LaAlO3基微波介质陶瓷温频特性优化研究

作     者：范俊 

作者单位：华中科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：雷文

授予年度：2021年

学科分类：080902[工学-电路与系统] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 

主      题：LaAlO3 微波介质陶瓷 离子取代 有序度 温频特性 

摘      要：随着5G技术的快速发展,微波介质陶瓷滤波器因其具有体积小、高Q值、高功率容量等优势,被大量用于5G基站,但是高性能的陶瓷介质滤波器离不开高性能的微波介质陶瓷材料。因此开发性能优异的微波介质材料变得尤为重要。本文以LaAlO基微波介质陶瓷作为研究对象,通过传统固相法制备LaYAl O(x=0-0.2)和La Al[MgTi]O(x=0-0.2)系列陶瓷,并通过XRD、TEM、SEM、拉曼等测试手段探究了不同离子取代对La Al O陶瓷的物相组成、晶格结构、微观形貌以及谱学特性与微波介电性能的构效关系,主要结论如下:(1)当LaYAl O(x=0-0.2)的La位被Y取代时,所有成分均为稳定的菱方结构,空间群为R-3c。当x从0增加到0.1时,谐振频率温度系数从-43.0ppm/℃变为-20.7ppm/℃,随着x继续增大,谐振频率温度系数恶化。相对密度与Q×f值均先增大后减小,在x=0.05时达到最佳。τ值先向负方向减小,在x=0.1最佳,随后τ值恶化,τ值受键能的影响,提高键能有利于提高LaYAl O陶瓷的稳定性使τ值近零。最佳的综合微波介电性能为:ε=22.4、Q×f=57910GHz、τ=-27.9ppm/℃。(2)当La[Al(MgTi)]O中Al位被等价[MgTi]双离子取代时,在0≤x≤0.2范围内形成固溶体。超晶格斑点与拉曼光谱800cm波数处出现新的振动峰均表明[MgTi]离子部分取代Al可以有效提高LaAlO陶瓷的离子排列有序度,从而提高LAMT(x=0-0.2)陶瓷Q×f值。当x从0增加到0.1时,谐振频率温度系数从-43.0ppm/℃变为-33.0ppm/℃,随后谐振频率温度系数恶化。当x=0.1时,样品最佳的微波介电性能为:ε=24.9、Q×f=79956GHz、τ=-33.0ppm/℃。(3)通过设计(1-x)La[Al(MgTi)]O-x Ca Ti O(x=0.2-0.8)系列陶瓷,调节该陶瓷体系的谐振频率温度系数近零。其中谐振频率温度系数由负向正变化,在x=0.65时,τ近零。当x=0.65,具有最佳的综合微波介电性能:ε=44.6、Q×f=32057GHz、τ=+2.0ppm/℃。