JPH01105404A - 誘電体材料 - Google Patents

誘電体材料

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JPH01105404A
JPH01105404A JP62262465A JP26246587A JPH01105404A JP H01105404 A JPH01105404 A JP H01105404A JP 62262465 A JP62262465 A JP 62262465A JP 26246587 A JP26246587 A JP 26246587A JP H01105404 A JPH01105404 A JP H01105404A
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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。

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、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。
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。
ヤイクロ波帯に使われる誘電体材料として、従来、Ba
Ti40q 、Bag Tiq Ozo、あるいは、B
a  (Zn+z+ Ta2/3 )03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 (AI/3 Bzy3)○。
(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
に着目した。この誘電体材料は、多数の元素からなる複
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。
複合ペロブ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T O(Transverse 0
ptical Mode)モード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(tanδ−1/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−’−ソヒ(Cramers−Kr
onig)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〈〈
νJ (ω−2πν)の条件で近似式化されている。
ε′−ε■十各4πρJ+1ま ただし、νJ =TOモードの周波数 4πρJ 二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稙 γj :減衰定数 ε■: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外振動からなる。ここでいう
円振動とは、Aイオン(またはBイオン)とこのイオン
に最近接な0(酸素)イオンの間で起こる振動であり、
外振動とは、Aイオン(またはB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
離的なり−ロン相互作用である。したがって、外振動の
Toモードの周波数の方が円振動のそれよりも低く、そ
のため、外振動の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。
外振動の周波数は、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くなれば外振動の周波
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、B’a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、
Ba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%) (ただし、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っぎの通りであ
る。
Ba、−0S rX(AI/3 B2/3 ) 03た
だし、Q<x<1 AイオンとBイオンの組み合わせとしてはっぎのような
ものがある。
Aイオンとして、Z n % CO% N i 、、M
 gの各イオンのうちからひとつを選択し、これとBイ
オンとしてNbイオンを組み合わせる。あるいは、Aイ
オンとして、Z n % Co 、、N iの各イオン
のうちからひとつを選択し、これとBイオンとしてTa
イオンを組み合わせてもよい。
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、o、6:o、4〜0.11.9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く比誘電率と誘電損
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。
Ba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〕 純度99.9%以上のBaC0,,5rCO,、ZnO
1Nb20.の各粉末を用いた。これらを混合し、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:1075℃、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:1500℃、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11■l、長さ約15m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。
なお、BaイオンとSrイオンの比(モル比)が第1表
となるように、BaCO3,5rCo3粉末の割合を変
えて誘電体材料を作成した。比較のために、Baイオン
を全く含まないものと、逆に、Srイオンを全く含まな
いものもそれぞれ作成した。
〔実施例2〕 N b 20 s粉末の代わりにTa2O,粉末を用い
、温度=1100℃、4時間の仮焼を行い、温度:15
00℃、2時間、空気雰囲気で焼成するようにした以外
は、実施例1と全く同様にして誘電体材料を得た。
〔実施例3〕 ZnO粉末の代わりにCoo粉末を用い、温度:too
o℃、4時間の仮焼を行い、温度:1400℃、2時間
、空気雰囲気で焼成するようにした以外は、実施例1と
全く同様にして誘電体材料を得た。
〔実施例4〕 ZnO粉末の代わりにCoo粉末を用い、Nb2O5粉
末の代わりにTa205粉末を用い、温度: 1000
 ’C14時間の仮焼を行い、温度:1400℃、2時
間、空気雰囲気で焼成するようにした以外は、実施例1
と全く同様にして誘電体材料を得た。
〔実施例5〕 ZnO粉末の代わりにNiO粉末を用い、温度:110
0℃、4時間の仮焼を行い、温度:1550℃、2時間
、空気雰囲気で焼成するようにした以外は、実施例1と
全く同様にして誘電体材料を得た。
〔実施例6〕 ZnO粉末の代わりにNiO粉末を用い、Nb2o、粉
末の代わりにTa2O,粉末を用い、温度:1100℃
、4時間の仮焼を行い、温度:1600℃、2時間、空
気雰囲気で焼成するようにした以外は、実施例1と全く
同様にして誘電体材料を得た。
〔実施例7〕 ZnO粉末の代わりにMgO粉末を用い、温度:110
0℃、4時間の仮焼を行い、温度:1600℃、2時間
、空気雰囲気で焼成するようにした以外は、実施例1と
全く同様にして誘電体材料を得た。
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B’a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〜20数G fiz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・パソカード社
製:ネソトワークアナライザ8510Tである。測定結
果を、第1〜7表に示す。
上記第1〜7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向上していることが分かる
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。
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 (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)組成式: Ba(A_1_/_3B_2_/_3)O_3(ただし
    、Aは2価イオン、Bは5価イオン)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。
  2. (2)Aイオンが、Zn、Co、Ni、Mgの各イオン
    のうちから選ばれたひとつのイオンであって、Bイオン
    がNbイオンである特許請求の範囲第1項記載の誘電体
    材料。
  3. (3)Aイオンが、Zn、Co、Niの各イオンのうち
    から選ばれたひとつのイオンであって、BイオンがTa
    イオンである特許請求の範囲第1項記載の誘電体材料。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05298922A (ja) * 1992-04-22 1993-11-12 Oki Electric Ind Co Ltd マイクロ波用誘電体セラミックス
WO2002028668A2 (en) 2000-09-29 2002-04-11 Nsk Ltd. Bearing unit for wheel drive
KR100360974B1 (ko) * 2000-08-24 2002-11-23 주식회사 아모텍 유전체 세라믹 조성물의 제조방법

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61191556A (ja) * 1985-02-18 1986-08-26 日本特殊陶業株式会社 高周波用誘電体磁器組成物の焼成方法
JPS63285146A (ja) * 1987-05-19 1988-11-22 Ube Ind Ltd ペロブスカイトセラミックスの製造方法

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