JPS6310526B2 - - Google Patents

Info

Publication number
JPS6310526B2
JPS6310526B2 JP53126605A JP12660578A JPS6310526B2 JP S6310526 B2 JPS6310526 B2 JP S6310526B2 JP 53126605 A JP53126605 A JP 53126605A JP 12660578 A JP12660578 A JP 12660578A JP S6310526 B2 JPS6310526 B2 JP S6310526B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
temperature
hysteresis
dielectric constant
hours
dielectric material
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired
Application number
JP53126605A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPS5553007A (en
Inventor
Akihiko Kawachi
Kuniharu Yamada
Yoshuki Gomi
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Seiko Epson Corp
Original Assignee
Seiko Epson Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Seiko Epson Corp filed Critical Seiko Epson Corp
Priority to JP12660578A priority Critical patent/JPS5553007A/en
Priority to DE19792941304 priority patent/DE2941304A1/en
Priority to CH924479A priority patent/CH635460A5/en
Publication of JPS5553007A publication Critical patent/JPS5553007A/en
Publication of JPS6310526B2 publication Critical patent/JPS6310526B2/ja
Granted legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Ceramic Capacitors (AREA)
  • Inorganic Insulating Materials (AREA)
  • Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はチタン酸バリウムを主成分とする誘電
率の温度ヒステリシスを低減した誘電体に関す
る。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a dielectric material containing barium titanate as a main component and having reduced temperature hysteresis of dielectric constant.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

近年の電子技術の進歩即ち新電子材料の発見及
び回路設計技術の進展に伴ない電子機器は小型軽
量化へと進んでいる。電子機器の小型化は特に携
帯型電子機器の発展を促している。即ち水晶腕時
計、小型通信機、小型計算器等の発達は目をみは
るものがある。これら電子機器の小型化に伴ない
周囲の環境の影響は無視しえないものとなつてき
た。特に携帯時の温度変化はある種の電子デバイ
スにとつて致命的ともなることがある。この為デ
バイスの温度による影響を少なくする方法をデバ
イス自体あるいはそれを補正する方式等に求めら
れてきた。例えば零温度係数を持つ水晶振動子あ
るいはサーミスタによる温度補正等が考案されて
いる。特に水晶腕時計あるいは小型通信機用の水
晶振動子は零温度係数を持つたものが用いられて
いる。これらの例でも示される様に温度によるデ
バイスの特性の変化が装置そのものの機能に大き
な影響を及ぼすものに電気的振動回路がある。こ
れらは標準信号発振源あるいはフイルター回路、
変調回路、擬似ノイズ信号発振源として用いられ
ている。これらはもし温度によりその処理周波数
が異なつてくると本来の機能を果さなくなつてし
まう。水晶腕時計の場合は標準信号源として用い
られている水晶振動子は音叉型の屈曲振動子の場
合は第1図の如き周波数温度特性を示す。横軸は
温度T(℃)で縦軸は周波数f(KHz)を示す第1
図に示すように室温付近、ほぼ24℃に頂点を持つ
二次曲線となつている。ATカツトの厚みすべり
振動子の場合は第2図に示す様な周波数温度特性
を示す。ここで横軸は温度T(℃)で縦軸は周波
数f(KHz)を示す。第2図に示すようにほぼ三
次曲線を示している。レーダーの信号処理や自動
車電話の高周波周波数源、スペクトル拡散方式の
コード同期素子に用いられる表面弾性波素子の場
合の例を第3図、第4図に示す。これらは高周波
フイルターとしても用いられる。第3図はSTカ
ツトの水晶板を用いた表面弾性波素子であり、横
軸は温度T(℃)縦軸は周波数f(KHz)を示す。
第4図はパイレツクス上にZnO薄膜を構成した表
面弾性波素子であり、横軸は温度T(℃)縦軸は
周波数f(KHz)を示す。
BACKGROUND OF THE INVENTION With recent advances in electronic technology, that is, the discovery of new electronic materials and advances in circuit design technology, electronic devices are becoming smaller and lighter. The miniaturization of electronic devices has particularly encouraged the development of portable electronic devices. In other words, the development of crystal wristwatches, small communication devices, small calculators, etc. is remarkable. As these electronic devices become smaller, the influence of the surrounding environment has become impossible to ignore. Temperature changes, especially when carried, can be fatal to certain electronic devices. For this reason, methods have been sought to reduce the influence of device temperature on the device itself or a method for correcting it. For example, temperature correction using a crystal oscillator or thermistor having a zero temperature coefficient has been devised. In particular, quartz crystal resonators for quartz wristwatches or small communication devices have a zero temperature coefficient. As shown in these examples, there are electrical oscillation circuits in which changes in device characteristics due to temperature have a large effect on the function of the device itself. These are standard signal oscillation sources or filter circuits,
It is used as a modulation circuit and a pseudo-noise signal oscillation source. If their processing frequencies vary depending on the temperature, they will no longer perform their original functions. In the case of a quartz wristwatch, the quartz crystal oscillator used as a standard signal source exhibits frequency-temperature characteristics as shown in FIG. 1 in the case of a tuning fork-shaped bending oscillator. The horizontal axis is the temperature T (℃) and the vertical axis is the frequency f (KHz).
As shown in the figure, it is a quadratic curve with an apex near room temperature, approximately 24°C. The AT-cut thickness-shear resonator exhibits frequency-temperature characteristics as shown in Figure 2. Here, the horizontal axis shows the temperature T (° C.) and the vertical axis shows the frequency f (KHz). As shown in FIG. 2, it shows an almost cubic curve. Examples of surface acoustic wave elements used in radar signal processing, high frequency sources in car telephones, and spread spectrum code synchronization elements are shown in FIGS. 3 and 4. These are also used as high frequency filters. FIG. 3 shows a surface acoustic wave device using an ST-cut quartz plate, where the horizontal axis shows temperature T (°C) and the vertical axis shows frequency f (KHz).
FIG. 4 shows a surface acoustic wave device comprising a ZnO thin film on Pyrex, where the horizontal axis shows temperature T (°C) and the vertical axis shows frequency f (KHz).

いずれも24℃付近の室温に頂点を持つほぼ二次
曲線である。これらの頂点に於いて温度変化が零
となるいわゆる零温度係数を備えた素子である。
この様な零温度係数を持つ素子が実用上最も温度
の影響を受け難いとされてきたが、これにしても
頂点温度付近に温度が固定されていることを前提
としており温度がずれると自然特性値も変動して
きてしまう。本発明の目的はこれらの変動を補正
することにより更に高精度な回路を完成すること
にある。
Both are almost quadratic curves with a peak at room temperature around 24°C. This is an element having a so-called zero temperature coefficient, in which the temperature change becomes zero at these vertices.
It has been said that elements with such a zero temperature coefficient are practically the least susceptible to temperature effects, but even this assumes that the temperature is fixed near the peak temperature, and if the temperature shifts, the natural characteristics will change. The value will also fluctuate. An object of the present invention is to complete a circuit with even higher precision by correcting these fluctuations.

デバイスの温度補正を行うものとしてサーミス
タを先に述べたが容量素子も同様に用いられる。
通常セラミツクを用いたコンデンサーとして酸化
チタンを主成分としたものが用いられるが、これ
は周波数の温度による変動が少ないということが
大きな原因となつている。即ち通常のコンデンサ
ーは他の素子と同様温度により特性に変動を起さ
ないことが前提となるのである。理想的には通常
用いられる温度即ち室温付近の全温度範囲にわた
つて容量値の変化しないものが求められる。これ
に反し先に示した零温度係数を持つ二次曲線ある
いは三次曲線の周波数温度特性を持つ素子の補正
を行なおうとする場合、そのコンデンサーの備え
るべき第1の特性は室温付近に於いてこれらの素
子に対応する様な温度特性を示さねばならない。
Although the thermistor was described above as a device for temperature correction of the device, a capacitive element can also be used in the same way.
Ceramic capacitors whose main component is titanium oxide are usually used, and a major reason for this is that the frequency changes little with temperature. In other words, the premise is that ordinary capacitors, like other elements, do not change their characteristics due to temperature. Ideally, a capacitance value that does not change over the entire temperature range of normally used temperatures, that is, around room temperature, is required. On the other hand, when attempting to correct an element that has frequency-temperature characteristics of a quadratic or cubic curve with a zero temperature coefficient as shown above, the first characteristic that the capacitor should have is that these characteristics should be maintained near room temperature. It must exhibit temperature characteristics that correspond to other elements.

それも対応する素子によつては非常に大きな変
化をしなければならない。この様な目的の為のコ
ンデンサーとして従来より水晶腕時計に対しては
チタン酸バリウムセラミツクコンデンサーが用い
られてきた。これは本来第5図に示す様に横軸を
温度T(℃)縦軸を誘電率εとするとき、120℃付
近に相変態点(キユリー点)を持ちこの温度に於
いて誘電率εの極大値を持つ、即ち120℃以下で
は強誘電相の正方晶系であり、120℃以上で常誘
電相の立方昌系となる。このままでは頂点温度が
高すぎる為にSrTiO3、BaSnO3、BaZrO3等を加
えることによりキユリー点を室温付近に移動させ
ることができる。温度特性はほぼ二次曲線を示す
為に前記の二次曲線あるいは三次曲線の温度特性
を示す素子の温度補償コンデンサーとして有効と
されてきた。この特性を第6図に示す。ここで横
軸は温度T(℃)縦軸は誘電率εである。二次係
数に相当するこの曲線の形状は添加物あるいは焼
結条件により任意のものが得られる。この方式に
ついては水晶腕時計に既に実用化されている。こ
の場合水晶振動子は音叉型の屈曲振動子が用いら
れ、温度補償コンデンサーとしてBaTiO3
BaSnO3を添加したものが主に用いられている。
これより精度の良い水晶腕時計が可能となつた。
This also requires very large changes depending on the corresponding element. Barium titanate ceramic capacitors have traditionally been used for crystal watches as capacitors for this purpose. Originally, as shown in Figure 5, when the horizontal axis is temperature T (℃) and the vertical axis is dielectric constant ε, the phase transformation point (Curie point) is around 120℃, and at this temperature, the dielectric constant ε When it has a maximum value, that is, below 120°C, it is a tetragonal system with a ferroelectric phase, and above 120°C, it becomes a cubic system with a paraelectric phase. Since the peak temperature is too high as it is, the Curie point can be moved to around room temperature by adding SrTiO 3 , BaSnO 3 , BaZrO 3 or the like. Since the temperature characteristic shows a substantially quadratic curve, it has been considered effective as a temperature compensation capacitor for an element exhibiting the above-mentioned quadratic or cubic curve temperature characteristic. This characteristic is shown in FIG. Here, the horizontal axis is the temperature T (° C.), and the vertical axis is the dielectric constant ε. Any shape of this curve corresponding to the quadratic coefficient can be obtained depending on the additives or sintering conditions. This method has already been put to practical use in quartz wristwatches. In this case, a tuning fork-shaped flexural oscillator is used as the crystal oscillator, and BaTiO 3 is used as a temperature compensation capacitor.
Those with BaSnO 3 added are mainly used.
This made it possible to create a crystal wristwatch with better precision.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problem that the invention seeks to solve]

しかし、従来の方式でも完全なる温度補償は不
可能であつた。その理由は第5図、第6図にも明
らかな如くキユリー点より低温側に於いて誘電率
―温度特性のバラツキが見られるからである。こ
の現象は低温側から高温側へ温度を上昇させた場
合と高温から低温側へ温度を下降させた場合の特
性形状が異なるからである。即ち温度ヒステリシ
ス現象を示す。従つて一定温度Tnの際の誘電率
はεHからεLまでの値をとる様になつてしまう。
(εH−εL)×100÷εLなる量をヒステリシス量と
規定するとこの値は最大値20〜30%の値を示す。
従つてこのコンデンサーを用いて温度補償を行な
つても形状自体がはつきりしなくなり新たな誤差
の原因とまではいかなくてもその補償能力は著し
く減退してしまうなどの欠点を有していた。本発
明は前述の温度ヒステリシス現象を除去して安定
なる温度特性を持たせることにより精度の高い温
度補償を行なわしめるものである。いいかえれ
ば、キユリー点付近での誘電率温度特性のヒステ
リシス現象をほとんど除去することにより、(a)高
安定温度補正コンデンサーの提供、(b)低価格温度
補償方式の提供、(c)高精度高安定信号発振源の提
供、(d)高安定信号処理方式を提供する目的をもつ
ている。
However, even with conventional methods, complete temperature compensation has not been possible. The reason for this is that, as is clear from FIGS. 5 and 6, variations in the dielectric constant-temperature characteristics are observed at temperatures lower than the Curie point. This phenomenon occurs because the characteristic shape is different when the temperature is increased from a low temperature side to a high temperature side and when the temperature is decreased from a high temperature side to a low temperature side. That is, it exhibits a temperature hysteresis phenomenon. Therefore, the dielectric constant at a constant temperature Tn takes a value from εH to εL.
If the amount (εH−εL)×100÷εL is defined as the hysteresis amount, this value indicates a value of 20 to 30% of the maximum value.
Therefore, even if temperature compensation is performed using this capacitor, the shape itself will not fit, and although this may not cause new errors, the compensation ability will be significantly reduced. Ta. The present invention eliminates the above-mentioned temperature hysteresis phenomenon and provides stable temperature characteristics, thereby achieving highly accurate temperature compensation. In other words, by almost eliminating the hysteresis phenomenon in the dielectric constant-temperature characteristics near the Curie point, we can (a) provide a highly stable temperature compensation capacitor, (b) provide a low-cost temperature compensation method, and (c) provide a highly accurate The purpose is to provide a stable signal oscillation source and (d) to provide a highly stable signal processing method.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

上記問題点を解決し各目的の達成をはかるため
に、本発明はチタン酸バリウム又は、その構成イ
オンの一部をSr、ZrあるいはSnで置換したチタ
ン酸バリウム系固溶体にLa2O3、Sm2O3
Gd2O3、Dy2O3から選ばれた少なくとも一種を0.1
原子%以上でかつ前記固溶体の結晶構造を変えな
い範囲で添加することを特徴とする。
In order to solve the above-mentioned problems and achieve each object, the present invention incorporates La 2 O 3 , Sm into barium titanate or a barium titanate solid solution in which some of its constituent ions are replaced with Sr, Zr or Sn. 2O3 ,
0.1 of at least one selected from Gd 2 O 3 and Dy 2 O 3
It is characterized in that it is added in an amount of at least atomic % and within a range that does not change the crystal structure of the solid solution.

本発明によればキユリー点付近での誘電率温度
特性のヒステリシス現象がほとんど除去できる。
チタン酸バリウムはキユリー点以上で立方晶の常
誘電相を示し、キユリー点以下では正方晶の強誇
電相を示す。常誘電相に於いては双極子能率を生
じない。従つて各グレイン内は均一である。しか
し強誘電相に於いてはTiイオンの変位によつて
双極子能率が生じ、これが原因となつて自発分極
Psが生成する。この自発分極Psは各グレイン内
に於いて分域毎に異なつた方向に分かれる。この
方向には90゜の角度を持つものと180゜の角度をそ
れぞれがお互いに持つものと二種類存在する。こ
の自発分極が先に述べた温度ヒステリシス現象の
主要なる原因となつている。本発明者等はこの自
発分極のなかでも90゜分域が温度ヒステリシスを
起させる主要なる原因であることをつきとめた。
通常グレインの大きさを1ミクロン以下にすると
90゜ドメインは消失するとされているが、その領
域のグレインサイズにするとほとんど温度ヒステ
リシスは消失した。又、1ミクロン以下にまでし
なくても5ミクロン以下程度でも90゜ドメインは
消失し、又それに併ない温度ヒステリシスは5%
以下になつた。これは焼結後冷却段階に於いてグ
レインバウンダリーの方が膨張係数が大きい為に
グレインに応力を印加する様になりこの為に90゜
ドメインの存在を防害する為であると思われる。
According to the present invention, the hysteresis phenomenon of dielectric constant temperature characteristics near the Curie point can be almost eliminated.
Barium titanate exhibits a cubic paraelectric phase above the Curie point, and exhibits a tetragonal strongly hyperelectric phase below the Curie point. No dipole efficiency occurs in the paraelectric phase. Therefore, each grain is uniform. However, in the ferroelectric phase, dipole efficiency occurs due to the displacement of Ti ions, which causes spontaneous polarization.
Ps generates. This spontaneous polarization Ps is divided into different directions for each domain within each grain. There are two types of directions: one with a 90° angle and one with a 180° angle to each other. This spontaneous polarization is the main cause of the temperature hysteresis phenomenon mentioned above. The present inventors have found that among this spontaneous polarization, the 90° domain is the main cause of temperature hysteresis.
Normally, when the grain size is reduced to 1 micron or less,
It is said that the 90° domain disappears, but when the grain size is reduced to that region, the temperature hysteresis almost disappears. In addition, the 90° domain disappears even when the size is less than 5 microns, even if it is not less than 1 micron, and the accompanying temperature hysteresis is reduced to 5%.
It became the following. This is thought to be because the grain boundary has a larger expansion coefficient during the cooling stage after sintering, so stress is applied to the grain, thereby preventing the presence of the 90° domain.

本発明による誘電率温度特性を第7図に示す。
ここで横軸は温度T(℃)縦軸は誘電率εを示す。
通常グレインサイズを小さくするとキユリー点で
の誘電率は小さくなりほぼ一定の誘電率を示す
が、本発明の場合SnTiO3、BaSnO3、BaZrO3
が添加されている為にキユリー点に於ける誘電率
の低下は少なく、又キユリー点を境にしてほぼ対
称をなしている。即ち二次曲線に近い形状をして
いる。従つて二次曲線の温度特性を持つ素子の温
度補償を行なうのに適しており又三次曲線の補償
を行なう為にも有効である。又90゜分域を除去し
たことにより長期間に於ける特性変化即ちエージ
ング特性も向上している。
FIG. 7 shows the dielectric constant temperature characteristics according to the present invention.
Here, the horizontal axis shows the temperature T (° C.), and the vertical axis shows the dielectric constant ε.
Normally, when the grain size is reduced, the dielectric constant at the Curie point decreases and exhibits an almost constant dielectric constant, but in the case of the present invention, since SnTiO 3 , BaSnO 3 , BaZrO 3 , etc. are added, the dielectric constant at the Curie point decreases. The rate decrease is small and is almost symmetrical with respect to the Curie point. In other words, it has a shape close to a quadratic curve. Therefore, it is suitable for temperature compensation of an element having a quadratic temperature characteristic, and is also effective for compensating a cubic curve. Also, by removing the 90° domain, the long-term change in characteristics, that is, the aging characteristics, is also improved.

第8図に発振回路に本発明を応用した例を示
す。1は水晶振動子であり、2は本発明を用いた
温度補償コンデンサーである。水晶振動子に音叉
型屈曲振動子を用いた水晶腕時計は年差10秒の精
度が確保され、ATカツト厚み滑り水晶振動子を
用いた場合は年差5秒以内の精度が確保された。
又このATカツト水晶振動子を用いた回路は携帯
通信機の発振回路にも用いられ、高安定な通信が
可能となる。更に第9図にスペクトル拡散方式の
通信方式への応用例を示す。3はデータ源、4は
データ変調器、5はコード発生器、6は発振器、
7はフイルタ、8はVCO、9はコード発生器、
10はベースバンドフイルタ、11はデータ複調
器である。aは送信側、bは受信側である。5,
9のコード発生器、6の発振器、7のフイルタ等
の表面弾性波素子が用いられる。これら表面弾性
波素子の温度特性の補償に本発明を用いることに
より、小型携帯通信器の実現が可能となつた。特
にこの方式は例えば腕時計のケース内に設けるこ
とも可能である。あるいは自動車電話としても非
常に有効である。これら使用温度環境の変動が激
しいものに対して本発明は特にその効果を発揮す
る。
FIG. 8 shows an example in which the present invention is applied to an oscillation circuit. 1 is a crystal resonator, and 2 is a temperature compensation capacitor using the present invention. A quartz wristwatch that uses a tuning fork-shaped bending oscillator has an accuracy of 10 seconds per year, while an AT-cut thickness-sliding crystal oscillator has an accuracy of within 5 seconds per year.
Circuits using this AT-cut crystal oscillator are also used in the oscillation circuits of mobile communication devices, enabling highly stable communication. Furthermore, FIG. 9 shows an example of application of the spread spectrum method to a communication method. 3 is a data source, 4 is a data modulator, 5 is a code generator, 6 is an oscillator,
7 is a filter, 8 is a VCO, 9 is a code generator,
10 is a baseband filter, and 11 is a data demodulator. a is the transmitting side, and b is the receiving side. 5,
Surface acoustic wave elements such as a code generator 9, an oscillator 6, and a filter 7 are used. By using the present invention to compensate for the temperature characteristics of these surface acoustic wave elements, it has become possible to realize a small portable communication device. In particular, this system can also be provided, for example, in the case of a wristwatch. It is also very effective as a car phone. The present invention is particularly effective for applications where the operating temperature environment fluctuates rapidly.

本発明を実施する為にはホツトプレス、微細原
料による焼結等が有効であるが、本発明に於いて
は特にLa2O3、Sm2O3、Gd2O3、Dy2O3のうちの
一種あるいは複数種を少なくとも0.1原子%添加
することにより微粒化が起り温度ヒステリシス減
少を実現することができた。なお添加量が0.1原
子%未満では、その添加効果が発揮しないばかり
でなく、極微量の添加は、かえつて半導体化の原
因ともなるため、0.1原子%以上が望ましく逆に
多すぎると結晶格子を歪ませたり、偏析を起こし
てしまうため、その上限は約5モルである。これ
らの添加物は半導体化の原因ともなりうるもので
ある為に特に半導体化が起らない様に注意しなけ
ればならない。その為に焼結雰囲気、焼結後の冷
却速度が重要となる。又添加量は主成分の純度に
より微妙に加減しなければならない。特に工業用
原料の場合には添加量は少なめにしなければなら
ない。又他の添加物を加えることによつて半導体
化を防止できる。例えばSiO2を0.3モル%以上加
えたり、Na、K、Li、Rb、Cs等のアルカリ金属
元素を0.1原子%以上でしかもガラス化しない範
囲内で加えると半導体化が確実に防げた。又0.1
モル%以上のFe2O3、MnO2、CuOについても同
様に効果があり組合せにより温度ヒステリシス低
下に効果があつた。これらの処理により本発明の
誘電体の比抵抗は108Ω―cm以上であつた。
In order to carry out the present invention, hot pressing, sintering using fine raw materials, etc. are effective, but in the present invention, in particular, among La 2 O 3 , Sm 2 O 3 , Gd 2 O 3 , Dy 2 O 3 , By adding at least 0.1 atomic % of one or more of these, atomization occurred and a reduction in temperature hysteresis could be achieved. If the amount of addition is less than 0.1 atomic percent, not only will the effect of the addition not be exhibited, but addition of extremely small amounts may even cause semiconductor formation. The upper limit is about 5 moles because it causes distortion and segregation. Since these additives can cause semiconducting, special care must be taken to prevent semiconducting. Therefore, the sintering atmosphere and the cooling rate after sintering are important. Also, the amount added must be slightly adjusted depending on the purity of the main component. Particularly in the case of industrial raw materials, the amount added must be kept small. Also, by adding other additives, it is possible to prevent the material from becoming a semiconductor. For example, adding 0.3 mol % or more of SiO 2 or adding 0.1 atomic % or more of an alkali metal element such as Na, K, Li, Rb, Cs, etc. within a range that does not cause vitrification reliably prevents semiconductor formation. Also 0.1
Fe 2 O 3 , MnO 2 , and CuO in mole % or more were similarly effective, and the combination was effective in reducing temperature hysteresis. As a result of these treatments, the specific resistance of the dielectric of the present invention was 10 8 Ω-cm or more.

これらの製造は以上の様に微妙なコントロール
を要するが、単結晶化すると更に良い特性が得ら
れる。この場合結晶全体が単分域化する為に温度
ヒステリシスがなくなるものと思われる。単結晶
化は一旦棒状セラミツクスを作成し、これに赤外
線を集光させることにより行なわれる。
Although the manufacture of these materials requires delicate control as described above, even better properties can be obtained when they are made into single crystals. In this case, it is thought that temperature hysteresis disappears because the entire crystal becomes a single domain. Single crystallization is performed by first creating a rod-shaped ceramic and then focusing infrared rays on it.

又これらの組成を薄膜にして用いても同様にヒ
ステリシスのないものが得られた。この場合には
高周波マグネトロンスパツタリングが有効であつ
た。
Furthermore, even when these compositions were used in the form of a thin film, a film without hysteresis was similarly obtained. In this case, high frequency magnetron sputtering was effective.

〔実施例〕〔Example〕

以下に本発明の実施例について説明する。 Examples of the present invention will be described below.

実施例 1 シユウ酸塩の共沈により得られた(Ba、Sr)
TiO3を焼成し、La2O3と混合した後プレス成型
し、1350℃で3時間焼結した。平均粒径2μであ
つた。これにPd―Ag電極を設けて比抵抗、誘電
率温度特性を調べた。比抵抗は109Ω―cmで温度
ヒステリシスは0であつた。
Example 1 (Ba, Sr) obtained by coprecipitation of oxalate
TiO 3 was fired, mixed with La 2 O 3 , press-molded, and sintered at 1350° C. for 3 hours. The average particle size was 2μ. A Pd-Ag electrode was installed on this and the specific resistance and dielectric constant temperature characteristics were investigated. The specific resistance was 10 9 Ω-cm and the temperature hysteresis was 0.

実施例 2 Ti(OC5H114、Ba(OC3H72、Sr(OC3H72
Sm(OC3H73を加水分解して焼成した原料を焼結
したところ1ミクロン以下の粒径で温度ヒステリ
シスのないものが得られた。
Example 2 Ti(OC 5 H 11 ) 4 , Ba(OC 3 H 7 ) 2 , Sr(OC 3 H 7 ) 2 ,
When Sm(OC 3 H 7 ) 3 was hydrolyzed and sintered, particles with a particle size of 1 micron or less and no temperature hysteresis were obtained.

実施例 3 高純度BaCO3 138g、SrCO3 44g、TiO2 80
gとLa2O3 1.5gをボールミルで混合した後1100
℃で2時間仮焼した。この原料を更に擂潰機で40
時間粉砕した後900℃で1時間熱処理した。この
原料をプレス成形した後1350℃で4時間焼結し
た。これを切り出した後Pd―Ag電極を焼きつけ
て誘電率温度特性を測定した。24℃にキユリー点
を持つたほぼ二次曲線であつた。その粉径は平均
2ミクロンで温度ヒステリシスは全くなかつた。
Example 3 High purity BaCO 3 138g, SrCO 3 44g, TiO 2 80
After mixing 1.5 g of La 2 O 3 and 1.5 g of La 2 O 3 in a ball mill, 1100
It was calcined at ℃ for 2 hours. This raw material is further crushed by a grinder for 40
After being crushed for an hour, it was heat-treated at 900°C for 1 hour. This raw material was press-molded and then sintered at 1350°C for 4 hours. After cutting this out, we baked a Pd-Ag electrode and measured the dielectric constant temperature characteristics. It was an almost quadratic curve with a Curie point at 24°C. The powder diameter was 2 microns on average and there was no temperature hysteresis.

実施例 4 工業用BaTiO3 186g、BaZrO3 37g、Gd2O5
0.7g、MnO2 0.5gを24時間ボールミル混合した
後、板状にプレス成形し、1370℃で3時間焼結し
た。25℃付近にキユリー点を持ち、温度ヒステリ
シスの全くない二次曲線を描く誘電率温度特性を
得た。
Example 4 Industrial BaTiO 3 186g, BaZrO 3 37g, Gd 2 O 5
After 0.7 g and 0.5 g of MnO 2 were mixed in a ball mill for 24 hours, the mixture was press-molded into a plate shape and sintered at 1370°C for 3 hours. We obtained a dielectric constant-temperature characteristic that has a Curie point near 25℃ and a quadratic curve with no temperature hysteresis.

実施例 5 高純度BaCO3 197g、TiO2 60g、SnO2 38
g、Dy2O3 0.7g、Na2CO3 0.5gを乳鉢で混合し
た後1200℃で2時間仮焼した。更に乳鉢で粉砕し
プレス成型した後1370℃で2時間焼結した。焼結
後1000℃まで5時間かけて除冷した。この誘電体
磁器は温度ヒステリシスは全くなかつた。
Example 5 High purity BaCO 3 197g, TiO 2 60g, SnO 2 38
g, Dy 2 O 3 0.7 g, and Na 2 CO 3 0.5 g were mixed in a mortar and then calcined at 1200° C. for 2 hours. Furthermore, it was crushed in a mortar, press-molded, and then sintered at 1370°C for 2 hours. After sintering, it was slowly cooled to 1000°C over 5 hours. This dielectric ceramic had no temperature hysteresis.

実施例 6 BaTiO3、SrTiO3、Dy2O3、MnO2を擂潰機で
混合した後800℃で10時間焼成した。これをゴム
型に入れて3トンの静水圧で棒状に成型した。こ
れを1350℃で3時間焼結した。更にこの棒状焼結
体を回転楕円鏡を持つ赤外炉中に入れてハロゲン
ランプの光を集中して部分的に溶融帯を作り、こ
の溶融帯を移動させることにより固溶体単結晶が
得られた。温度ヒステリシスはなく、特に温度
(T)に対する誘電率(ε)の変化率の大きいも
のが得られた。
Example 6 BaTiO 3 , SrTiO 3 , Dy 2 O 3 and MnO 2 were mixed in a crusher and then fired at 800° C. for 10 hours. This was placed in a rubber mold and molded into a rod shape using 3 tons of hydrostatic pressure. This was sintered at 1350°C for 3 hours. Furthermore, this rod-shaped sintered body was placed in an infrared furnace equipped with a spheroidal mirror, and the light from a halogen lamp was concentrated to create a partially molten zone, and by moving this molten zone, a solid solution single crystal was obtained. . There was no temperature hysteresis, and a particularly large rate of change in dielectric constant (ε) with respect to temperature (T) was obtained.

実施例 7 BaTiO3、SrTiO3、La2O3を含むターゲツトを
用いてバイレツクスガラス基板上に高周波マグネ
トロンスパツタを行なつた。10時間で約20ミクロ
ンの厚みが得られた。この薄膜誘電体は温度ヒス
テリシスのないものであつた。
Example 7 High frequency magnetron sputtering was performed on a Virex glass substrate using targets containing BaTiO 3 , SrTiO 3 and La 2 O 3 . A thickness of about 20 microns was obtained in 10 hours. This thin film dielectric was free of temperature hysteresis.

従来技術即ちBaTiO3の構成イオンの一部を置
換しない場合及びLa2O3などの添加物を添加しな
い場合の例を比較例として示す。
A conventional technique, that is, a case in which some of the constituent ions of BaTiO 3 are not replaced and an additive such as La 2 O 3 is not added is shown as a comparative example.

比較例 1 工業用BaTiO3 200gを乳鉢で混合した後1200
℃で2時間仮焼し、再度乳鉢で粉砕した後板状に
プレス成形し、1350℃で2時間焼結した。
Comparative Example 1 After mixing 200g of industrial BaTiO 3 in a mortar,
The mixture was calcined at 1350°C for 2 hours, ground again in a mortar, press-molded into a plate, and sintered at 1350°C for 2 hours.

この誘電体磁器の誘電率温度特性を測定したと
ころ、第5図に示す様な特性を示し、ピークの温
度が123℃で100℃における温度ヒステリシスは28
%であつた。
When we measured the dielectric constant-temperature characteristics of this dielectric ceramic, it showed the characteristics shown in Figure 5, with a peak temperature of 123°C and a temperature hysteresis of 28°C at 100°C.
It was %.

比較例 2 高純度BaCO3 138g、SrCO3 44g、TiO2 80
gをボールミルで24時間混合した後、1100℃で2
時間仮焼した。
Comparative example 2 High purity BaCO 3 138g, SrCO 3 44g, TiO 2 80
After mixing in a ball mill for 24 hours,
Calcined for an hour.

この原料を更に擂潰機で24時間擂潰した後、板
状にプレス成形し1350℃で3時間焼結した。この
誘電体磁器の誘電率温度特性を測定したところ、
第6図に示す様な特性を示し、ピークの温度が30
℃で、10℃における温度ヒステリシスは23%であ
つた。
This raw material was further crushed in a crusher for 24 hours, then press-formed into a plate shape and sintered at 1350°C for 3 hours. When we measured the dielectric constant temperature characteristics of this dielectric ceramic, we found that
It exhibits the characteristics shown in Figure 6, with a peak temperature of 30
The temperature hysteresis at 10°C was 23%.

比較例 3 高純度BaCO3 197g、SnO2 38g、TiO2 60g
を乳鉢で混合した後、1200℃で1時間仮焼し再度
粉砕して板状に成形し、1370℃で3時間焼結し
た。
Comparative example 3 High purity BaCO 3 197g, SnO 2 38g, TiO 2 60g
After mixing in a mortar, the mixture was calcined at 1200°C for 1 hour, ground again, formed into a plate, and sintered at 1370°C for 3 hours.

この誘電体磁器の誘電率温度特性を測定したと
ころ、やはり第6図に示す様な特性を示し、ピー
クの温度が26℃で6℃における温度ヒステリシス
は23%であつた。
When the dielectric constant-temperature characteristics of this dielectric ceramic were measured, it also showed the characteristics shown in FIG. 6, with a peak temperature of 26°C and a temperature hysteresis of 23% at 6°C.

比較例 4 工業用BaTiO3 186g、BaZrO3 37gをボール
ミルで24時間混合した後、板状にプレス成形し、
1370℃で2時間焼結した。
Comparative Example 4 186 g of industrial BaTiO 3 and 37 g of BaZrO 3 were mixed in a ball mill for 24 hours, then press-molded into a plate shape.
It was sintered at 1370°C for 2 hours.

この誘電体磁器の誘電率温度特性を測定したと
ころ、やはり第6図に示す様な特性を示し、ピー
クの温度が27℃で7℃における温度ヒステリシス
は24%であつた。
When the dielectric constant-temperature characteristics of this dielectric ceramic were measured, it also showed the characteristics shown in FIG. 6, with a peak temperature of 27°C and a temperature hysteresis of 24% at 7°C.

以上の通り、本発明の上記構成によれば温度ヒ
ステリシスを除去できることがわかる。
As described above, it can be seen that according to the above configuration of the present invention, temperature hysteresis can be eliminated.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上述べた通り本発明によれば (a) キユリー点付近でのチタン酸ベリウム系固溶
体の誘電率温度ヒステリシス現象をほとんど除
去できたこと (b) Tiイオンの変位によつて生じる自発分極の
なかで90゜の角度を持つものが温度ヒステリシ
スを起こさせることを突きとめ、チタン酸バリ
ウム2はその構成イオンの一部をSr、Zr、Sn
で置換したチタン酸バリウム系固溶体にLa、
Sm、Gd、Dyの酸化物のうちの少なくとも一
種を添加することにより温度ヒステリシスを低
下させることができたこと (c) 通常90゜ドメインをなくすには、グレインの
大きさを1ミクロン以下にする必要があるの
に、本発明では5ミクロンまで範囲拡大できた
こと (d) SiO2あるいはNa、K、Li、Rb、Cs等のアル
カリ金属を少なくとも一種加えること、あるい
はFe2O3、MnO2、CuO等のうち少なくとも一
種加えること及びそれ等の組合せ等によりLa、
Sm、Gd、Dy等の酸化物添加による半導体化
傾向の防止と温度ヒステリシス低下にも効果が
あること など他例には見られない特徴を有しており、実用
上安定した温度特性を有する誘電体を供給できる
効果は極めて大きいものである。
As described above, according to the present invention, (a) the dielectric constant temperature hysteresis phenomenon of the beryllium titanate solid solution near the Curie point can be almost eliminated; (b) the spontaneous polarization caused by the displacement of Ti ions can be eliminated; It was discovered that an angle of 90° causes temperature hysteresis, and barium titanate 2 has some of its constituent ions Sr, Zr, and Sn.
La, barium titanate solid solution substituted with
Temperature hysteresis could be reduced by adding at least one of the oxides of Sm, Gd, and Dy. (c) Normally, to eliminate the 90° domain, the grain size should be reduced to 1 micron or less. (d) By adding at least one kind of alkali metal such as SiO 2 or Na, K, Li, Rb, or Cs, or by adding Fe 2 O 3 or MnO 2 By adding at least one of , CuO, etc., and combining them, La,
It has characteristics not found in other examples, such as being effective in preventing the tendency to become semiconducting due to the addition of oxides such as Sm, Gd, Dy, etc. and reducing temperature hysteresis, and has practically stable temperature characteristics. The effect of supplying the body is extremely large.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は音叉型屈曲水晶振動子の周波数温度特
性を説明する図である。第2図はATカツト水晶
振動子の周波数温度特性を説明する図である。第
3図はSTカツトの水晶板を用いた表面弾性波素
子の周波数温度特性を示す図である。第4図はパ
イレツクス上にZnO薄膜を構成した表面弾性波素
子の周波数温度特性を示す図である。第5図はチ
タン酸バリウムの誘電率温度特性を示す図であ
る。第6図は従来の温度補償コンデンサーの誘電
率温度特性を示す図である。第7図は本発明の誘
電率温度特性を示す図である。第8図は発振回路
に本発明を応用した例を説明する図である。第9
図は本発明をスペクトル拡散通信方式に応用した
例を説明する図である。 1…水晶振動子、2…温度補償コンデンサー、
3…データ源、4…データ受調器、5…コード発
生器、6…発振器、7…フイルタ、8…VCO、
9…コード発生器、10…ベースバンドフイル
タ、11…データ復調器。
FIG. 1 is a diagram illustrating the frequency-temperature characteristics of a tuning fork type bent crystal resonator. FIG. 2 is a diagram illustrating the frequency-temperature characteristics of an AT-cut crystal resonator. FIG. 3 is a diagram showing the frequency-temperature characteristics of a surface acoustic wave device using an ST-cut quartz plate. FIG. 4 is a diagram showing the frequency-temperature characteristics of a surface acoustic wave device comprising a ZnO thin film on Pyrex. FIG. 5 is a diagram showing the dielectric constant temperature characteristics of barium titanate. FIG. 6 is a diagram showing the dielectric constant temperature characteristics of a conventional temperature compensation capacitor. FIG. 7 is a diagram showing the dielectric constant temperature characteristics of the present invention. FIG. 8 is a diagram illustrating an example in which the present invention is applied to an oscillation circuit. 9th
The figure is a diagram illustrating an example in which the present invention is applied to a spread spectrum communication system. 1...Crystal resonator, 2...Temperature compensation capacitor,
3... Data source, 4... Data receiver, 5... Code generator, 6... Oscillator, 7... Filter, 8... VCO,
9...Code generator, 10...Baseband filter, 11...Data demodulator.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 チタン酸バリウムの構成イオンの一部をSr、
ZrあるいはSnで置換したチタン酸バリウム系固
溶体にLa2O3、Sm2O3、Gd2O3、Dy2O3から選ば
れた少なくとも一種を0.1原子%以上でかつ前記
固溶体の結晶構造を変えない範囲で添加したこと
を特徴とする誘電体。 2 グレインの大きさの平均が5ミクロン以下で
あることを特徴とする特許請求の範囲第1項記載
の誘電体。 3 SiO2を0.3モル%以上添加したことを特徴と
する特許請求の範囲第1項又は第2項記載の誘電
体。 4 Na、K、Li、Rb、Csのうち少なくとも一種
を0.1原子%以上かつガラス化しない範囲内で添
加したことを特徴とする特許請求の範囲第1項又
は第2項記載の誘電体。 5 MnO2、Fe2O3、CuOのうち一種あるいは複
数種を少なくとも0.1モル%添加したことを特徴
とする特許請求の範囲第1項又は第2項記載の誘
電体。
[Claims] 1. Some of the constituent ions of barium titanate are Sr,
At least one selected from La 2 O 3 , Sm 2 O 3 , Gd 2 O 3 , and Dy 2 O 3 is added to a barium titanate solid solution substituted with Zr or Sn in an amount of 0.1 atomic % or more and the crystal structure of the solid solution is A dielectric material characterized by the addition of additives within a range that does not change. 2. The dielectric material according to claim 1, wherein the average grain size is 5 microns or less. 3. The dielectric material according to claim 1 or 2, wherein 0.3 mol% or more of SiO 2 is added. 4. The dielectric material according to claim 1 or 2, wherein at least one of Na, K, Li, Rb, and Cs is added in an amount of 0.1 atomic % or more and within a range that does not cause vitrification. 5. The dielectric material according to claim 1 or 2, wherein at least 0.1 mol% of one or more of MnO 2 , Fe 2 O 3 , and CuO is added.
JP12660578A 1978-10-13 1978-10-13 Dielectric material and method of manufacturing same Granted JPS5553007A (en)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP12660578A JPS5553007A (en) 1978-10-13 1978-10-13 Dielectric material and method of manufacturing same
DE19792941304 DE2941304A1 (en) 1978-10-13 1979-10-11 DIELECTRICAL, METHOD FOR THE PRODUCTION THEREOF, AND THEIR USE IN CAPACITORS FOR TEMPERATURE COMPENSATION PURPOSES
CH924479A CH635460A5 (en) 1978-10-13 1979-10-12 Dielectric material, method for manufacturing the latter and use of this material for manufacturing a capacitor for temperature compensation

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP12660578A JPS5553007A (en) 1978-10-13 1978-10-13 Dielectric material and method of manufacturing same

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS5553007A JPS5553007A (en) 1980-04-18
JPS6310526B2 true JPS6310526B2 (en) 1988-03-08

Family

ID=14939323

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP12660578A Granted JPS5553007A (en) 1978-10-13 1978-10-13 Dielectric material and method of manufacturing same

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPS5553007A (en)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6050809A (en) * 1983-08-30 1985-03-20 京セラ株式会社 Dielectric porcelain composition
JPS6050810A (en) * 1983-08-30 1985-03-20 京セラ株式会社 Dielectric porcelain composition
US5014158A (en) * 1989-04-11 1991-05-07 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Laminated ceramic capacitor
JP2003063860A (en) * 2001-08-23 2003-03-05 Taiyo Yuden Co Ltd Sintered compact target, dielectric thin film using the same and method for manufacturing the same, and electronic component using the same
GB0427900D0 (en) * 2004-12-21 2005-01-19 Koninkl Philips Electronics Nv Semiconductor device with high dielectric constant gate insulator and method of manufacture

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5292400A (en) * 1976-01-29 1977-08-03 Seiko Instr & Electronics Ltd Porcelain dielectric material

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5292400A (en) * 1976-01-29 1977-08-03 Seiko Instr & Electronics Ltd Porcelain dielectric material

Also Published As

Publication number Publication date
JPS5553007A (en) 1980-04-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Ezaki et al. Microwave dielectric properties of CaO-Li2O-LN2O3-TiO2 ceramics
US6093339A (en) Piezoelectric ceramic composition
US6083415A (en) Piezoelectric ceramic composition
EP1279179A2 (en) Tunable devices incorporating cacu3 ti4o12
JPS6310526B2 (en)
US4548910A (en) Dielectric ceramic of BaO-TiO2 and SnO2
JPS6310525B2 (en)
US4460936A (en) Condenser
JP2664654B2 (en) High frequency dielectric composition
JPS6155804A (en) Dielectric porcelain composition
KR0173185B1 (en) Dielectric ceramic composition for high frequency
JP3253835B2 (en) Dielectric ceramic composition for microwave
US5296424A (en) System of dielectric ceramic compositions suitable for microwave applications
JPH0952762A (en) Aluminous ceramic composition
US5219808A (en) Dielectric ceramic composition
JP2579139B2 (en) High frequency dielectric composition
JP2759283B2 (en) Dielectric porcelain composition
WO2001084561A2 (en) Tunable devices incorporating bicu3ti3feo¿12?
JP3223341B2 (en) Dielectric porcelain composition
JPH0952760A (en) Dielectric ceramic composition
JPS61142602A (en) Dielectric ceramic composition for high frequency
JPS61128410A (en) Dielectric ceramic composition
JPS6112865B2 (en)
KR100333175B1 (en) Dielectric subtance composition for high frequency
JPS644980B2 (en)