マイクロ波誘電体材料の共振周波数の温度係数のゼロ化に向けた組成制御と材料設計

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本研究では、これらのマイクロ波誘電体セラミックスにおけるτfの発現メカニズムを明らかにするために、結晶構造解析から原子レベルからのアプローチを行い、組成制御による高Qマイクロ波誘電体の材料設計の確立を目的とし、研究を行った。コランダム系材料では、Mg_4Nb_2O_9、 Co_4Nb_2O_9およびMg_4Ta_2O_9を合成し、マイクロ波誘電特性を評価した。MgサイトをCo置換することにより、ε_rは増加するのに対し、Q・f値は大幅に減少し、約5000GHzを示した。一方、NbをTaで置換したMg_4Ta_2O_9ではQ・f値は約350000GHzを示した。さらに、Mg_4Ta_2O_9のτ_fはMg_4Nb_2O_9とほぼ同じ-70ppm/℃であるのに対し、Co_4Nb_2O_9のτ_fは、-10ppm/℃を示し、MgのCo置換によりτ_fはゼロに近づくことが明らかとなった。一般にτ_fは、熱膨張係数と誘電率の温度係数(τ_ε)に関係し、特にτ_εの寄与が大きいことが知られている。そこで本研究では、LCRメータを用いて1MHzにおける誘電率を30〜400℃まで評価し、誘電率の温度依存性の評価を行った。Co_4Nb_2O_9の誘電率は、温度変化に対してほぼ一定の値を示し、30℃と400℃における誘電率から求めたτ_εは、約30ppm/℃であることが明らかとなった。また、Mg_4Nb_2O_9およびMg_4Ta_2O_9のτ_εは共に約180ppm/℃と大きく、この系において、τ_ε対して組成が大きく依存することが明らかとなった。