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微波工程/期中報告
論文研討:
林水木,翁敏航, “xLaAlO3-(1-x)CaTiO3添加燒結促進劑
PBS、B2O3、CuO之微結構與介電特性研究 “ ,
中華民國九十五年七月
報告人:
碩電子工程 MA030222 黃世豪
摘要
 討論方向:
x LaAlO3-(1-x)CaTiO3添加燒結促進劑 PBS、B2O3、CuO之微
結構與其微波介電特性
 研究目的:
本論文是以鈣鈦礦結構(Perovskite Structure)的 LaAlO3 為主
體，分析在不同的各與微條件下燒結之樣品，探討並驗證
燒結促進劑對材料結構波特性之影響。
微波介電陶瓷
LaAlO3是一個相當具有潛力的微波介電材料
介電常數 23，Q×f 值65000 (GHz)
頻率溫度係數為負(τf= - 44 ppm/℃)
高燒結溫度1550℃~1650℃
，CaTiO3 之頻率溫度係數為正(τf= + 800 ppm/℃)
林水木 ,翁敏航
機械工程系
國科會科學技術資料2006年7月論文集
介電微波材料
林水木 ,翁敏航
機械工程系
國科會科學技術資料2006年7月論文集
陶瓷體微波介電特性
介電性與TiO2 含量的關係
林水木 ,翁敏航
機械工程系
ZrxTiySnzO4 微波特性與組成關係
國科會科學技術資料2006年7月論文集
BaO-TiO2 之相圖
林水木 ,翁敏航
機械工程系
國科會科學技術資料2006年7月論文集
說明
BaO~TiO2~三價稀土氧化系
列:
具有鈣鈦礦結構之複合氧
化物系列:
BaO-TiO2 系列加入三價稀土氧化
物，如 La2O3、Nd2O3、Sm2O3
等，可得到特性優良可做介電諧
振器的陶瓷體,較高的介電常數
（εr 值＝ 75 ~ 95）可以使用在行
動電話內的小型濾波器。
鈣鈦礦結構種類繁多且組成可做
多樣性的變化，是目前使用最廣
的系統,可分三大類：
第一類為 A( 2 5 )1/3 2/3 B +B + O3
第二類為通常為稀土類離子，需
要較高的燒結溫度及燒結時間。
第三類為上述兩類型材料本身所
形成的混合體或相互所形成的混
合體，這些組合的特性隨兩成份
的比值和燒結條件而變化。
鈣鈦礦(Perovskite Structure)之結構
林水木 ,翁敏航
機械工程系
國科會科學技術資料2006年7月論文集
LaAlO3介紹
Lanthanum aluminate（LaAlO3）屬稀土元素,在XRD繞射分析
圖上20°~60°的繞射範圍出現六根很明顯的尖峰強度
，但在XRD圖上亦可發現繞射有分岔的情形，表LaAlO3非一簡
單立方晶體（Sample Cubic）的鈣鈦礦（ABO3）。
經分析 LaAlO3為一菱形六面體（Rhombohedral，S.G.：R3m
（166），由JCPDS：85-1071 可知晶格常數(Lattice constant)：
a=b= 5.357 Å ，α=60.100°，密度=6.52 g/cm3），可歸屬六方晶
格（Hexagonal）
LaAlO3介紹
LaAlO3 菱形六面體對立方鈣鈦礦結構
之示意圖
菱形六面體與六方晶體相對之示意圖
CaTiO3介紹
Calcium titanate (CaTiO3)在XRD 繞射分析圖上20°~60°的
繞射範圍出現六根很明顯的尖峰強度，為一鈣鈦礦結構
（ABO3），常見的CaTiO3合成方法為TiO2 和CaCO3 或
CaO 的固態反應燒結，燒結溫度約1200℃~1350℃[18.19]，
CaTiO3 應用於微波頻段的電特性
林水木 ,翁敏航
機械工程系
國科會科學技術資料2006年7月論文集
介電共振器(Dielectric Resonator；DR)之介紹
1939年，陶瓷介電材料首度被應用在電容器外的高頻元
件,電磁學理論：電磁波由一介質入射至介電常數不同
的另一介質時，會因介電常數的改變而發生部份反射
和部份穿透的情形，陶瓷體受到電磁波之激勵時，由
於它本身之介電常數已高於四周之介質，大部份入射
到陶瓷體內部之電磁波在傳播到介面時反射回來,介電
共振器就是利用此原理而發展出來的。
電磁波由介質 A (ε1,μ1) 入射到介質
術資料2006年7月論文集
電磁波發生全反射之情形
林水木 ,翁敏航
機械工程系
國科會科學技術資料2006年7月論文集
B (ε2,μ2)
林水木 ,翁敏航
機械工程系
國科會科學技術資料2006年7月論文集
一般電磁波儲存於圓柱型介電共振器有三種模式：
 (1) 橫向電場模式（TE mode）
 (2) 橫向磁場模式（TH mode）
 (3) 混合式磁電場模式（HEM mode）
量測時常用的模態為 TE10δ mode，因其最易與其他模態
區隔，且儲存能量非常高,當介電常數到達 40時，TE01δ
mode 可使介電共振器儲存 95% 之電能與超過60% 磁能。
TE mode 電場分佈
TE MODE磁場分佈
TM10δ mode 電場分佈
林水木 ,翁敏航
TM10δ mode 磁場分佈
機械工程系
國科會科學技術資料2006年7月論文集
結論
對添加三種液相燒結促進劑整理如下：
添加 PBS玻料來說，就整體xLaAlO3-(1-x)CaTiO3系統降低燒結溫度效果
不佳（約100℃），密度增加有其極限存在,影響介電常數及品質因素
（Q×f）值的表現
添加1wt% B2O3來說，將其高燒結溫度降低至1350℃(約250℃，依特性最
佳點)，相對密度79%，其最高的Q×f 值約10000（GHz），介電常數（εr）
約18，共振頻率溫度係數(τf)約10 ppm/℃。
參考 文 獻
 S.B. Chan,“Microwave Bandpass Filters Contain High Q
DielectricResonator,” IEEE Trans.on MTT,p.218-227,1968.
 S.Y. Cho,“Microwave Dielectric Properties and Application of
Rare-earth Aluminates,” J. Mater. Res., Vol.14.No.1,p.114,1999.
 王惠傑、張鳴助，”微波陶瓷介電共振器材料”，材料與社
會，第65 期（民國81 年5 月）.
 鄭景太, “淺談高頻低損失介電材料“,工業材料, 176 期90 年
8月
看法分析
陶瓷在不同燒結促進劑添加及不同燒結溫度下之頻率溫度係
數分析，顯示0.5wt% B2O3 + 0.5wt% CuO 之95LACT陶瓷擁有
較佳之頻率溫度係數，原因為CuO 本身具有負的頻率飄移係
數，所以添加後，系統會更往負的趨勢，所以添加後，系統
會更往正的方向移動，而LaAlO3 與CaTiO3比例也適當，所以
會得到頻率溫度係數趨近零的系統。