Диэлектрическая керамика Ca2GeO4 была приготовлена традиционным методом твердофазной реакции. Поведение при спекании, кристаллическая структура, микроструктура и микроволновые диэлектрические свойства были проанализированы с помощью XRD, SEM, Raman и инфракрасного спектра отражения. Было обнаружено, что Ca2GeO4 кристаллизуется в структуре оливина с пространственной группой Pnma. В образце, спеченном при 1420 °C, были получены плотные и высокоэффективные микроволновые диэлектрические свойства с диэлектрической проницаемостью ˜ 6,76 ± 0,02, значением Q × f ˜ 82 400 ± 1800 ГГц и температурным коэффициентом ˜ -67 ± 3,4 ppm/°C. Инфракрасный спектральный анализ подтвердил, что в диэлектрическом вкладе Ca2GeO4 в микроволновом диапазоне преобладает поглощение фононов и нет вклада от диполярных или других механизмов поляризации. Большие отрицательные значения τf можно компенсировать формированием композитной керамики с CaTiO3. Для керамики 0,92Ca2GeO4-0,08CaTiO3 при 1420 °C для 4 ч. Эта керамика может быть хорошим кандидатом на роль подложки для микроволнового излучения.
Введение
СВЧ-диэлектрическая керамика как один из материалов сердцевины СВЧ-устройств (таких как резонаторы, фильтры, подложки и т. д.) широко используется в интеллектуальных транспортных системах (ИТС), радарах, мобильных телефонах, системах глобального позиционирования (GPS) и т. д. [1–3]. Обычно для оценки микроволновых свойств необходимо три основных требования: подходящая диэлектрическая проницаемость εr, высокий коэффициент добротности Q и стабильный температурный коэффициент резонансной частоты (τf) [4,5]. Наступает эпоха миниатюризации, высоких частот и интеграции СВЧ-диэлектриков. Это означает, что следует использовать более мощные микроволновые подложки, которые могут нести больше компонентов и обладать лучшими диэлектрическими и тепловыми свойствами. Поскольку длина волны внутри устройства обратно пропорциональна квадратному корню из его диэлектрической проницаемости, использование материалов с высоким εr может быть полезным для миниатюризации, но материалы с высокой диэлектрической проницаемостью обычно увеличивают ток утечки интегральных схем, эффект емкости между проводами и нагрев интегральных схем. Тем не менее, время задержки сигнала пропорционально квадратному корню из диэлектрической проницаемости, а материалы с низким εr могут повысить скорость перехода и уменьшить нагрев и потери в системе при передаче на высокой рабочей частоте [6–10].
Таким образом, материалы с низким εr, высокой добротностью и термостабильностью можно считать наиболее многообещающими кандидатами на роль подложек следующего поколения в высокочастотных электронных устройствах. До настоящего времени типичные материалы с низкой εr и высокой добротностью СВЧ-диэлектриков, включая материалы на основе Al, Si, такие как шпинельная структура MAl2O4 (M = Zn, Mg, Ni, Co) [11–13], оливиновая структура A2SiO4 (А = Ca, Mg) [14,15]. Но температуры спекания алюминийсодержащих соединений подходят для совместного обжига с электродом из тугоплавкого металла, такого как W, Mo, который следует спекать с керамикой в диапазоне 1200–1600 ° C в восстановительной атмосфере, что приводит к более дорогая стоимость и более сложный процесс. В ходе этих материалов значительное внимание привлекли некоторые Si-содержащие диэлектрические материалы со структурой оливина, такие как Mg2SiO4 (εr = 7,5, Q×f = 114 730 ГГц, τf = −57 ppm/°C) [15]. Как известно, германий и кремний находятся в одной группе в таблице Менделеева, а атом Ge имеет такую же электровалентность и схожую структуру электронной оболочки с атомом Si. На основании этого Чен и соавт. В работе [16] впервые сообщается о диэлектрическом материале Mg2GeO4 с низким εr и высокой добротностью. Кроме того, Эйленбергер и соавт. сообщили о синтезе структуры оливина Ca2GeO4 в своих оптических исследованиях и использовали ее в лазерном материале [17–19]. На сегодняшний день микроволновые диэлектрические свойства Ca2GeO4 еще не изучены. Учитывая отличное диэлектрические характеристики Mg2GeO4, поэтому разумно предсказать, что Ca2GeO4 может обладать многообещающими микроволновыми диэлектрическими свойствами, а также стоит исследовать взаимосвязь между структурой и микроволновыми свойствами. В данной работе керамика Ca2GeO4 была синтезирована традиционным методом твердофазной реакции. Взаимосвязь между поведением при спекании, кристаллической структурой, микроструктурой и микроволновыми диэлектрическими свойствами была подробно проанализирована с помощью XRD, SEM, Raman и инфракрасного спектра отражения.
……………
Заключение В данной работе керамика Ca2GeO4 с орторомбической структурой оливина была синтезирована по обычному твердофазному реакционному пути. Оптимальные микроволновые диэлектрические свойства керамики Ca2GeO4 с εr = 6,76 ± 0,02, Q × f = 82 400 ± 1800 ГГц и τf = -67 ± 3,4 ppm/°C были получены при спекании при 1420 °C. Согласно результату инфракрасной отражательной способности, в поляризации преобладает поглощение фононов в дальней инфракрасной области, на которую не влияют диполярные или другие механизмы поляризации. Большие отрицательные значения τf можно было компенсировать формированием композитной керамики, близкие к нулю значения τf +4 ± 0,6 ppm/°C были получены для керамики 0,92Ca2GeO4-0,08CaTiO3, спеченной при 1420 °C в течение 4 часов. Структура оливина Ca2GeO4 может быть многообещающим кандидатом в качестве материала подложки для микроволнового излучения.