BMN系钙钛矿微波介质陶瓷的制备与性能研究文献综述

 2021-10-22 09:10

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1 引言

微波介质材料是近30年来迅速发展起来的新型功能电子陶瓷,它具有损耗低、频率温度系数小、介电常数高等特点。[1]微波介质陶瓷是指应用于微波频段(主要是300MHz一30GHz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。现代移动通信、无线局域网、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,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。

钙钛矿结构的微波介质陶瓷具有介电系数大、损耗小和谐振频率温度系数接近于零等特点。

2 微波介电陶瓷国内外研究现状

70年代初美国的Byran等首先研制成介电常数为38的BaTi4O9材料。接着美国Bell实验室研制成功了温度稳定性好的Ba2Ti9O20,实现了介质谐振器的实用化,于是以TiO2为起点,揭开了微波介质陶瓷发展史的帷幕。[2]

目前日本在实用化方面做的工作最多，美国、欧洲也不断有微波介质陶瓷的研究报告发表。我国从八十年代开始研制微波介质陶瓷，从最初的简单重复国外的研究结果，到九十年代追踪国外的体系研究，之后国家八五、九五都把微波介质材料的研究列入重点攻关课题，拥有科研实力和先进测试设备的电子科技大学和浙江大学都取得初步成果。

现代移动通信经过数字移动通信系统(GSM)、个人数字蜂窝系统(PDC)为代表的第二代通讯技术的发展,已经向码分多址(CDMA)、第三代移动通信更新换代。同时,随着近距离无线通信技术蓝牙技术的深人研究和发展,无线局域网(WLAN)技术迅速发展起来。[3][4]目前,国际上已经开通了5.8GHz频段,并将取代工作于24GHz频段的蓝牙产品。移动通信设备和便携式终端正趋向小型、轻量、薄型、高频、低功耗、多功能、高性能发展,这对为微波介质陶瓷为基础的微波电路元器件提出了更高的要求。现在各种微型化、复合化、高频化、片式化、模块化的新型微波介质元器件应运而生,与新型元器件相关的微波介质陶瓷也取得了迅速发展,并朝着高介、高频、低温烧结等方面发展。[5]

可以根据相对介电常数εr的大小与使用频段的不同，将已被开发和正在开发的微波介质陶瓷分为低εr、高Q 值的 MWDC，中等εr和Q 值的 MWDC 及高εr而Q 值相对较低的 MWDC 三类，它们的产生、发展、应用领域和存在的问题是各不相同的。

3 钙钛矿微波介电陶瓷的结构特征

钙钛矿结构是以俄罗斯地质学家 Perovski 的名字命名的，本是指钛酸钙的结构，钙钛矿最早被地球物理学家所注意，现在发现很多重要的介电晶体都具有这样的结构，它的电气性能覆盖铁电体、顺电体、压电体、反铁电体、绝缘体、半导体、快离子导体、金属导体和超导体，吸引着众多的物理学家和电子工作者。[7]

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