[논문]<tex>$MgTiO_3-SrTiO_3$</tex> 세라믹스의 마이크로파 유전특성

배경인; 이상철; 최의선; 배선기; 이영희

$MgTiO_3-SrTiO_3$ 세라믹스의 마이크로파 유전특성
Microwave Dielectric Properties of the $MgTiO_3-SrTiO_3$ Ceramics 원문보기

전기학회논문지. The transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers. C/ C, 전기물성·응용부문, v.50 no.8, 2001년, pp.376 - 381

배경인 (단암전자통신 연구원) , 이상철 (광운대 전자재료공학과) , 최의선 (광운대 전자재료공학과) , 배선기 (인천대 전기공학과) , 이영희 (광운대 전자재료공학과)

Abstract ▼ AI-Helper

The(1-x) MgTiO$_3$-xSrTiO$_3$(x=0.03~0.04) ceramics were fabricated by the conventional mixed oxide method. The structural and microwave dielectric properties were investigated by XRD, SEM, EDS and network analyzer. The sintering temperature and time were 1275$^{\circ}C$~135$0^{\circ}C$ and 2hours, respectively. In the XRD results of 0.96MgTiO$_3$-0.04SrTiO$_3$ceramics, the perovskite structure of SrTiO$_3$and ilmenite structure of MgTiO$_3$phase were coexisted. The dielectric constant($\varepsilon$(sub)${\gamma}$) and temperature coefficient of resonant frequency($\tau$(sub)f) were increased with addition of SrTiO$_3$. In thie case of 0.96MgTiO$_3$-0.04SrTiO$_3$ ceramics sintered at 13$25^{\circ}C$, the dielectric constant, quality factor(Q) and temperature coefficient of resonant frequency($\tau$(sub)f) were 20.13, 7956(at 7.27GHz), and +1.76ppm/$^{\circ}C$, respectively.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

따라서, 본 연구에서는 MgTiCh 세라믹스의 음의 온도계수 (τ=-45ppm/1C)를 개선하기 위하여 양의 온도계수(τf=+1700 ppm/P)[5], ⑹를 갖는 SrTiO₃ 세라믹스를 첨가하여 소결 온도에 따른 (l-x)MgTiO₃-xSrTiO₃ (x=0.03~0.04) 세라믹스의 온도계수 특성과 마이크로파 유전특성을 조사하여 위성 통신용 마이크로파 유전체로의 응용가능성을 고찰하였다.

제안 방법

그림 2는 혼합 분쇄된 시료의 가열 과정 중에서 발생하는 물리, 화학적 변화를 고찰하기 위하여 시차열분석(Differential Thermal Analysis) 및 열중량분석 (Thermal Gravimetric Analysis)을 하였다. 그림 2(a) MgTiO₃ 분말의 경우 322.
04)세라믹스를 일반 소성법으로 제작하였다. 먼저 MgO, S1CO₃와 TiQz를 조성식에 따라 평량한 후, 아세톤을 분산 매로 지르코니아볼로 24시간 동안 각각 혼합분쇄하였다. 혼합 분쇄한 MgTiOa와 SrTiQi 분말을 각각 100℃ 전기오븐에서 24 시간 동안 건조한 후, 알루미나 도가니에 넣어 1000℃에서 2시간 동안 하소하였다.
77%의 중량감소가 나타났다. 소결온도 및 조성변화에 따른 결정구조의 변화 및 고용체 형성 과정을 관찰하고자 X-선 회절분석을 하였다. X-선은 CuKa i(λ =1.
04SrTi03를 1325℃에서 소결한 시편의 EDS 분석결과 이다. 시료는 정밀도를 높이기 위해 카본 코팅이나 골드코팅을 거치지 않고 wet mode 상태에서 측정하였다. EDS 사진에서 1과 2는 SrTiCh를 나타내었다.
일반소성법을 이용하여 SrTiO₃를 MgTiCh에 첨가한 세라믹스의 마이크로파 유전특성을 조사하여 다음과 같은 결론을 얻었다.
로 하였다. 주사전자현미경을 이용하여 결정립의 형태, 결정립계, 기공등의 미세구조를 고찰하였으며, 소결 성의 향상 및 정량분석을 알아보기 위해 EDS를 이용하였다. 마이크로파 유전특성은 Hacki 와 Coleman 에 의해 제시되고 Kobayashi둥이 보정한 유전체 공진기법을 이용하여 Network Analyzer(HP8757D)로 측정하였다.

대상 데이터

본 연구에서는 출발원료로 MgO(98%), TiOX99%), SrCO₃(98+%)를 사용하여 (l-QMgTKkxSrTiCb (x=0.03~ 0.04)세라믹스를 일반 소성법으로 제작하였다. 먼저 MgO, S1CO₃와 TiQz를 조성식에 따라 평량한 후, 아세톤을 분산 매로 지르코니아볼로 24시간 동안 각각 혼합분쇄하였다.

이론/모형

주사전자현미경을 이용하여 결정립의 형태, 결정립계, 기공등의 미세구조를 고찰하였으며, 소결 성의 향상 및 정량분석을 알아보기 위해 EDS를 이용하였다. 마이크로파 유전특성은 Hacki 와 Coleman 에 의해 제시되고 Kobayashi둥이 보정한 유전체 공진기법을 이용하여 Network Analyzer(HP8757D)로 측정하였다.⑻, [9]

성능/효과

회절모양이다. 모든 조성에서 중간상 및 이차상이 거의 없었으며, 32.8* 부근의 MgTiOs (104)면, 32.4* 부근의 SrTiO₃ (110)면과 40.65" 부근의 MgTiCh (113)면, 39.95' SrTiOs (111)면은 하나의 피크로 합쳐져 구분이 불가능하였다. 이런 결과는 a축 5.
1. X-선 회절분석으로부터 일메나이트구조의 MgTiO₃와 페로브스카이트 구조의 SrTiO₃는 고용되지 않으며, 공존하는 것으로 나타났다.
2. SrTiO₃ 몰비의 증가에 따라 유전상수는 증가되었지만, 품질 계수는 감소하였다.
3. SrTiO₃ 몰비의 증가에 따라 공진주파수의 온도계수는 음의 방향에서 양의 방향으로 점차적으로 변했다.
4. 1325C에서 소결한 0.96MgTi03-0.04SrTi03 세라믹스의 유전 상수, 품질계수 및 공진주파수의 온도계수는 각각 20.13, 57840, +L76ppm/℃의 특성을 나타내었다.
품질계수이다. 소결온도가 증가함에 따라 품질 계수는 증가하는 경향을 나타내었으며, 1325℃에서 소결한 대부분의 시편에서 높은 품질계수를 나타내었다. 반면 SrTiO₃ 첨가량이 증가함에 따라서 품질계수는 감소하였으며, 이는 MgTiO₃ 세라믹스의 높은 품질계수(Qxf=ll_0, 000)에 비하여 낮은 품질 계수를 갖고 있는 SrTiQ? (Qxf=1400)에 의한 것으로 사료된다.
[11], [12] X-선 회절 분석 결과에서와 같이 MgTiCh와 SrTiO::는 고용을 하지 않고 각각 다른상으로 공존하기 때문에 혼합법칙이 잘 적용되는 것으로 사료된다. 특히 13251에서 소결한 시편의 전 조성에서 가장 높은 유전상수값을 나타났으며, 이는 XRD 회절 분석에서 FWHM의 폭의 감소에 의한 결정립 성장에 의한 것이며, 0.96MgTi03-0.04SrTi03 세라믹스의 경우 20.13의 높은 유전율을 나타내었다.

후속연구

이상의 결론으로부터 SrTiQj 의 첨가비를 조절함으로서 MgTiO₃ 세라믹스의 온도계수를 양으로 변화시킬수 있었으며, 유전상수, 품질계수, 온도계수특성을 고려해 볼때 위성 통신용 마이크로파 유전체 공잔기로 충분히 응용할 수 있을 것으로 생각된다.

참고문헌 (12)

N. Negas, G. Yeager, S. Bell, and R. Amren, 'Chemistry and properties of temperature compensated microwave dielectrics' NIST spec. publ. 804. in Chemistry of Electronic Ceramic Materials, pp.21, 1991
N.Ida, 'Microwave NDT', Kluwer Academic Publisher, 1990
O. Renoult et al., 'Sol-Gel Processing and Microwave Characteristics of $Ba(Mg_{1/3}Ta_{2/3})O_3$ Dielectrics', J. Am. Ceram. Soc., Vol. 75, No.12, pp.3337-3340, 1992

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V. M. Ferreira et al., 'The effect of Cr and La on MgTiO₃and MgTiO₃-CaTiO₃microwave dielectric ceramics', J. Mater. Res., Vol. 12, No.12, pp. 3293-3299, 1997
이영희 등,'소결온도와 Sr몰비에 따른 $Mg_{1-x}Sr_xTiO_3$ 세라믹스의 구조 및 마이크로파 유전특성', 대한전기학회 논문지, Vol.50, No.5, pp.226-231, 2001

원문보기 상세보기
T. Hirata, K. Ishioka, M. Kitajima, 'Vibrational Spectroscopy and X-Ray Diffraction of Perovskite Compounds $Sr_{1-x}M_xTiO_3(MCa,\;Mg;0{\le}x{\le}1)$ ', Journal of Solid State Chemistry, Vol.124, pp.353-359, 1996

상세보기
M. Furuya et al., 'Microwave Dielectric Properties for $Ba(Mg_{1/3}Ta_{2/3})O_3-A(Mg_{1/2}W_{1/2})O_3$ (ABa, Sr and Ca) Ceramics', Jpn. J .Appl. Phys., Vol.33, No.9B, pp.5482-5487, 1994

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B. W. Hakki et al., 'A Dielectric Resonator Method of Measuring Inductive Capacities in the Millimeter Range', IRE Trans. on Microwave Theory and Techniques, Vol.MTT-24, No.10, pp.402-410, 1960
Y. Kobayashi et al., 'Microwave Measurement of Dielectric Properties of Low-Loss Materials by the Dielectric Rod Resonator Method', IEEE Trans. on Microwave Theory and Techniques, Vol.MTT-33, No.7, pp.586-592, 1985
이영희 등, '소결온도에 따른 $0.9MgTiO_3-0.1SrTiO_3$ 세라믹스의 구조 및 마이크로파 유전특성', 대한전기학회논문지, Vol.49, No.5, pp.294-298, 2000

원문보기 상세보기
J. M. Wu, 'Reaction Sequence and Effect of Calcination and Sintering on Microwave Properties of $(Ba,Sr)O-Sm_2O_3-TiO_2$ Ceramics', J. Am. Ceram. Soc., Vol.73, No.6, pp1599-1605, 1990

상세보기
M. Onoda, ' $Ba(Zn_{1/3}Nb_{2/3})O_3-Sr(Zn_{1/3}Nb_{2/3})O_3$ Solid Solution Ceramics with Temperature-Stable, High Dielectric Constant and Low Microwave Loss', Jpn J. Appl., Vol.21, No.12, pp.908-911, 1982

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