Мікрохвильовий діелектричний матеріал на основі цинкдефіцитного цинк-ніобату барію

Реферат: Мікрохвильовий діелектричний матеріал на основі цинкдефіцитного цинк-ніобату-барію Ba(Zn1/3yNb1/3)O3-, де 0,005y0,025. Для підвищення електричної добротності має місце відхилення від стехіометрії в підґратці цинку, при такому співвідношенні компонентів (мас. %): ВаО 57,1-57,4 ZnO 9,4-9,9 Nb2O5 33,0-33,2. UA 111751 U (12) UA 111751 U UA 111751 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 надвисокочастотного (НВЧ) діапазону. 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 1 (для цього часто використовують величину діелектричної добротності ( Q  ), або добуток tg Q  f , де f - робоча частота в ГГц. Крім того, мікрохвильові діелектрики повинні мати високу 10 температурну стабільність параметрів, яка характеризується температурним коефіцієнтом  ), який для більшості технічних застосувань має бути T -5 -6 -1 низьким (10 -10 Κ ). Величина TK визначає зокрема температурну залежність робочої 1 частоти резонансного елемента ( ТКЧ   ТК   ), де  - температурний коефіцієнт 2 діелектричної проникності ( TK  15 20 25 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  визначає довжину електромагнітної хвилі  в діелектричному 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 35 40 45 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  50000 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 термостабільністю властивостей ( TK   1  2   10 6 K 1 ) і високою електричною добротністю ( Q  f  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 Ва(Zn1/3Nb1/3)О3, який характеризуються величиною діелектричної проникності 39, високою термостабільністю властивостей ( TK   8  10 6 K 1 ) та високою добротністю Q  f  50000 ГГц (прототип) [4-5]. Основним недоліком матеріалів Ba(Zn1/3Nb1/3)O3 є недостатньо висока добротність ( Q  f ), що не завжди забезпечує необхідні характеристики сучасної апаратури зв'язку та радіолокації. В основу даної корисної моделі поставлено задачу підвищення електричної добротності в діелектричних матеріалах на основі Ва(Zn1/3Nb1/3)О3. Поставлена задача вирішується 1 UA 111751 U відхиленням від стехіометрії в катіонній підґратці цинку, тобто синтезу матеріалів типу Ba Zn1 / 3 y Nb1 / 3 O3 , де 0.005  y  0.025 . На Фіг. зазначено величини електричної     добротності в системі Ba Zn1 / 3 y Nb1 / 3 O3 від величини у на частоті 10 ГГц. 5 10 15 20 При дефіциті іонів цинку величина добротності ( Q  f ) проходить через максимум, досягаючи величини добротності Q  f  70000 (Фіг). При зміні у в інтервалі 0-0.012 система однофазна, структура перовскіту. Збільшення величини добротності при відхиленні від стехіометрії в підґратці цинку пояснюється підвищенням впорядкування іонів цинку і ніобію в підґратці В складного перовскіту. При збільшенні відхилення від стехіометрії ( y  0.012 ) з'являються додаткові фази, які знижують величину добротності. Мікрохвильові діелектрики на основі Ba Zn1/ 3 y Nb1/ 3 O3 одержували методом   твердофазних реакцій, де як вихідні реагенти використовували ВаСО 3, ZnO, Nb2O5 кваліфікації ''ос. ч.". Рентгенофазовий аналіз проводили за допомогою рентгенівського дифрактометра ДРОНЗУМ ( Cu -випромінювання; Ni фільтр). Мікроструктуру кераміки досліджували за допомогою скануючого електронного мікроскопу (JSM 5800, JEOL, Tokyo, Japan), обладнаного детектором EDS. Вимірювання електрофізичних характеристик (діелектричної проникності  , електричної добротності Q і температурного коефіцієнта TK ) на частоті 10 ГТц проводили методом "діелектричного резонатора", використовуючи мережений аналізатор PNA-L N5230A (Agilent, USA). В таблиці наведені порівняльні електрофізичні характеристики матеріалів системи Ba Zn1/ 3 y Nb1/ 3 O3 , де у змінювався в інтервалі від 0 до 0.050. Як видно із даних таблиці і     рисунка мікрохвильовий діелектрик на основі Ba Zn1 / 3 y Nb1 / 3 O3 ( 0.005  y  0.025 ), який заявляється, характеризується значеннями діелектричної проникності 39-40, високою ( TK   10  11  10 6 K 1 ) і високим значеннями добротністю Q  f  65000 70000 ГГц (на рисунку інтервал матеріалів, що заявляється, виділений заштрихованою областю). При значеннях 0  y  0.012 в діелектричному матеріали системи Ba Zn1 / 3 y Nb1 / 3 O3 термостабільністю 25 властивостей  30  спостерігається збільшення упорядкування іонів цинку і ніобію в кристалічній підгратці, що супроводжується ростом добротності. При y  0.012 з'являється певна кількість додаткових фаз, що знижує добротність. Таблиця   Електрофізичні властивості системи Ba Zn1 / 3 y Nb1 / 3 O3 № 1 2 3 4 5 6 7 8 9 35 x 0 0.005 0.010 0.012 0.015 0.025 0.035 0.040 0.050 де x змінювався в інтервалі 0.05  x  0 10 Електрофізичні властивості на 10 Хімічний склад, %мас. Гц Примітка ВаО ΖnΟ Nb2O5  Q  f , ГГц TK , 10-6 K-1 57.0 10.1 32.9 39 60000 -10 57.1 9.9 33.0 39 65000 -10 57.2 9.8 33.0 40 70000 -10 Матеріал, що 57.2 9.8 33.0 40 68000 -11 заявляється 57.3 9.7 33.0 40 67000 -11 57.4 9.4 33.2 40 65000 -11 57.6 9.1 33.3 40 61000 -12 57.7 9.0 33.3 41 60000 -12 57.9 8.7 33.4 41 58000 -13 ДЖЕРЕЛА ІНФОРМАЦІЇ: 1. Диэлектрические резонаторы в микроэлектронике СВЧ / Безбородов 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 UA 111751 U 5 10 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. Le, 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. K.S. Hong, I.-T. Kim, and C.-D. Kim, Order-Disorder Phase Formation in Complex Perovskite Compounds Ba(Ni1/3Nb2/3)O3 and Ba(Zn1/3Nb2/3)O3 // J. Am. Ceram. Soc, - 1996. - V. 79, № 12. - P. 3218-3224. 5. B.-K. Kim, H.-O. Hamaguchi, I.-T. Kim, and K.S. Hong, Probing of 1:2 Ordering in Ва(Ni1/3Nb2/3)О3 and Ba(Zn1/3Nb2/3)O3 Ceramics by XRD and Raman Spectroscopy // J. Am. Ceram. Soc, - 1995. - V. 78, № 11. - P. 3117-3120. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 15 Мікрохвильовий діелектричний матеріал на основі цинкдефіцитного цинк-ніобату-барію Ba(Zn1/3yNb1/3)O3-, де 0,005y0,025, який відрізняється тим, що для підвищення електричної добротності має місце відхилення від стехіометрії в підґратці цинку, при такому співвідношенні компонентів (мас. %): ВаО 57,1-57,4 ZnO 9,4-9,9 Nb2O5 33,0-33,2. Фіг. Залежність величини електричної добротності в системі Ba Zn1/ 3 y Nb1/ 3 O3 від величини у на частоті 10 ГГц.   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