(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一般式
（１−ｘ）Ｎｄ（Ｇａ１−ｙＡｌｙ）Ｏ３−ｘＣａＴｉＯ３
（ここで組成物全体に対するＣａＴｉＯ３のモル分率ｘは０．５≦ｘ≦０．８、Ｇａに対するＡｌのモル分率ｙは０≦ｙ≦０．９の範囲の値を有する）
で表されることを特徴とする誘電体セラミックス組成物。
【請求項２】
ｙは０≦ｙ≦０．５の範囲の値を有することを特徴とする請求項１に記載の誘電体セラミックス組成物。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は誘電体セラミックス組成物に係り、より詳しくは誘電率が４５以上、品質係数値が４３，０００以上、そして安定した共振周波数温度係数を有し、衛星や移動通信用電子部品に適用することができる高周波誘電体セラミックス組成物に関する。
【０００２】
【従来の技術】
高周波誘電体を移動・衛星通信部品に用いるためには高い品質係数（Ｑ）、安定した共振周波数温度係数（τｆ）および高い誘電率（εｒ）を有していなければならない。一般的に高周波誘電体は誘電率が６０以上の高誘電率材料、４０〜６０程の中間誘電率材料、および３０以下の低損失材料に分けられる。
【０００３】
高誘電率誘電体としてはＢａＯ−Ｒｅ２Ｏ３−ＴｉＯ２（Ｒｅ＝希土類元素）系と（Ｐｂ、Ｃａ）ＺｒＯ３誘電体が代表的な材料である。低損失誘電体にはＢａ（Ｚｎ１／３Ｔａ２／３）Ｏ３およびＢａ（Ｍｇ１／３Ｔａ２／３）Ｏ３のような誘電体がある。
【０００４】
中間誘電率（εｒ≧４５）と、高いＱ×ｆ（＞４３，０００）を有する誘電体はまだ開発されておらず、その必要性が依然として要求されている。
【０００５】
一方、既知の代表的な中間誘電率を有する誘電体には（Ｚｒ、Ｓｎ）ＴｉＯ４、（１−ｘ）ＬａＡｌＯ３−ｘＣａ（またはＳｒ）ＴｉＯ３、（１−ｘ）Ｌａ（Ｚｎ１／２Ｔｉ１／２）Ｏ３−ｘＣａ（またはＳｒ）ＴｉＯ３、および（１−ｘ）ＮｄＡｌＯ３−ｘＣａＴｉＯ３誘電体などがある。
【０００６】
（Ｚｒ、Ｓｎ）ＴｉＯ４の場合、Ｑ×ｆ＝４５，０００、εｒ＝３８であり、温度係数が０に近い。しかし、この材料は、品質係数は高いが誘電率が低い欠点を有する。
【０００７】
（１−ｘ）ＬａＡｌＯ３−ｘＣａ（またはＳｒ）ＴｉＯ３系の場合、組成により様々な誘電特性を示す。特に０．３５ＬａＡｌＯ３−０．６５ＣａＴｉＯ３組成においてＱ×ｆ＝４７，０００、εｒ＝３８、τｆ＝５ｐｐｍ／℃のマイクロ波誘電特性を示すことが発表されている［ＵＳ５３５６８４４］。しかし、このセラミックスも、Ｑ値は比較的に高いが誘電率が低いため、実用素子として応用するには問題がある。
【０００８】
また、（１−ｘ）Ｌａ（Ｚｎ１／２Ｔｉ１／２）Ｏ３−ｘＣａ（またはＳｒ）ＴｉＯ３セラミックスも組成により様々な誘電特性を示し、特に０．５Ｌａ（Ｚｎ１／２Ｔｉ１／２）Ｏ３−０．５ＣａＴｉＯ３組成においてＱ×ｆ＝５０，０００、εｒ＝３８、τｆ＝５ｐｐｍ／℃の良好な誘電特性を示しているが誘電率が低い欠点があり実用素子製作に前記の組成物を応用するには難点がある。
【０００９】
一方、１９９４年に誘電率４３、Ｑ×ｆ＝４７，０００、およびτｆ＝−１ｐｐｍ／℃の優れた誘電特性を示す（１−ｘ）ＮｄＡｌＯ３−ｘＣａＴｉＯ３誘電体組成物が開発された。しかし、この誘電体は１４５０℃以上で焼結しなければならない難焼結性物質だという欠点がある［ＵＳ５４５６８４４］。
【００１０】
従って、中間誘電率（εｒ≧４５）と、高い品質係数値（Ｑ×ｆが４３，０００以上）および優れた共振周波数温度係数を有すると共に焼結特性が優れた誘電体に対する開発の必要性は依然と要求されている。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は前記従来の（１−ｘ）ＮｄＡｌＯ３−ｘＣａＴｉＯ３誘電体組成物の改良に関し、本発明者らは前記（１−ｘ）ＮｄＡｌＯ３−ｘＣａＴｉＯ３誘電体組成物の誘電特性を少なくともそのまま維持しながら焼結温度を低下させるために研究を繰り返した結果本発明を完成した。
【００１２】
従って、本発明は誘電率が４５以上、品質係数が４５，０００以上、そして共振周波数温度係数が０に近い優れた誘電特性と共に良好な焼結特性を示す新たな高周波誘電体セラミックス組成物を提供することにその目的がある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するために、本発明によると、一般式
（１−ｘ）Ｎｄ（Ｇａ１−ｙＡｌｙ）Ｏ３−ｘＣａＴｉＯ３
（ここで組成物全体に対するＣａＴｉＯ３のモル分率ｘは０．５≦ｘ≦０．８、Ｇａに対するＡｌのモル分率ｙは０≦ｙ≦０．９の範囲の値を有する）
で表されることを特徴とする誘電体セラミックス組成物が提供される。
【００１４】
本発明において重要な構成元素としてＧａを選択した理由は、ＧａがＡｌを置換する場合、同等な程度の品質係数を有しながらも焼結温度が約１００℃低下し、誘電体共振器の量産性を増加させることができるためである。また、三つの相が共存することにより共振周波数温度係数をさらに容易に調節することが可能となる。
【００１５】
一方、本発明においてＣａＴｉＯ３のモル分率ｘを０．５≦ｘ≦０．８に限定した理由は、ｘが０．５未満になると誘電率が過度に低くなるだけでなく共振周波数温度係数が過度に大きな負（−）の値を有することになり、ｘが０．８を超過すると品質係数値が過度に低下するだけでなく共振周波数温度係数が過度に大きな正（＋）の値を有することになるため望ましくない。
【００１６】
尚、本発明においては、モル分率ｙは０≦ｙ≦０．９、望ましくは０≦ｙ≦０．５の範囲が適当だが、ｙが０．９を超過するとＡｌの添加量が過度に多くなるため焼結温度の低下を実質的に期待し難い。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に関しより具体的に説明する。
【００１８】
本発明の誘電体組成物は、Ｎｄ２Ｏ３、Ｇａ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３、ＣａＣＯ３、ＴｉＯ２を用いて一般的な固相法で製造した。各材料をモル分率により精密に重さを計ったあと、ナイロンジャー（ｎｙｌｏｎ  ｊａｒ）でジルコニアボールと共に２４時間湿式混合した。混合粉砕した粉末を乾燥した後、１２００℃で１０時間仮焼した。仮焼した粉末を２次粉砕した後に乾燥させディスク状に成形し１３５０〜１５００℃で６時間焼結した。
【００１９】
焼結された試片は研磨紙で研磨した後、再び乾燥した後、金属空胴内で品質係数と共振周波数温度係数を測定し、誘電率は平行金属導体板法を用いて測定した。この時、共振周波数の温度係数は２５〜８５℃の温度範囲と５ＧＨｚとで測定された。以上の結果を図１〜図６に図示した。
【００２０】
図１は１４５０℃および１３５０℃で焼結された（１−ｘ）ＮｄＧａＯ３−ｘＣａＴｉＯ３（ｙ＝０）誘電体のＣａＴｉＯ３量の変化による品質係数値の変化を示している。図１に示されるとおり、ＮｄＧａＯ３の品質係数値は約９０，０００程であり、ＣａＴｉＯ３量が増加するに連れて品質係数の値は減少する。しかし、０．３５ＮｄＧａＯ３−０．６５ＣａＴｉＯ３の場合、品質係数値が約４６，０００として高い値を有する。１３５０℃で焼結した時、ＮｄＧａＯ３モル分率が０．５以上の場合は１４５０℃で焼結した時より低い品質係数を有するが、ＮｄＧａＯ３のモル分率が０．５未満の場合には１４５０℃で焼結した試料と同等な程度の品質係数値を示している。
【００２１】
走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）分析の結果によると、ＮｄＧａＯ３モル分率が０．５以上の場合、１３５０℃で焼結した時には気孔の多い微細構造を有し相対密度も低く、品質係数値が１４５０℃で焼結した試料より小さい。しかし、ＣａＴｉＯ３量が増加するとＣａ−Ｇａ液相が形成されて試料の焼結が促進され緻密な微細構造を有するようになり相対密度も増加するため、１３５０℃で焼結した試料も高い品質係数を有するようになる。
【００２２】
図２は１４５０℃および１３５０℃で焼結された（１−ｘ）ＮｄＧａＯ３−ｘＣａＴｉＯ３（ｙ＝０）誘電体のＣａＴｉＯ３量の変化による誘電率値の変化を示している。ＣａＴｉＯ３量が増加するに連れて誘電率は増加することが分かる。更に、ＮｄＧａＯ３モル分率が０．５以上の試料の場合、１４５０℃で焼結された試料が少し高い誘電率値を有するが、ＮｄＧａＯ３モル分率が０．５以下に減少すると誘電率は焼結温度に影響を受けないということが分かる。このような結果も品質係数と同様にＣａ−Ｇａ液相による焼結性の向上と、それによる密度増加および微細構造の緻密化によって説明することができる。図２に示されるとおり１４５０℃および１３５０℃で焼結された０．３５ＮｄＧａＯ３−０．６５ＣａＴｉＯ３組成の場合、誘電率は共に約４５を示している。
【００２３】
図３は１４５０℃および１３５０℃で焼結された（１−ｘ）ＮｄＧａＯ３−ｘＣａＴｉＯ３（ｙ＝０）誘電体のＣａＴｉＯ３量の変化による共振周波数温度係数値の変化を示している。焼結温度に関わらずＮｄＧａＯ３誘電体の共振周波数温度係数は約−７０でＣａＴｉＯ３量が増加するに連れて共振周波数温度係数も増加することが分かる。そして、０．３５ＮｄＧａＯ３−０．６５ＣａＴｉＯ３組成で共振周波数温度係数は−２ｐｐｍ／℃の値を有することが分かる。
【００２４】
前記の結果から分かるように高い品質係数を有するが誘電率が低く負の共振周波数温度係数を有するＮｄＧａＯ３と、低い品質係数を有するが誘電率が高く正の共振周波数温度係数を有するＣａＴｉＯ３を用いて固溶体を形成すれば優れた特性を有する組成物を得ることができ、特に１３５０℃の低温で焼結された０．３５ＮｄＧａＯ３−０．６５ＣａＴｉＯ３組成物は誘電率が４５、品質係数４６，０００、および共振周波数温度係数が−２ｐｐｍ／℃の優れた高周波誘電特性を示していることが分かる。
【００２５】
図４は１４５０℃および１３５０℃で焼結された０．３５Ｎｄ（Ｇａ１−ｙＡｌｙ）Ｏ３−０．６５ＣａＴｉＯ３誘電体のＡｌ添加量による品質係数値の変化を示す。少量のＡｌを添加すると、１４５０℃で焼結した場合、品質係数値が少し増加する。特にｙが０．１の場合、品質係数値は約４８，０００になった。ｙが０．１以上に増加すると、品質係数値は再び減少することが分かる。１３５０℃で焼結した場合、品質係数値はＡｌ添加量の増加によって少し減少する。しかし、図４に示されるとおり、品質係数の変化の幅はあまり大きくなく、１３５０℃で焼結した試料も優れた品質係数を有することが分かる。
【００２６】
図５は１４５０℃および１３５０℃で焼結された０．３５Ｎｄ（Ｇａ１−ｙＡｌｙ）Ｏ３−０．６５ＣａＴｉＯ３誘電体のＡｌ量による誘電率の変化を示している。誘電率はＡｌ添加量が増加するに連れて増加することが分かる。１４５０℃で焼結した場合、ｙが０．３１５の時には誘電率が約４８であり、ｙが０．０３５の時には約４５であった。
【００２７】
図６は１４５０℃および１３５０℃で焼結された０．３５Ｎｄ（Ｇａ１−ｙＡｌｙ）Ｏ３−０．６５ＣａＴｉＯ３誘電体のＡｌ添加量による共振周波数温度係数の変化を示している。共振周波数温度係数は焼結温度によって大きく変化せず、Ａｌ添加により−０．８〜２２の範囲で変化した。従って、Ａｌ添加によって様々な共振周波数温度係数を有する材料を得ることができる。特に、ｙが０．０３５の場合、共振周波数温度係数が−０．８、誘電率が４５以上、および品質係数が４６，０００以上で中間誘電率材料として通信用部品に用いることができる。
【００２８】
【発明の効果】
本発明の（１−ｘ）Ｎｄ（Ｇａ１−ｙＡｌｙ）Ｏ３−ｘＣａＴｉＯ３組成物の場合、１３５０℃の低温焼結が可能であり、また誘電特性も優れている。特に、本発明によると、従来の（１−ｘ）ＮｄＧａＯ３−ｘＣａＴｉＯ３誘電体組成物より誘電率が２〜３程度さらに高い誘電体を得ることができる。
【００２９】
従って、本発明にて提案する組成物は、（１−ｘ）ＮｄＡｌＯ３−ｘＣａＴｉＯ３誘電体と比べて、誘電特性は少なくともそのまま維持しながら低温焼結が可能で製造が容易な利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明により１４５０℃および１３５０℃で６時間焼結された（１−ｘ）ＮｄＧａＯ３−ｘＣａＴｉＯ３（ｙ＝０）誘電体組成物のＣａＴｉＯ３量による品質係数の変化を示すグラフである。
【図２】本発明により１４５０℃および１３５０℃で６時間焼結された（１−ｘ）ＮｄＧａＯ３−ｘＣａＴｉＯ３（ｙ＝０）誘電体組成物のＣａＴｉＯ３量による誘電率の変化を示すグラフである。
【図３】本発明により１４５０℃および１３５０℃で６時間焼結された（１−ｘ）ＮｄＧａＯ３−ｘＣａＴｉＯ３（ｙ＝０）誘電体組成物のＣａＴｉＯ３量による共振周波数温度係数変化を示すグラフである。
【図４】本発明により１４５０℃および１３５０℃で６時間焼結された０．３５Ｎｄ（Ｇａ１−ｙＡｌｙ）Ｏ３−０．６５ＣａＴｉＯ３誘電体組成物の品質係数の変化を示すグラフである。
【図５】本発明により１４５０℃および１３５０℃で６時間焼結された０．３５Ｎｄ（Ｇａ１−ｙＡｌｙ）Ｏ３−０．６５ＣａＴｉＯ３誘電体組成物の誘電率の変化を示すグラフである。
【図６】本発明により１４５０℃および１３５０℃で６時間焼結された０．３５Ｎｄ（Ｇａ１−ｙＡｌｙ）Ｏ３−０．６５ＣａＴｉＯ３誘電体組成物の共振周波数温度係数の変化を示すグラフである。
【図１】
0003600539.tif 000002
【図２】
0003600539.tif 000003
【図３】
0003600539.tif 000004
【図４】
0003600539.tif 000005
【図５】
0003600539.tif 000006
【図６】
0003600539.tif 000007