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JP2003533019A - ＣａＣｕ３Ｔｉ４Ｏ１２を組み込んだチューナブルデバイス - Google Patents

ＣａＣｕ３Ｔｉ４Ｏ１２を組み込んだチューナブルデバイス

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JP2003533019A
JP2003533019A JP2001581297A JP2001581297A JP2003533019A JP 2003533019 A JP2003533019 A JP 2003533019A JP 2001581297 A JP2001581297 A JP 2001581297A JP 2001581297 A JP2001581297 A JP 2001581297A JP 2003533019 A JP2003533019 A JP 2003533019A
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dielectric
dielectric constant
tunable
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リ ドン
アパドール サブラマニアン マニルパラム
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EI Du Pont de Nemours and Co
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Abstract

(57)【要約】 本発明は、誘電性ＣａＣｕ3Ｔｉ4Ｏ12を組み込んだチューナブルデバイスを提供する。ＣａＣｕ3Ｔｉ4Ｏ12は、インターディジタルおよび三層キャパシター、コプレーナー導波路およびマイクロストリップを含む、移相器、マッチングネットワーク、発振器、フィルター、共振器、およびアンテナのようなチューナブルデバイスに特に有用である。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 （発明の分野） 本発明は、誘電性材料ＣａＣｕ3Ｔｉ4Ｏ12を組み込んだチューナブルデバイス
を提供する。
【０００２】 （発明の背景） キャパシタンスを増加させるために誘電性材料を使用することは周知であり、
長い間使用されている。初期のキャパシター誘電体は２つのカテゴリーに分類さ
れた。第１のカテゴリーの誘電体は、比較的温度に依存しない誘電率を有するが
、誘電率の値が低く、たとえば５〜１０である。電気磁器および雲母のような物
質は、このカテゴリーに分類される。第２のカテゴリーの誘電体は、非常に高い
誘電率、たとえば１０００以上を有するが、それらはきわめて温度に依存する。
その例は、チタン酸バリウムＢａＴｉＯ3である。
【０００３】 キャパシタンスは誘電率に比例するので、高誘電率物質が望ましい。同調回路
または共振回路で適格に動作させるために、誘電体はまた、最小の温度依存性を
呈する誘電率を有していなければならない。さもなければ、周囲温度の小さな変
化により、回路が共振しなくなる。他の用途では、最小の周波数依存性を呈する
誘電率が要求される。さらに、できるだけ小さな損失率または散逸率を有してい
ることが望ましい。
【０００４】 多くのマイクロ波デバイスでは、重要な物質特性は、誘電チューナビリティー
、すなわち、印加電圧による誘電率の変化、および低誘電損失である。チタン酸
バリウムストロンチウムＢａ1-xＳｒxＴｉＯ3はいくつかのそのような用途で使
用されてきたが、より良好な性質を有する物質が依然として必要とされる。
【０００５】 Ｄｅｓｃｈａｎｖｒｅｓら（Ｂｕｌｌ．Ｓｏｃ．Ｃｈｉｍ．Ｆｒ．４０７７（
１９６７））は、ペロブスカイト構造および０．７３９３ｎｍの格子定数を有す
るＣａＣｕ3Ｔｉ4Ｏ12の調製法を報告している。
【０００６】 Ｂｏｃｈｕら（Ｊ．Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｃｈｅｍ．２９，２９１（１９
７９））は、ＣａＣｕ3Ｔｉ4Ｏ12および関連するチタン酸塩の合成法および構造
を開示し、格子定数が０．７３９１ｎｍであると報告している。
【０００７】 Ｙａｎｄｒｏｆｓｋｉら（米国特許第５，４７２，９３５号）は、チューナブ
ル強誘電体を組み込んだチューナブルマイクロ波およびミリメートル波デバイス
を開示している。
【０００８】 （発明の概要） 本発明は、誘電性ＣａＣｕ3Ｔｉ4Ｏ12を組み込んだチューナブルデバイスを提
供する。ＣａＣｕ3Ｔｉ4Ｏ12は、インターディジタルおよび三層キャパシター、
コプレーナー導波路およびマイクロストリップを含む、移相器、マッチングネッ
トワーク、発振器、フィルター、共振器、およびアンテナのようなチューナブル
デバイスに特に有用である。
【０００９】 本発明はまた、９０００を超える誘電率を有する誘電性材料を必要とする電気
デバイスであって、誘電体がＣａＣｕ3Ｔｉ4Ｏ12であることを特徴とする、上記
デバイスを提供する。
【００１０】 （詳細な説明） ＣａＣｕ3Ｔｉ4Ｏ12は、チューナブルデバイスの場合と同様に高誘電率を必要
とするデバイスの場合にも利点のある誘電特性を有している。ＣａＣｕ3Ｔｉ4Ｏ12 は、１ｋＨｚから１ＭＨｚの周波数範囲にわたり９０００を超える誘電率を有
している。
【００１１】 ＣａＣｕ3Ｔｉ4Ｏ12は、次の手順で合成することができる。化学量論量の前駆
体を十分に混合する。前駆体ＣａＣＯ3、ＣｕＯおよびＴｉＯ2が好ましい。混合
された前駆体粉末を約１０００℃で約１２時間焼成する。焼成された粉末を再粉
砕およびプレスして直径１２．７ｍｍ／厚さ１〜２ｍｍのディスクにする。空気
中、約１１００℃でディスクを２４時間焼結する。焼成および焼結のいずれのス
テップにおいても、昇温速度は、室温（すなわち約２０℃）から焼成または焼結
温度まで約２００℃／時であり、冷却速度は、焼成または焼結温度から室温（す
なわち約２０℃）まで約１５０℃／時である。
【００１２】 ＣａＣｕ3Ｔｉ4Ｏ12は、立方晶ペロブスカイトＩｍ３構造で結晶化する。
【００１３】 誘電測定はディスクサンプルを用いて行った。ディスク状サンプルの面を微細
なグリットサンドまたはエメリーペーパーで研磨した。その面上に銀ペイント電
極を適用し、７０〜１００℃で乾燥させた。キャパシタンスおよび誘電損失の測
定は、Ｈｅｗｌｅｔｔ−Ｐａｃｋａｒｄ ４２７５Ａおよび４２８４Ａ ＬＣＲ
ブリッジを用いて２５℃の温度で１ｋＨｚから１ＭＨｚまでの周波数範囲にわた
り２端子法により行った。キャパシタンスＣおよび散逸率は、ブリッジから直接
読み取る。誘電率（Ｋ）は、測定されたピコファラド単位のキャパシタンスＣか
らＫ＝（１００Ｃｔ）／（８．８５４Ａ）〔式中、ｔはｃｍ単位のディスク状サ
ンプルの厚さであり、Ａはｃｍ2単位の電極の面積である。〕の関係を用いて計
算した。ディスクのフラット電極化面を横切って電圧を印加し、印加電圧による
誘電率の変化を測定することによりチューナビリティーを計算した。チューナビ
リティーＴは、式Ｔ＝［Ｋ（０）―Ｋ（Ｖ）］／Ｋ（０）］〔式中、Ｋ（０）は
印加電圧がないときの誘電率であり、Ｋ（Ｖ）は印加電圧Ｖがあるときの誘電率
である。〕から計算される。チューナビリティーは、通常、Ｔに対する上記の結
果に１００を掛けてパーセントとして所定の印加電界に対して表されるか、また
はＴ＝（定数）Ｅ〔式中、Ｔは％単位のチューナビリティーであり、Ｅは電界で
あり、定数は特定の物質に特有なものである。〕として記述される。
【００１４】 （発明の実施例） ＣａＣｕ3Ｔｉ4Ｏ12は、次の手順により調製した。適切な量の出発炭酸塩およ
び酸化物ＣａＣＯ3、ＣｕＯおよびＴｉＯ2を化学量論比に従って秤量し、メノウ
乳鉢中で十分に混合した。使用した前駆体のグラム量を表１に示す。混合粉末を
１０００℃で１２時間焼成した。焼成された粉末を再粉砕およびプレスして直径
１２．７ｍｍ／厚さ１〜２ｍｍのディスクにした。空気中、１１００℃でディス
クを２４時間焼結した。焼成および焼結のいずれのステップにおいても、室温（
すなわち約２０℃）から焼成または焼結温度まで２００℃／時の速度で温度を上
昇させ、焼成または焼結温度から室温（すなわち約２０℃）まで１５０℃／時の
速度で温度を低下させた。
【００１５】 Ｓｉｅｍｅｎｓ Ｄ５０００回折計を用いて、Ｘ線粉末回折パターンを記録し
た。データは、ＣａＣｕ3Ｔｉ4Ｏ12が立方晶ペロブスカイト関連Ｉｍ３構造で結
晶化したことを示した。測定された格子パラメーターおよび文献値を表１に列挙
する。
【００１６】
【表１】
【００１７】 ディスクサンプルを研磨してフラットな均一表面を生成させ、そして銀ペイン
トで電極化した。ペイント被覆されたサンプルを７０〜１００℃で一晩乾燥させ
た。室温（すなわち約２０℃）で１ｋＨｚから１ＭＨｚまでの周波数範囲にわた
りＨＰ−４２８４Ａ ＬＣＲメーターを用いてキャパシタンスおよび損失正接の
測定を行った。結果を表２に示す。
【００１８】
【表２】
【００１９】 Ｋｅｉｔｈｌｅｙ ２２８Ａ電圧／電流源を用いてディスクのフラット電極化
面を横切って１００Ｖまでの電圧を印加し、ＨＰ−４２７５Ａ ＬＣＲメーター
を用いて室温で印加電圧の関数として誘電率を測定した。チューナビリティーパ
ーセントおよびその大きさのチューナビリティーを得るのに印加された電界を１
ｋＨｚから１ＭＨｚまでの周波数範囲にわたり表３に示す。Ｔ＝（定数）Ｅの形
で記述されたチューナビリティー式をもそれぞれの周波数に対して表３に与える
。
【００２０】
【表３】
【００２１】 これらの結果は、ＣａＣｕ3Ｔｉ4Ｏ12が、高い誘電率に加えて高いチューナビ
リティーを有することを示している。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ，ＴＲ)，ＯＡ(ＢＦ ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ， ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，Ｇ Ｍ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＭＺ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ， ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＧ，ＡＬ，ＡＭ， ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，Ｂ Ｚ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＯ，ＣＲ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ ，ＤＫ，ＤＭ，ＤＺ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ， ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，Ｉ Ｓ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＡ，ＭＤ，ＭＧ， ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＭＺ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，Ｐ Ｔ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ， ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ (72)発明者 マニルパラム アパドール サブラマニア ン アメリカ合衆国 19348 ペンシルベニア 州 ケネット スクエア プラット レー ン 20 Ｆターム(参考） 4G031 AA04 AA25 BA09 CA01 4G047 CA07 CB04 CC02 CD01 CD08 5J006 HC07

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ＣａＣｕ3Ｔｉ4Ｏ12を含むことを特徴とする、チューナブル
    電気デバイス。
  2. 【請求項２】 ９０００を超える誘電率を有する誘電性材料を必要とするチ
    ューナブル電気デバイスであって、誘電性ＣａＣｕ3Ｔｉ4Ｏ12を含むことを特徴
    とする、デバイス。
JP2001581297A 2000-05-04 2001-05-03 ＣａＣｕ３Ｔｉ４Ｏ１２を組み込んだチューナブルデバイス Pending JP2003533019A (ja)

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Application Number Priority Date Filing Date Title
US20180800P 2000-05-04 2000-05-04
US60/201,808 2000-05-04
PCT/US2001/014297 WO2001084572A2 (en) 2000-05-04 2001-05-03 Tunable devices incorporating cacu3ti4o¿12?

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JP2003533019A true JP2003533019A (ja) 2003-11-05

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EP (1) EP1279179B1 (ja)
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KR (1) KR100760433B1 (ja)
AT (1) ATE285114T1 (ja)
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