Керамика Ba2ZnSi2O7 была приготовлена традиционным твердотельным методом и спеканием в четырех различных атмосферах (воздух, O2, N2 и N2–1 об.% H2). Керамика Ba2ZnSi2O7 имеет одну фазу на воздухе, O2 и N2, тогда как две фазы (включая примесь BaSiO3) наблюдаются в атмосфере N2–1 об.% H2 за счет испарения Zn2+. Диэлектрические потери были пропорциональны парциальному давлению кислорода из-за механизма проводимости доминирующих дырок. Керамика Ba2ZnSi2O7 продемонстрировала хорошие диэлектрические свойства в микроволновом диапазоне (εr = 8,3, Q×f = 27200 ГГц, τf = –41,5 ppm/°C) в атмосфере N2–1 об.% H2, что делает ее новым кандидатом с хорошими антивосстановительными характеристиками. для электродов из недрагоценных металлов и многослойных керамических конденсаторов.

Введение. Микроволновая диэлектрическая керамика широко используется в качестве диэлектрических резонаторов (ДР), антенн, фильтров, многослойных керамических конденсаторов (MLCC), устройств с низкотемпературной керамикой совместного нагрева (LTCC) из-за превосходных характеристик высокой частоты, высокой скорости. пропускание и широкая полоса пропускания [1,2,3]. MLCC являются важными электронными компонентами для миниатюризации систем связи. Уровни MLCC должны увеличиваться, чтобы соответствовать техническим параметрам высокой частоты, емкости и точности. С быстрым темпом развития 5G производительность керамики и устройств с микроволновым или миллиметровым диапазоном волн привлекает все большее внимание исследователей [4,5,6,7]. В качестве диэлектрических слоев обычно используют СВЧ диэлектрическую керамику с низкой диэлектрической проницаемостью (εr<15) [8]. Однако увеличение количества слоев может способствовать увеличению количества внутренних электродов, что наносит ущерб промышленному производству. Одним из основных методов, используемых для снижения стоимости, является замена драгоценных металлов (Pt и Ag) дешевыми электродами из неблагородных металлов (BME, Cu и Ni) [9]. Однако эта мера сталкивается с трудностями для основной керамики, включая следующее: (1) температура спекания должна быть ниже температуры плавления BME (Ni: 1453 °C), (2) основные металлы чувствительны к окислению и (3) сообжиговая керамика должна спекаться в восстановительной атмосфере [10].
Керамика перовскита (Ba, Ca)(Zr, Ti)O3 была широко исследована в качестве ключевых материалов для BME-MLCC из-за их высокой диэлектрической проницаемости и низких потерь [9,11]. Однако керамика на основе BaTiO3 содержит различные добавки для повышения их антивосстановительных характеристик [12,13] и обладает низким коэффициентом качества (Q×f) в диапазоне СВЧ; эти качества непригодны для высокочастотных и высокоточных BME-MLCC [14]. Сложная керамика типа перовскита Ba(Zn1/3Nb2/3)O3 и Ba(Mg1/3Nb2/3)O3 обладает интересными микроволновыми диэлектрическими свойствами (εr = 33–39, Q×f = 63700–76700 ГГц, τf = +30 до +33 ppm/°C), которые широко используются для изготовления BME–MLCC [15]. Однако при одинаковой емкости для керамики с высокой диэлектрической проницаемостью требуется меньше слоев, чем для керамики с низкой диэлектрической проницаемостью. Уменьшение количества слоев может увеличить количество ошибок в каждом слое, что может снизить точность. Между тем, низкая диэлектрическая проницаемость может уменьшить отражение на границе раздела воздуха и диэлектриков, свести к минимуму перекрестную связь и сократить время прохождения электронного сигнала [16]. Учитывая, что антивосстановительные характеристики в микроволновой диэлектрической керамике с низкой диэлектрической проницаемостью подробно не изучались, необходимо разработать новые материалы для высокочастотных и высокоточных BME-MLCC.

Керамика из силиката бария-цинка с низкой диэлектрической проницаемостью (εr<15) обладает многими интересными и привлекательными свойствами, такими как сосуществование слабого сегнетоэлектричества и низкодиэлектрических микроволновых диэлектрических свойств в керамике Ba2Zn(1+x)Si2O(7+x) [17, 18]. Относительную диэлектрическую проницаемость и устойчивость к температуре можно улучшить, контролируя количество ионов Zn2+ и соотношение Ba/Si для керамической системы из силиката бария и цинка [18, 19]. К сожалению, антивосстановительные характеристики керамики из силиката бария и цинка, спеченной в восстановительной атмосфере, не исследовались. Кроме того, внутренний механизм диэлектрических потерь и электрохимические свойства остаются неизвестными для керамики из силиката бария-цинка. Поэтому мы исследовали фазовый состав, электрохимические характеристики, микроволновые диэлектрические свойства и антивосстановительные характеристики керамики Ba2ZnSi2O7.
……………………
Выводы
СВЧ-диэлектрическая керамика Ba2ZnSi2O7 с низкой диэлектрической проницаемостью была приготовлена традиционным твердотельным методом. Керамика Ba2ZnSi2O7 имеет стабильную фазовую структуру в атмосфере воздуха, O2 и N2. Однако испарение Zn2+ в атмосфере N2–1 об.% H2 может заметно увеличить количество ионных вакансий и ухудшить стабильность фазовой структуры, что приведет к сосуществованию BaSiO3 и Ba2ZnSi2O7 в двух фазах. Улетучивание Zn2+ способствует возникновению дефектов типа Шоттки, сопровождающихся образованием кислородных вакансий. Керамика Ba2ZnSi2O7 имела высокотемпературную проводимость p-типа, так как Zn2+ не мог быть компенсирован при охлаждении. Дырки появлялись в результате заполнения кислородом кислородных вакансий при высоком парциальном давлении кислорода. Исходя из характеристики проводимости p-типа керамики Ba2ZnSi2O7, диэлектрические потери были прямо пропорциональны парциальному давлению кислорода. С учетом преобладания дырочной проводимости керамика Ba2ZnSi2O7 показала хорошие микроволновые диэлектрические свойства (εr = 8,3, Q×f = 27200 ГГц, τf = –41,5 ppm/°C) в атмосфере N2–1 об.% H2. Таким образом, керамика Ba2ZnSi2O7 обладала хорошими антивосстановительными характеристиками для высокочастотных и прецизионных БМЭ-MLCC.