Мікрохвильовий діелектричний матеріал на основі барійдефіцитного цинкніобату барію

Реферат: Мікрохвильовий діелектричний матеріал на основі барійдефіцитного цинкніобату барію Ba1х(Zn1/3Nb2/3)O3-γ, причому для підвищення електричної добротності має місце відхилення від стехіометрії в підґратці барію, де 0,010≤х≤0,020, при такому співвідношенні компонентів (мас. %): ВаО 56,5-56,8 ZnO 10,1-10,2 Nb2O5 33,1-33,3. UA 110715 U (12) UA 110715 U UA 110715 U 5 Корисна модель належить до розробки мікрохвильових діелектриків і може бути використана при виготовленні резонансних елементів фільтруючих та генеруючих пристроїв для телекомунікаційних, стільникових, радіорелейних, радіонавігаційних та радіолокаційних систем зв'язку. Для створення резонансних елементів фільтруючих та генеруючих пристроїв сучасної техніки зв'язку необхідні діелектричні матеріали, які в мікрохвильовому діапазоні поєднують високі значення діелектричної проникності   1 та низькі діелектричні втрати tg   10 1  , які звичайно характеризуються величиною електричної добротності (Q  1 , або добутком ) tg  Q  f , де f - робоча частота. Крім того, мікрохвильові діелектрики повинні мати високу 10 температурну стабільність параметрів, яка характеризується температурним коефіцієнтом  , який для більшості технічних застосувань має складати ) T -5 -1 ± 10 K . Величина TK визначає зокрема температурну залежність робочої частоти f p діелектричної проникності (TK  резонансного елемента 15 20 f p 1   TK    ) , де  T 2 - температурний коефіцієнт лінійного розширення матеріалу [1, 2]. Використання високодобротних термостабільних діелектриків при розробці елементної бази фільтруючих та генеруючих пристроїв радіозв'язку дозволяє зменшити виробничі затрати, підвищити надійність радіоапаратури та ефективно вирішувати питання її мікромініатюризації. Технічні вимоги до параметрів мікрохвильових діелектриків визначаються областю їх застосування, типом електромагнітних коливань, які збуджуються в резонансному елементі, та діапазоном робочих частот радіопристрою [1]. Зокрема, високі значення Q в діелектричному матеріалі забезпечують чутливість та селективність радіоапаратури, низький рівень її фазових шумів. В той же час, величина ε визначає довжину електромагнітної хвилі  в діелектричному  25 (TKЧ   матеріалі  ~ 1  , і як наслідок - кратні  розміри резонансних елементів. В сантиметровому і міліметровому діапазонах, де довжини електромагнітних хвиль відносно невеликі, питання, пов'язані з мікромініатюризацією, стають менш актуальними. Відповідно діелектрична проникність діелектричних матеріалів порядку 20-40 є оптимальними. Проте, 1 , оскільки з ) tg  ростом частоти від дециметрового до міліметрового діапазону величина tg  лінійно вирішального значення набуває величина електричної добротності (Q  30 збільшується, тому що це пов'язано з присутністю іонно-деформаційної поляризації в діелектрику. Тому особливо актуальним є розробка нових діелектриків з високою добротністю для резонансних елементів на їх основі Q  f  80000 ГГц для сантиметрового і міліметрового діапазонів, де питання селективності (чутливості) резонансних елементів зв'язку стають вирішальними. Серед відомих мікрохвильових діелектриків матеріали на основі твердих розчинів Zr1хSnхTiO4 характеризуються величиною діелектричної проникності порядку 38-39, високою  35    термостабільністю властивостей TK   1  2   10 6 К 1 і високою електричною добротністю Q  f 40  51500 ГГц  [3]. Проте, величина добротності Q  f  51500 ГГц є незадовільною для створення високоефективних радіофільтрів, диплексерів тощо на основі діелектричних матеріалів в сантиметровому і міліметровому діапазонах. Найбільш близьким по технічній суті і досягнутих результатах до корисної моделі, яка заявляється, є мікрохвильовий діелектричний матеріал Ba(Zn1/3Nb2/3)O3, який характеризується величиною діелектричної проникності 37, високою термостабільністю властивостей TK  8 10 45 6  К 1 та високою добротністю Q  f  70000 ГГц (прототип) [4-5]. Основним недоліком матеріалів Ba(Zn1/3Nb2/3)O3 є недостатньо висока добротність Q  f  , що не завжди забезпечує необхідні характеристики сучасної апаратури зв'язку та радіолокації. 1 UA 110715 U 5 10 15 20 25 В основу даної корисної моделі поставлена задача підвищення електричної добротності в діелектричних матеріалах на основі Ba(Zn1/3Nb2/3)O3. Поставлена задача вирішується відхиленням від стехіометрії в катіонній підґратці барію, тобто синтезу матеріалів типу Ba1х(Zn1/3Nb2/3)O3-γ, де 0,010≤х≤0,020. При дефіциті іонів барію величина добротності Q  f проходить через максимум (Рисунок Залежність величини електричної добротності в системі Ba1-х(Zn1/3Nb2/3)O3-γвід величини x на частоті 10 ГГц.). При зміні x в інтервалі 0-0,020 система однофазна, структура перовськіту. Підвищення добротності при відхиленні від стехіометрії в підґратці барію пояснюється зменшенням пористості в кераміці за рахунок покращення процесу спікання. При збільшення відхилення від стехіометрії (х>0,020) з'являються додаткові фази, які знижують величину добротності. Мікрохвильовий діелектрик на основі Ba1-х(Zn1/3Nb2/3)O3-γодержували методом твердофазних реакцій, де як вихідні реагенти використовували ВаСО 3, ZnO, Nb2O5 кваліфікації "ос. ч.". Рентгенофазовий аналіз проводили за допомогою рентгенівського дифрактометра ДРОНЗУМ (Cuα - випромінювання; Ni фільтр). Мікроструктуру кераміки досліджували за допомогою скануючого електронного мікроскопа (JSM 5800, JEOL, Tokyo, Japan), обладнаного детектором EDS. Вимірювання електрофізичних характеристик (діелектричної проникності  , електричної добротності Q і температурного коефіцієнта TK ) на частоті 10 ГГц проводили методом ''діелектричного резонатора", використовуючи мережевий аналізатор PNA-L N5230A (Agilent, USA). В таблиці наведені порівняльні електрофізичні характеристики матеріалів системи Ba1х(Zn1/3Nb2/3)O3-γ, де x змінювався в інтервалі 0,04≥х>0. Як видно із даних таблиці і рисунка мікрохвильовий діелектрик на основі системи Ba1-х(Zn1/3Nb2/3)O3-γ (0,010≤х≤020), який заявляється, характеризується значеннями діелектричної проникності 40, високою  термостабільністю властивостей TK  9 10 6 К 1   і високим значеннями добротністю Q  f  80000  92000 ГГц (на рисунку інтервал матеріалів, що заявляється, виділений 30 заштрихованою областю). При значеннях x0,020 з'являється значна кількість додаткових фаз, що також знижує добротність. Таблиця Електрофізичні властивості системи Ba1-х(Zn1/3Nb2/3)O3-γ, де x змінювався в інтервалі 0.030≥x≥0. Хімічний склад, %мас. № х ВаО 1 2 3 4 5 6 7 35 40 0 0,005 0,010 0,015 0,020 0,025 0,030 ΖnΟ Nb2O5 57,0 56,9 56,8 56,6 56,5 56,4 56,2 10,1 10,1 10,1 10,2 10,2 10,2 10,3 32,9 33,0 33,1 33,2 33,3 33,4 33,5 Електрофізичні властивості на 10 10 Гц Примітка ΤΚε, ε Q∙f -6 -1 10 K 38 50000 -8 39 75000 -8 40 80000 -9 Матеріал, що 40 85000 -9 заявляється 40 92000 -9 41 76000 -11 41 60000 -12 Джерела інформації: 1. Диэлектрические резонаторы в микроэлектронике СВЧ /Безбородов Ю.М., Гассапов Л.Г., Липатов А.А. и др. - Обзор ЭТ. Сер. Электроника СВЧ. вып. 4 (786). М: ЦНИИ "Электроника". 1981, с. 82. 2. М.Т. Sebastian, Dielectric Materials for Wireless Communication, Elsevier Science, Oxford, U.K., 2008. 3. D.-J. Kim, J.-W. Hahn, G.-P. Han, S.-S. Lee, Effects of alkaline-earth metal addition on the sinterability and microwave characteristics of (Zn, Sn)TiO4 dielectric //.1. Am. Ceram. Soc. - 2000. - V. 83. - P. 1010-1012. 2 UA 110715 U 5 4. Kawashima S. Dielectric properties of Ba1-х(Zn1/3Nb2/3)O3. - ceramics /S. Kawashima, N. st Nishida, I. Ucda et. al //Proc 1 Meeting Ferroelectric materials & Their Application-1972. - P. 293296. 5. Namura S. Ceramics for microwave dielectric resonators /S. Namura //Ferroelectrics-1983. - V. 49, № 1. - P. 61-70. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 10 Мікрохвильовий діелектричний матеріал на основі барійдефіцитного цинкніобату барію Ba1х(Zn1/3Nb2/3)O3-γ, який відрізняється тим, що для підвищення електричної добротності має місце відхилення від стехіометрії в підґратці барію, де 0,010≤х≤0,020, при такому співвідношенні компонентів (мас. %): ВаО 56,5-56,8 ZnO 10,1-10,2 Nb2O5 33,1-33,3. Комп’ютерна верстка О. Рябко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3