$xMgTiO_3$(1-x) ($Na_{1/2}Ln_{1/2}$) $TiO_3$(Ln = La, Pr, Nd, Sm)의 초고주파 유전특성에 관한 연구

Microwave Dielectric Characteristics of the $xMgTiO_3$(1-x) ($Na_{1/2}Ln_{1/2}$) $TiO_3$(Ln = La, Pr, Nd, Sm)Systems

(Na½Ln½) TiO₃(Ln = La, Pr, Nd, Sm)은 양의 온도계수(190 ∼ 480ppm/℃), 고유전율(99∼127)의 특성을 갖고 있다. 반면에 MgTiO₃는 음의 온도계수(-45ppm/℃), 저유전손실(110,000㎓)을 갖고 있다. 그래서 xMgTiO₃(1-x) (Na½Ln½) TiO₃의 유전특성에 관심을 갖게 되었고, 초고주파 대역에서의 유전특성을 측정하고 미세구조를 관찰하여, 몰비변화와 소결온도변화에 따른 경향성을 파악하였으며, 그 원인을 연구하였다. 그 결과 MgTiO₃와 (Na½Ln½) TiO₃는 구조적으로 새로운 고용체나 이차상을 형성하지 않는 혼합상을 이루고 있었다. 그리고 이들의 유전특성은 (Na½Ln½) TiO₃와 MgTiO₃의 중간 값을 나타냈고, logarithmic mixing rule로써 유전특성을 예측할 수 있다. 이중에서 온도에 안정한 조성은 Ln = La, Pr, Nd으로 치환되었을 경우 각각 x = 0.9, 0.87, 0.84이었다. 이때의 유전율은 22 ∼25, Qf값은 55000 ∼ 28000㎓를 나타내었다. 이로써 온도에 안정한 유전특성을 갖는 새로운 유전체 재료를 개발하였으며, 특히 Ln = La으로 치환되었을 경우 다른 조성에 비하여 유전특성이 좋을 뿐아니라, 소결온도 범위가 넓어 공정상의 잇점을 가지고 있다.

($Na_{1/2}Ln_{1/2}$)$TiO_3$ceramics have a high relative dielectric constant and a positive temperature coefficient of resonant frequency ($\tau_f$)(where Ln represents a lanthanide: $La^{+3}$, $Pr^{+3}$, $Nd^{+3}$ and $Sm^{+3}$). On the other hand, $MgTiO_3$ ceramic has a high Qf value and a negative temperature coefficient. So We have investigated the microwave dielectric properties of $xMgTiO_3$-(1-x) ($Na_{1/2}Ln_{1/2}$)$TiO_3$. In these systems, there are no clues on solid-solution and secondary phase. There are mixed phases with $MgTiO_3$and ($Na_{1/2}Ln_{1/2}$)$TiO_3$ phases. Its dielectric characteristics (Qf, temperature coefficient and dielectric constant) are intermediate between ($Na_{1/2}Ln_{1/2}$)$TiO_3$ and $MgTiO_3$ and are predictable by the logarithmic mixing rule. The dielectric ceramic compositions temperature coefficient each approximates to zero at Ln=La, x=0.9, Ln=Pr, x=0.87, and Ln=Nd, x=0.84. At this time, there are Qf values in the range of 55,000 to 28,00GHz and relative dielectric constants in the range of 22 to 25.