Мікрохвильовий діелектричний матеріал на основі барійдефіцитного магнійніобату барію

Реферат: Мікрохвильовий діелектричний матеріал на основі барійдефіцитного магнійніобату барію Ba1х(Mg1/3Nb2/3)O3-, причому для підвищення електричної добротності має місце відхилення від стехіометрії в підґратці барію, де 0,005х0,010, при такому співвідношенні компонентів (мас. %): ВаО 59,8-56,9 MgO 5,3-5,3 Nb2O5 34,8-34,9. UA 110716 U (12) UA 110716 U UA 110716 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 -1 високі значення діелектричної проникності (ε1) та низькі діелектричні втрати (tg δ10 ), які звичайно характеризуються величиною електричної добротності ( Q  10 1 ), або добутком Q·f, tg  де f - робоча частота. Крім того, мікрохвильові діелектрики повинні мати високу температурну стабільність параметрів, яка характеризується температурним коефіцієнтом діелектричної проникності (     ), який для більшості технічних застосувань має складати ± 10 -5 K-1.  Величина TKε визначає зокрема температурну залежність робочої частоти fp резонансного елементу (  Ч  15 20 25 f p 1       ), де α - температурний коефіцієнт лінійного розширення  2 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 є визначає довжину електромагнітної хвилі X в діелектричному матеріалі (  ~ 1 /  ), і як наслідок - кратні λ 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, вирішального значення набуває величина електричної добротності ( Q  30 35 40 45 50 1 ), оскільки з tg  ростом частоти від дециметрового до міліметрового діапазону величина tg δ лінійно 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 Zr1xSnxTiO4 характеризуються величиною діелектричної проникності порядку 38-39, високою -6 -1 термостабільністю властивостей (ТKε-=-(1-2)·10 K ) і високою електричною добротністю (Q·f=51500 ГГц) [3]. Проте, величина добротності Q·f=51500 ГГц є незадовільною для створення високоефективних радіо фільтрів, диплексерів тощо на основі діелектричних матеріалів в сантиметровому і міліметровому діапазонах. Найбільш близьким по технічній суті і досягнутим результатам до корисної моделі, яка заявляється, є мікрохвильовий діелектричний матеріал Ba(Mg1/3Nb2/3,)O3, який характеризуються величиною діелектричної проникності 38, високою термостабільністю -6 -1 властивостей (ТKε-= -7·10 K ) та високою добротністю Q·f=70000 ГГц (прототип) [4, 5]. Основним недоліком матеріалів Ba(Mg1/3Nb2/3)O3 є не екстремально висока добротність (Q·f), що не завжди забезпечує необхідні характеристики сучасної апаратури зв'язку та радіолокації. В основу даної корисної моделі поставлена задача підвищення електричної добротності в діелектричних матеріалах на основі Ba(Mg1/3Nb2/3)O3. Поставлена задача вирішується відхиленням від стехіометрії в катіонній підґратці барію, тобто синтезу матеріалів типу Ba1x(Mg1/3Nb2/3)O3.γ, де 0,005х 0,010. При дефіциті іонів барію величина добротності (Q·f) проходить через максимум (рисунок). При зміні х в інтервалі від 0 до 0,010 система однофазна і відповідає структурі перовськіту. 1 UA 110716 U 5 10 15 20 25 30 35 Підвищення добротності при відхиленні від стехіометрії в підґратці барію пояснюється зменшенням пористості в кераміці за рахунок покращення процесу спікання. При збільшення відхилення від стехіометрії (x>0,010) з'являються додаткові фази, які знижують величину добротності. Мікрохвильовий діелектрик на основі Ba1-x(Mg1/3Nb2/3)O3.γ одержували методом твердофазних реакцій, де як вихідні реагенти використовували ВаСО 3, MgO, Nb2O5 кваліфікації "ос. ч.". Рентгенофазовий аналіз проводили за допомогою рентгенівського дифрактометра ДРОН3УМ (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 ε, електричної добротності Q і температурного коефіцієнта TKε) на частоті 10 ГГц проводили методом "діелектричного резонатора", використовуючи мережевий аналізатор PNA-L N5230A (Agilent, USA). В таблиці наведені порівняльні електрофізичні характеристики матеріалів системи Ba1x(Mg1/3Nb2/3)O3.γ, де х змінювався в інтервалі 0,025х0. Як видно із даних таблиці і рисунка мікрохвильовий діелектрик на основі системи Ba1-x(Mg1/3Nb2/3)O3.γ (0,005х0,010), який заявляється, характеризується значеннями діелектричної проникності 40, високою -6 -1 термостабільністю властивостей ТKε=-(7-10)·10 K і високим значеннями добротністю Q·f=120000-160000 ГГц (на рисунку інтервал матеріалів, що заявляється, виділений заштрихованою областю). При значеннях х, близких до нуля, діелектричні матеріали системи Ba1-x(Mg1/3Nb2/3)O3.γ характеризуються певною пористістю (питома густина діелектрика становить 90-92 % від теоретичної), що призводить до пониження добротності, а при х>0,010 з'являється значна кількість додаткових фаз, що також знижує добротність. Джерела інформації:. 1. Диэлектрические резонаторы в микроэлектронике СВЧ/Безбородое Ю.М., Гассанов 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, Elsevicr 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)TiO 4 dielectric // J. Am. Ceram. Soc. -2000.-V. 83.-P. 1010-1012. 4. Kawashima S. Dielectric properties of Ba(Zn1/3Nb2/3)O3.- Ba(Zn1/3Ta2/3)O3 ceramics / S. st Kawashima, N. Nishida, J. Ueda et. al // Proc 1 Meeting Ferroelectric materials & Their Application1972. - P. 293-296. 5. Namura S. Ceramics for microwave dielectric resonators / S. Namura //Ferroelectrics-1983.-V. 49, № 1. - P. 61-70. 40 Таблиця Електрофізичні властивості системи Ba1-x(Mg1/3Nb2/3)O3.γ, де х змінювався в інтервалі 0,025х0 10 № x 1 2 3 4 5 6 0 0,005 0,010 0,015 0,020 0,025 Хімічний склад, % мас. ВаО 60,0 59,9 59,8 59,7 59,6 59,4 MgO 5,3 5,3 5,3 5,3 5,3 5,4 Nb2O5 34,7 34,8 34,9 35,0 35,1 35,2 Електрофізичні властивості на 10 Примітка Гц -6 -1 ε Q·f ТKε, 10 Κ 39 100000 -7 40 120000 -7 Матеріал, що 40 160000 -10 заявляється 40 100000 -10 41 45000 -13 41 40000 -14 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 45 Мікрохвильовий діелектричний матеріал на основі барійдефіцитного магнійніобату барію Ba1х(Mg1/3Nb2/3)O3-, який відрізняється тим, що для підвищення електричної добротності має місце 2 UA 110716 U відхилення від стехіометрії в підґратці барію, де 0,005х0,010, при такому співвідношенні компонентів (мас. %): ВаО 59,8-56,9 MgO 5,3-5,3 Nb2O5 34,8-34,9. 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