微波介质陶瓷及器件研究进展

类钙钛矿钨青铜结构的典型的体系是ＢａＯ—ＬｎｚＯａ— Ｔｉｏｚ系，由于具有较高的￡。，引起人们广泛的研究，目前研 究较多的是Ｂａｏ—ｓｍ２０３一Ｔｉ０２和Ｂａｏ—Ｎｄ２ ０３一Ｔｉ０２系。
Ｈｕａｎｇ等”１详细研究了Ｂａ２＿，ｓｍⅢ扪Ｔｉ８＋，Ｏ卅２，陶瓷的结
构与性能，结果表明：当ｚ＝Ｏ ｌ，，＝Ｏ～２时完全形成固溶 体，当ｙ由０～２变化时，ｎ由一１２×１０叫／℃变化为１７× ｌｏ。６／℃，致密化温度与Ｔｉ含量有关，除类钨青铜结构相 外，有第二相Ｂａ２Ｔｉｔ（Ｊ。和Ｔｌｏｚ存在。ｗｕ等…发现部分Ｂｔ
取代的Ｎｄ可显著降低Ｂａ。咄Ｎｄ。忆Ｔｉ，。ｏ。。材料的日．由于 甜＋半径和Ｎ一＋半径相近．形成固溶体Ｂ～（Ｎｄ。一，隧）。Ｔｉ。。Ｕ．，
固溶极限ｚ—Ｏ．１５，当ｚ＞Ｏ．１５，出现第二相Ｎｄ。Ｔｉ：Ｏ，，Ｂｉ
以富铋相的形式沉积在晶界上。随ｚ的增加，晶轴比ｃ／“和 Ｅ，增大。Ｎ０ｂｏｒｕ等…研究发现Ｉ，ａ取代ｓｍ可改善Ｂａ（）一 ｓｍ。（）。Ｔｉｏ：的微波介电特性，随Ｉ．ａ含量的增加，致密化 温度升高，晶格参数呈线性关系增加，Ｅｒ增大·Ｑ’，减小， ｎ朝正温度系数方向变化，并得到了Ｅ，＝９０ ７，Ｑ’／＝８ ９００ ＧＨｚ。ｎ一４．２×ｌｏ ｓ／℃的介电陶瓷。ｃｈｅｎ等‘６。７１在Ｂａｏ— Ｌｎ：Ｏ。一Ｔ１０２系中引入Ｔａ：ｏ。，以提高材料￡，，如在Ｂａｏ ｓｍ。Ｏ。一Ｔ１０２一Ｔａ：ｏ。系统中，通过组分调节，可获得 ＢａＳｍｓＴｉ７Ｔ８３（）３。．Ｂ８２ Ｓｍ４ Ｔ１６ Ｔａ４【）３。，Ｂ８３ Ｓｍ３ Ｔｉ５ Ｔ８。０３０， Ｂａ．ｓｍ２Ｔｉ４Ｔａ６（）３。，Ｂａ５ｓｍＴｉ３Ｔａ７０３。相，其中后３相倾向于 形成钨青铜结构相，ｅ。介于１】４～１７５，口＞１ ０００，但ｎ较大；
ｃｏｍｍｕｎｌｃａｔｌｏｎｓ ｈａｓ ｂｅｅｎ ｉｎｎｏｖａｔｅｄ ｒａｐｉｄｌｙ．Ｉｔ ｒｅｑｕｅｓｔｓ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｍｉｃｒｏｗａｖｅ ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｍｌｃｒｏｗａｖｅ ｄｉｅｌｅｃ”ｉｃ
ｃｅｒａｍｌｃｓ ｈａｖｅ ｂｅｔｔｅｒ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｓ．Ｉｎ ｒｅｃｅｎ‘ｙｅａｒｓ ｍｉｃｒｏｗａｖｅ ｄｉｅｌｅｃｍｃ ｃｅｒａｍｌｃ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ ｗｉｔｈ Ｔｈｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｍｌｎｉａ—
Ｒ∞ｅｉｖｅｄｈｋ：２００３—０４—０８．Ａｐｐｍｖｅｄ ｄｌｔｅ：２００３一０６—２ Ｂｉ哩ｍｐｈｙ：ＹＡＮＧ Ｈｕｉ（１９６２一），ｍａｌｅ，ｐｒｏｆｅｓｓｏｒ． Ｅ—ｍａｎ：ｙａｏｇｈｕｉ＠巧ｕ．ｅｄｕ．ｃｎ
万方数据
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ＭｇＴ－（）。ｃａＴ－ｏ。、ＡＢｏ。复合钙钛矿、铅基复合钙钛椰系、 （ｚｒ，ｓｎ）Ｔ１（）。、Ｂａ【）Ｔ１０２系、Ｂａ（）ＩＪｎ２０Ｊ—Ｔｌ（）２系、低温 烧结等陶瓷体系相继开发…。微波介质陶瓷制成的谐振器与 金属空腔谐振器相比．具有体积小、重量轻、温度稳定性好、 价格便宜等特点，已在便携式电话、汽车电话、无绳电话、直 放站、军事雷达及全球卫星定位系统等获得广泛的应用。
ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｃｏ—ｆｌｒｅｄ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｒｅ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ ｅｍｐｈａｔｉｃａｌｌｙ．Ｔｈｅ ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ ｂｅｔｗｅｅｎ ｍｉｃｒｏｗａｖｅ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｎｄ ｍｉ—
ｃｒｏｗａｖｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｉｓ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ．Ｔｈｅ ｆｕｔｕｒｅ ｐｒｏｓｐｅｃｔｓ ｏｆ ｔｈｅ ｍａｔｅｒｉａＩ ａｎｄ ｉｔｓ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ ａｒｅ ｐｒｏｖｉｄｅｄ．
但由于当时的陶瓷电介质尚不能满足微波电路的要求限制 了这一发展。７０年代初美国的Ｂｒｙａｎ等首先研制成介电常 数为３８的ＢａＴｉ．ｏ口材料。接着美国Ｂｅｌｌ实验室研制成功了 温度稳定性好的ＢａｔＴｉ。Ｏ”实现了介质谐振器的实用化， 于是以ＴｉＯｚ为起点，揭开了微波介质陶瓷发展史的帷幕，
收稿日期：２。０３一０４ ０８。修改稿收判日期：２００３一０６ ２ｌ 基金项目：浙江省重大科技计划项目（０２２ｌｌｏｌ５６２）。 作者筒介：杨辉（１ ９６２～），男，教授，博士生导师。
同时采用Ｔｉ取代Ｂａ．Ｎｄ。Ｔ１¨。Ｔａ。咄Ｏ妒ｍ中的Ｔａ，研究
发现：当ｚ＜０．４或ｚ＞１．６时，随ｚ增加，晶胞体积增大， Ｅ．增大；当ｚ＝ｏ．４～１．６范围内，随着ｚ增加，晶胞体积减 小，￡，减小｝当ｚ＞１．２时，晶轴比ｃ／丑接近于１，并有第二 相出现，介电损耗增加，“显著增大；ｎ一２５３×１０＿６／℃·离 实用化尚有较大距离。
ｃａｏ Ｉ，ｌ：ｏ—Ｉ，ｎ。ｏ。一Ｔ１０：系和铅基钙铁矿系。它们结构均 有一个共同的结构特征，即存在以顶角相连的氧八面体三 维网状结构，正是这种氧八面体的存在导致高ｅ。的产生。材 料的“主要取决于Ａ位、Ｂ位离子的半径及晶胞尺寸的大 小；材料的Ｑ值与材料的结构及相组成密切相关；ｎ与Ａ 位、Ｂ位离子的种类、大小及材料相组成有关。
微波介质陶瓷材料的进展方面的综述相对较多，但结 合微波器件的技术特点与发展趋势，对其微波器件及材料 的综述无相关的报道。本文对高介、高频、低温烧结介质陶 瓷与介质谐振型、叠层型、功能模块型微波介质陶瓷器件的 现状进行了综述和探讨。
ｌ 微波介质陶瓷的发展与现状
１．１高介微波介质陶瓷 高ｅ。微波介质陶瓷主要包括Ｂａ０一Ｌｎ。ｏ。 Ｔｌｏｚ系、
Ｋ。ｙ ｗｏｒｄｓ：ｍｉｃｍｗａｖｅ ｄｉｅｌｅｃｔ—ｃ ｃｅｒａｍｌｃ；ｍｌｃｒｏｗａｖｅ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ８；ｌｏｗ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ。Ｄ＿矗ｒｅｄ ｃｅｒａｒＩｌｉｃ８；ｄｉｄｅｃｔ矗ｃ ｐｒｏｐｅｎｙＩ ｒｅｖｉｅｗ
微波介质陶瓷是指应用于微波频段（主要是３００ ＭＨｚ～ ３０ ＧＨｚ频段）电路中作为介质材料并完成一种或多种功能 的陶瓷，是现代通信广泛使用的谐振器、滤波器、介质导波 回路等微波元器件的关键材料。１９３９年Ｒｌｃｈｔｍｙｅ一１ ３从理 论上证明了电介质在微波电路中用作介质谐振器的可能性，
第３１卷第ｌｏ期 ２。Ｏ ３年１０月
硅酸盐学报
Ｖ。１．３１＿Ｎ０ １。
Ｊ（）ｕＲＮＡＩ．（）Ｆ ＴＨＥ ｃＨＩＮＥｓＥ ｃＥＲＡＭＩｃ ｓｏｃＩＥＴＹ
Ｏ。１。ｂ。。，２００３
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微波介质陶瓷及器件研究进展
杨辉１，张启龙１，王家邦１，尤 源２，黄 伟２
（１．浙江大学材料与化工学院．杭州３１００２７；２浙江正原电气股份有限公司，浙扛嘉兴３１ ４００３）
抽要：现代移动通信、尢线局域网、全球卫星定位系统等技术的革新，对以微波介质陶瓷为基础的微波电路器件提出了更高的要求ｔ各种 微型化、高频化、片式化、模块化的新型微波介质陶瓷器件及相关介质陶瓷得到迅速发展。综述了近几年在高介电常数、高频、低温烧结微 波介质陶瓷方面的进展，对不同材料体系的离子取代，离子置换、低熔点烧结助荆对微波介质陶瓷结构、介电性能的影响进行了分折讨论。 概述了介质谐振型、叠层型、功能模块型微波介质陶瓷器件的研究和生产情况，重点论述了与低温共烧技术相关的介质陶瓷、器件及模块的 进展，探讨了材料特性、微波器件结构与微波特性之间的关系，并指出了今后微波介质冉瓷及器件的发展方向。
ｔｉｃｓ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ｜ｏｎ ｓｕｂｓｔｎｕ“ｏＴ惜ａｒｅ ａｆｍｌｙｚｄ．Ｔｈｅ ｐｒｏｇｒｅｓｓ ａｎｄ ｐｒｏｄｕｃｎｏｎ ｏｆ Ｉｎｉｃｒｏｗａｖｅ ｄｉｅｋｃｔｒｉｃ ｃｅｒａｍｉｃ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ ｆｏｒ ｄＰ ｅｌｅｃｔｒｌｃ ｒｅｓｏｎａｎｃｅ，ｍｕｌｔｉｌａｙｅｒ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｎｄ ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ ｍｏｄｕｌｅ ａｒｅ ｄｅｓｃｒｌｂｅｄ．Ｔｈｏｓｅ ｍａｔｅｒｉａｌｓ ａｎｄ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ ｒｅｌａｔｅｄ ｗｌｔｈ ｌｏｗ＿
ｆｉｒｅｄ ａｒｅ ｒｅｖｉｅｗｅｄ．Ｔｈｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ
ａｎｄ ｄｌｅｌｅｃｔｒｉｃ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｌｃｓ ｏｆ ｖａｒｌｏｕｓ ｍＢｔｅｒｌａｌ ｓｙｓｔｅｍｓ ａｒｅ ｅｍｐｈａｓｉｚｅｄ Ｔｈｅ ｒｅｇｕｌａｒｉｔｉｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｃｈａｎｇｉｎｇ ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓ—
ｔｕｒｅ，ｈｉｇｈ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ，ｃ ｈｉｐ ｌｅｖｅｌ，ｍｏｄｕｌｅ ｆｏｒｍ ａｎｄ ｔｈｅ ｒｅｌａｔｅｄ ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ ｃｅｒａｍｉｃｓ ｈａｖｅ ｂｅｅｎ ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ ｆａｓｔ．Ｔｈｅ ｐｒｏｇｒｅｓｓｅｓ ａｎｄ
ｌｏｗ—ｔ咖ｐｅｒａｔｕｒｅ ｐｒｏｂｌｅｍｓ ｌｎ ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ ｃｅｒａｍｉｃｓ ｏｆ ｈｉｇｈ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ．ｈｉｇｈ ｄｌｅｌｅｃｔｒｉｃ ｃｏｎｓｔａｎｔ ｏｒ
２ ｚ ｈｅｊｉａｎｇ ｚｈｅｎｇｙｕａｎ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｃｏ．，Ｌｔｄ，Ｊｉａｘｌｎｇ，ｚｈｅｊｉａｎｇ ３１４００３，ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔ伸ｃｔ：Ｔｈｅ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｉｎ ｍｏｄｅｒｎ ｍｏｂｉｌｅ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ，ｗｉｒｅｌｅｓｓ ｌｏｃａｌ ａｒｅａ ｎｅｔｗｏｒｋｓ ａｎｄ ｇｌｏｂａｌ ｐｏｓｉｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ ｍｏｂｉｌｅ
复合钙钛矿ｃａＯ—Ｕ０一Ｌ地。一Ｔｉｑ是由（ＬｉⅢＬ吼，２）· Ｔｉ０３和ｃａＴｉＯ。复合而成。ｃａＴｉ０３材料在微波频率下具有高 ￥。、低Ｑ值、较大的正ｎ，而（ＬⅥ２ＬｎⅢ）Ｔｉ０３则具有高的ｅ。 和较大的负订，因而两者复合有望得到高岛和零“的微波介 质陶瓷。Ｅｚａｋｉ等‘８１研究表明：（Ｌ“Ｌｎ…）ＴｉＯ。随ＩＪｎ的不 同，具有不同晶系的钙钛矿结构。当Ｌｎ为Ｌａ时（“。较大）， 属立方钙钛矿结构．Ｌｎ为Ｎｄ，Ｐｒ时（ｒＬｎ较小），属四方钙钛 矿结构，Ｉｍ为ｓｍ时（ｒｈ更小），属正交钙钛矿结构。随ｎ。 增加，ｓ。上升，但Ｑ·，减小。ｃｈｅｎ等０１研究发现Ｂａ取代 ｃａ可改善ｃａＯ—Ｌｉ２０ Ｓｍ２０。一Ｔ１０２的ｅ，和日，相组成为 ｃａｏ—Ｌｉ２０—ｓ№０３一ＴｉＯ？，ＢａＳｍ２Ｔ１４０１２，并随Ｂａ的变化， Ｅ，，Ｑ·，随之变化，当Ｂａ的摩尔分数为４％时，ｎ＝３．２４× １０＿６／℃，Ｑ·，一６ ７４０ ＧＨｚ，ｅ，一９５。Ｋｉｍ等‘”１采用远红外 光谱、Ｋｒａｍｅｒｓ—Ｋｒｏｎｉｇ计算公式和谐振模式，揭示了 （１一ｙ）ｃａＴｉ０３一ｙＬ“ｓｍｌ，２Ｔｉ０３（Ｏ≤，≤１）材料的相结构、 离子极化与损耗、介电常数之间的内在规律。在相组成中， 晶相为正交钙钛矿型，随，的增加，品格参数ｎ不变，６和ｃ 呈线性关系增加，介电损耗增大，ｎ绝对值先减小后增大。 当ｙ＝Ｏ．７时，可获得ｓ。一１１４，Ｑ·，一３ ７００ ＧＨｚ，ｎ＝Ｏ的 微波介电性能。