JPH0670885B2 - 誘電体材料 - Google Patents
誘電体材料Info
- Publication number
- JPH0670885B2 JPH0670885B2 JP62262465A JP26246587A JPH0670885B2 JP H0670885 B2 JPH0670885 B2 JP H0670885B2 JP 62262465 A JP62262465 A JP 62262465A JP 26246587 A JP26246587 A JP 26246587A JP H0670885 B2 JPH0670885 B2 JP H0670885B2
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- JP
- Japan
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- dielectric material
- ion
- dielectric
- ions
- powder
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- Inorganic Insulating Materials (AREA)
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。
〔背景技術〕 近年、衛生放送、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、もっぱ
ら誘電体共振器が使われる。共振器用の誘電体材料に
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、もっぱ
ら誘電体共振器が使われる。共振器用の誘電体材料に
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。
比誘電率に関しては、普通、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
易い寸法となるように選定する必要もあり、一義的には
定まらないのではあるが、10GHz帯では20〜40程度がよ
いとされている。ただ、最近ますます必要性の増す小型
化適性という観点からは、比誘電率はやはり大きい方が
好ましい。
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
易い寸法となるように選定する必要もあり、一義的には
定まらないのではあるが、10GHz帯では20〜40程度がよ
いとされている。ただ、最近ますます必要性の増す小型
化適性という観点からは、比誘電率はやはり大きい方が
好ましい。
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、BaTi
4O9、Ba2Ti9O20、あるいはBa(Zn1/3Ta2/3)O3等が一般的
に知られている。
4O9、Ba2Ti9O20、あるいはBa(Zn1/3Ta2/3)O3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、
実用的かつ小型化適性のある範囲の比誘電率を保持し、
低誘電損失特性を有するなど優れた誘電体材料を提供す
ることを目的とする。
実用的かつ小型化適性のある範囲の比誘電率を保持し、
低誘電損失特性を有するなど優れた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、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：Ba(A1/3B2/3)O3（但し、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。
討を行った。そして、多数の誘電体材料のうちから、組
成式：Ba(A1/3B2/3)O3（但し、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。
複合ペロプスカイト系結晶構造を有する誘電体材料で
は、そのマイクロ波領域の誘電特性に対してはイオン分
極が支配的である。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（Transverse Optical Mod
e）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εｒ′（ε＝ε′−ｊε″）および誘電損
失（tanδ＝１／Ｑ）を推定することができる。
は、そのマイクロ波領域の誘電特性に対してはイオン分
極が支配的である。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（Transverse Optical Mod
e）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εｒ′（ε＝ε′−ｊε″）および誘電損
失（tanδ＝１／Ｑ）を推定することができる。
1.5tera〜300teraHz（50〜1000cm-1）の範囲の赤外線ス
ペクトルの測定結果をクラマース−クローニッヒ〔Cram
ers−Kroning〕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。
ペクトルの測定結果をクラマース−クローニッヒ〔Cram
ers−Kroning〕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。
ただし、νｊ＝:TOモードの周波数 ４πρｊ: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：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νｊ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内振動と外振動からな
る。ここで言う内振動とは、Ａイオン（またはＢイオ
ン）とこのイオンに最近接なＯ（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、長距離的なクー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内振動のそれよ
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。
ε″成分の値に応じて定まる共振の強さの値 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νｊ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内振動と外振動からな
る。ここで言う内振動とは、Ａイオン（またはＢイオ
ン）とこのイオンに最近接なＯ（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、長距離的なクー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内振動のそれよ
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。そこで、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、Baの原子量の137.
3のそれよりも相当に小さく、上記推察の正さが裏付け
られた恰好となっている。
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。そこで、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、Baの原子量の137.
3のそれよりも相当に小さく、上記推察の正さが裏付け
られた恰好となっている。
したがって、この発明は、 Ba1-xSrx(A1/3B2/3)O3 （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
４元素型の誘電体材料であって、ＡイオンはZnまたはC
o、ＢイオンはTaまたはNbであり、ＡイオンがZnの場合
はＢイオンがTaであり、ＡイオンがCoの場合はＢイオン
がNbであるとともに、１−X:Xが0.6:0.4〜0.1:0.9の範
囲にあることを特徴とする誘電体材料を要旨とする。
４元素型の誘電体材料であって、ＡイオンはZnまたはC
o、ＢイオンはTaまたはNbであり、ＡイオンがZnの場合
はＢイオンがTaであり、ＡイオンがCoの場合はＢイオン
がNbであるとともに、１−X:Xが0.6:0.4〜0.1:0.9の範
囲にあることを特徴とする誘電体材料を要旨とする。
つまり、この発明は、Ba1-xSrx(Zn1/3Ta2/3)O3なる組成
式で示される酸素は別としてBa、Sr、Zn、Taの４つの元
素のみの４元素型の構成であってＸが0.4〜0.9の範囲に
ある誘電体材料か、あるいは、Ba1-xSrx(Co1/3Nb2/3)O3
なる組成式で示される酸素は別としてBa、Sr、Co、Nbの
４つの元素のみの４元素型の構成であってＸが0.4〜0.9
の範囲にある誘電体材料なのである。
式で示される酸素は別としてBa、Sr、Zn、Taの４つの元
素のみの４元素型の構成であってＸが0.4〜0.9の範囲に
ある誘電体材料か、あるいは、Ba1-xSrx(Co1/3Nb2/3)O3
なる組成式で示される酸素は別としてBa、Sr、Co、Nbの
４つの元素のみの４元素型の構成であってＸが0.4〜0.9
の範囲にある誘電体材料なのである。
Baイオンの置換割合、すなわち、Baイオン（１−ｘ）:S
rイオン（ｘ）は、比誘電率と誘電損失の観点から、0.
6:0.4〜0.1:0.9の範囲とされる。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が十分でない。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、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言うまでもな
い。
rイオン（ｘ）は、比誘電率と誘電損失の観点から、0.
6:0.4〜0.1:0.9の範囲とされる。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が十分でない。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、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言うまでもな
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。
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BaCO3、SrCO3、ZnO、Ta2O5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: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: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。
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: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: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。
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、SrCO3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。
るように、BaCO3、SrCO3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〕 ZnO粉末の代わりにCoO粉末を用いるとともにTa2O5粉末
の代わりにNb2O5粉末を用い、温度:1000℃、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。
の代わりにNb2O5粉末を用い、温度:1000℃、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。
〔比較例１〕 Ta2O5粉末の代わりにNb2O5粉末を用い、温度:1075℃、
４時間の仮焼を行い、温度1500℃、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。
４時間の仮焼を行い、温度1500℃、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。
〔比較例２〕 ZnO粉末の代わりにCoO粉末を用い、温度:1000℃、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。
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。
〔比較例３〕 ZnO粉末の代わりにNiO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。
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。
〔比較例４〕 ZnO粉末の代わりにMgO粉末を用いるとともにTa2O5粉末
の代わりにNb2O5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。
の代わりにNb2O5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。
〔比較例５〕 ZnO粉末の代わりにNiO粉末を用いるとともにTa2O5粉末
の代わりにNb2O5粉末を用い、温度1100℃、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。
の代わりにNb2O5粉末を用い、温度1100℃、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。
作成した誘電体材料が、ペロブスカイト系結晶構造をし
ており、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。
ており、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、各Ｇ〜
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、ヒューレット・パ
ッカード社製：ネッ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。
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、ヒューレット・パ
ッカード社製：ネッ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よく分か
る。
特性および誘電損失特性が向上していることがよく分か
る。
実施例1,2の材料は、比較例の場合と異なり、εｒが30
を越し実用的かつ小型化適性のある範囲の比誘電率を保
持しており、前記した共振器のみならず、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。
を越し実用的かつ小型化適性のある範囲の比誘電率を保
持しており、前記した共振器のみならず、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。
実施例の場合、比較例４のBa1-xSrx(Zn1/3Nb2/3)O3など
に比べて、組成式中のｘの比較的広い範囲で温度係数が
低く、温度係数（誘電体共振器とした場合の共振周波数
の対温度変化率）の低いものが得やすいということも言
え好ましい。
に比べて、組成式中のｘの比較的広い範囲で温度係数が
低く、温度係数（誘電体共振器とした場合の共振周波数
の対温度変化率）の低いものが得やすいということも言
え好ましい。
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。
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。
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、εｒが30を越し実用的かつ小型化適性の
ある範囲の比誘電率を保持している上、誘電損失も少な
く、また、温度係数（誘電体共振器とした場合の共振周
波数の対温度変化率）の低いものが得やすいという顕著
な効果を奏し、有用性が顕著である。
成であるので、εｒが30を越し実用的かつ小型化適性の
ある範囲の比誘電率を保持している上、誘電損失も少な
く、また、温度係数（誘電体共振器とした場合の共振周
波数の対温度変化率）の低いものが得やすいという顕著
な効果を奏し、有用性が顕著である。
Claims (1)
- 【請求項１】組成式： Ba1-xSrx(A1/3B2/3)O3 （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
４元素型の誘電体材料であって、ＡイオンはZnまたはC
o、ＢイオンはTaまたはNbであり、ＡイオンがZnの場合
はＢイオンがTaであり、ＡイオンがCoの場合はＢイオン
がNbであるとともに、１−X:Xが0.6:0.4〜0.1:0.9の範
囲にあることを特徴とする誘電体材料。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62262465A JPH0670885B2 (ja) | 1987-10-17 | 1987-10-17 | 誘電体材料 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62262465A JPH0670885B2 (ja) | 1987-10-17 | 1987-10-17 | 誘電体材料 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01105404A JPH01105404A (ja) | 1989-04-21 |
| JPH0670885B2 true JPH0670885B2 (ja) | 1994-09-07 |
Family
ID=17376161
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62262465A Expired - Lifetime JPH0670885B2 (ja) | 1987-10-17 | 1987-10-17 | 誘電体材料 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0670885B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| 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 |
| KR100360974B1 (ko) * | 2000-08-24 | 2002-11-23 | 주식회사 아모텍 | 유전체 세라믹 조성물의 제조방법 |
| DE60116504T2 (de) | 2000-09-29 | 2006-07-13 | Nsk Ltd. | Lagereinheit für radantrieb |
Family Cites Families (2)
| 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 |
| JPH0784345B2 (ja) * | 1987-05-19 | 1995-09-13 | 宇部興産株式会社 | ペロブスカイトセラミックスの製造方法 |
-
1987
- 1987-10-17 JP JP62262465A patent/JPH0670885B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01105404A (ja) | 1989-04-21 |
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