作成したものを比較例１
とした。逆に、Ｓｒイオンを全く含まないものを比較例
２として作成した。また、ＭｇイオンとＴａイオンが、
第２表にみるようなイオンと置き換えられている比較例
３〜１６の誘電体材料も作成した。

なお、作成した誘電体材料が、ペロブスカイト系結晶構
造をしていて、かつＢａイオンがＳｒイオンで置換され
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１．２表に示す。

第１表 渭淀周波数ＩＱＧＨｚ 上記第１．２表から、Ｓｒイオンの添加により、比誘電
率特性および誘電損失特性が最も向上したものとなって
おり、極めて実用的価値が高いことが分かる。

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。

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。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)

【特許請求の範囲】
1. （１）組成式： Ｂａ（Ｍｇ＿１＿／＿３Ｔａ＿２＿／＿３）Ｏ＿３であ
   らわされ、複合ペロブスカイト系結晶構造を有する誘電
   体材料において、Ｂａイオンの一部がＳｒイオンに置換
   されてなることを特徴とする誘電体材料。