JP2014144904A

JP2014144904A - ナイオベート誘電体組成物及びこれを使用するナノシート薄膜

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Publication number: JP2014144904A
Application number: JP2013081293A
Authority: JP
Inventors: Ji-Won Choi; チ−ウォン，チェ; Haena Yim; ヘナ，イム; So-Yeon Yoo; ソ−ヨン，ユ; Seong Keun Kim; グン，キムソン; Chong Yun Kang; ヨン，カンチョン; Seok Jin Yoon; チン，ユンソク; Jin Sang Kim; サン，キムチン; Seung Hyub Baek; ヒョプ，ペクスン
Original assignee: Korea Institute of Science and Technology KIST
Current assignee: Korea Institute of Science and Technology KIST
Priority date: 2013-01-29
Filing date: 2013-04-09
Publication date: 2014-08-14
Also published as: KR101398553B1

Abstract

【課題】Ｓｒで置換されたフェロブスカイト酸化物であるナイオベート誘電体組成物及びこれを使用するナノシート薄膜を提供する。
【解決手段】下記化学式１、化学式２又は化学式３で表されるナイオベート誘電体組成物及びこれを使用するナノシート薄膜を提供する。ＫＣａ_{２（１−ｘ）}Ｓｒ_２ｘＮｂ_３Ｏ_１０（化学式１）ＨＣａ_{２（１−ｘ）}Ｓｒ_２ｘＮｂ_３Ｏ_１０（化学式２）Ｃａ_{２（１−ｘ）}Ｓｒ_２ｘＮｂ_３Ｏ_１０（化学式３）（前記式中、ｘは、０＜ｘ≦１である）高い誘電定数を維持するとともに、非常に低い誘電損失を示し、かつ線形的な誘電特性を発現するため、積層セラミックキャパシタ、マイクロ波誘電体、トランジスタ用ゲート、次世代ＴＦＴの誘電膜等に使用され得る。また、ナノシートは、ナノレベルにおいても優れた誘電特性を有するため、ナノレベルの積層セラミックコンデンサにおける機能性誘電薄膜として応用され得る。
【選択図】図１

Description

本発明は、ナイオベート誘電体組成物及びこれを使用するナノシート薄膜に関し、より具体的に、Ｓｒで置換されたフェロブスカイト酸化物が高誘電率及び低誘電損失特性を有するナイオベート誘電体組成物及びこれを使用するナノシート薄膜に関する。

近年、電子機器が集積化、超小型化されるに伴い、無線電話機や移動通信端末機のデュプレクサ（Ｄｕｐｌｅｘｅｒ）及び帯域濾波器（ＢａｎｄＰａｓｓＦｉｌｔｅｒ）、共振器の必須的な部品材料、並びに積層セラミックコンデンサ（ＭＬＣＣ，ｍｕｌｔｉｌａｙｅｒｃｅｒａｍｉｃｃａｐａｃｉｔｏｒ）として用いられる高誘電率誘電体材料が要求されている。とりわけ、ＭＬＣＣの場合、小型でありながらも大容量を発現することができる強みを前面に出して、固定コンデンサ市場の７５％以上を占めている。しかし、セラミックコンデンサの静電容量範囲は比較的低容量領域に限定されているため、誘電体の高誘電率化とともに、広い範囲の周波数領域で使用可能な材料が要求されている。また、スマートフォンや自動車の場合、ブルートゥース、ＤＭＢ機能等の高付加価値機能が搭載されており、高性能の半導体素子が多く使用されて電力の消耗が増加し、それによってより多くの小型の大容量ＭＬＣＣの使用を必要とする。次世代デバイスに適合した大容量ＭＬＣＣを具現するためには、誘電体の容量を決定する内部電極の面積を広げ、電極と誘電体の厚さを減らさなければならない。現在、ＭＬＣＣの誘電体材料としては、高い誘電定数を有するＢａＴｉＯ_３（ＢＴＯ，ε_ｒ≒２００）などのチタニウム酸化物が主に使用されている。しかし、ＢＴＯのようなチタニウム酸化物誘電体物質の場合、薄膜作製後、熱処理工程の際に、基板界面の劣化や組成のずれという問題だけでなく、周波数によって非線形的な誘電特性（ｎｏｎ‐ｌｉｎｅａｒｅｌｅｃｔｒｉｃｐｒｏｐｅｒｔｙ，ΔＣ／Ｃ_０）を引き起こし、かつ高い誘電損失を示し、誘電体層が１〜３μｍ程度にまで薄層化されると、絶縁性や高温負荷時の耐久性が悪化して信頼性の低下を招くことになるため、これらの材料の場合には、高容量化を目標とするナノ厚レベルのＭＬＣＣへの適用が難しい。

また、小さなサイズで高い容量を具現するためには、層の厚みの減少と出発原料の微粒化が必須的である。しかしながら、既存の誘電体材料を合成する固相合成法とＭＬＣＣを作製する厚膜法を通じては、これ以上ＭＬＣＣのサイズを減少させるのに限界がある。したがって、次世代デバイスへの適用が可能な高容量のＭＬＣＣの具現のためには、ナノ厚レベルの薄膜においても線形的かつ優れた特性を有する誘電体物質の研究開発だけでなく、ナノサイズの薄膜を作製することができる新たな製造法の開発の必要性が台頭している。

大韓民国特許公開第１０‐２０１０‐００１４２３２号

前記のような問題点を解決するために、本発明は、ＳｒがＣａ位置に置換されて化学式ＫＣａ_{２（１−ｘ）}Ｓｒ_２ｘＮｂ_３Ｏ_１０（ｘは、０＜ｘ≦１）で表される誘電体組成物と、前記組成物においてＫ^＋イオンがＨ^＋イオンでカチオン置換された化学式ＨＣａ_{２（１−ｘ）}Ｓｒ_２ｘＮｂ_３Ｏ_１０（ｘは、０＜ｘ≦１）で表される、高誘電率の誘電定数を有しながらも、誘電損失は低くかつ線形的な誘電特性を有する誘電体組成物及びこれを使用するナノシート薄膜を提供することをその目的とする。

前記のような目的を解決するために、本発明は、下記化学式１で表されるナイオベート誘電体組成物を提供する。

ＫＣａ_{２（１−ｘ）}Ｓｒ_２ｘＮｂ_３Ｏ_１０（化学式１）
（前記式中、ｘは、０＜ｘ≦１である）
また、本発明は、前記化学式１で表される誘電体組成物のＫ^＋イオンがＨ^＋イオンでカチオン置換された、下記化学式２で表されるナイオベート誘電体組成物を提供する。

ＨＣａ_{２（１−ｘ）}Ｓｒ_２ｘＮｂ_３Ｏ_１０（化学式２）
（前記式中、ｘは、０＜ｘ≦１である）
また、本発明は、前記化学式２で表される誘電体組成物のＨ^＋イオンが脱落した、下記化学式３で表されるナノシート型ナイオベート誘電体組成物を提供する。

Ｃａ_{２（１−ｘ）}Ｓｒ_２ｘＮｂ_３Ｏ_１０（化学式３）
（前記式中、ｘは、０＜ｘ≦１である）
本発明の一実施例において、前記ｘは、０＜ｘ≦０．８であってよい。

本発明の一実施例において、前記誘電体組成物は、線型的誘電特性を有するものであってよい。

また、本発明は、カリウム化合物、カルシウム化合物、ニオビウム酸化物及びストロンチウム化合物を混合及びか焼して、下記化学式１で表される誘電体組成物を製造するステップ；を含むナイオベート誘電体組成物の製造方法を提供する。

ＫＣａ_{２（１−ｘ）}Ｓｒ_２ｘＮｂ_３Ｏ_１０（化学式１）
（前記式中、ｘは、０＜ｘ≦１である）
また、本発明は、カリウム化合物、カルシウム化合物、ニオビウム酸化物及びストロンチウム化合物を混合及びか焼して、下記化学式１で表される誘電体組成物を製造するステップ；及び
ＫＣａ_{２（１−ｘ）}Ｓｒ_２ｘＮｂ_３Ｏ_１０（化学式１）
（前記式中、ｘは、０＜ｘ≦１である）
前記化学式１で表される誘電体組成物を酸性溶液に攪拌してＫ^＋イオンをＨ^＋イオンでカチオン置換させて、下記化学式２で表される誘電体組成物を製造するステップ；を含んでよい。

ＨＣａ_{２（１−ｘ）}Ｓｒ_２ｘＮｂ_３Ｏ_１０（化学式２）
（前記式中、ｘは、０＜ｘ≦１である）
また、本発明は、カリウム化合物、カルシウム化合物、ニオビウム酸化物及びストロンチウム化合物を混合及びか焼して、下記化学式１で表される誘電体組成物を製造するステップ；
ＫＣａ_{２（１−ｘ）}Ｓｒ_２ｘＮｂ_３Ｏ_１０（化学式１）
（前記式中、ｘは、０＜ｘ≦１である）
前記化学式１で表される誘電体組成物を酸性溶液に攪拌してＫ^＋イオンをＨ^＋イオンでカチオン置換させて、下記化学式２で表される誘電体組成物を製造するステップ；及び
ＨＣａ_{２（１−ｘ）}Ｓｒ_２ｘＮｂ_３Ｏ_１０（化学式２）
（前記式中、ｘは、０＜ｘ≦１である）
前記化学式２で表される誘電体組成物を水酸化物溶液に攪拌して、下記化学式３で表されるナノシート型誘電体組成物を製造するステップ；を含んでよい。

Ｃａ_{２（１−ｘ）}Ｓｒ_２ｘＮｂ_３Ｏ_１０（化学式３）
（前記式中、ｘは、０＜ｘ≦１である）
また、本発明は、前記製造方法によって製造された化学式３で表されるナノシート型誘電体組成物を利用したナノシート薄膜を提供する。

本発明のナイオベート誘電体組成物によれば、高い誘電定数を維持するとともに、非常に低い誘電損失を示し、かつ線形的な誘電特性を発現するため、積層セラミックキャパシタ、マイクロ波誘電体、トランジスタ用ゲート、次世代ＴＦＴの誘電膜等に使用され得る。また、本発明に係るナノシートは、ナノレベルにおいても優れた誘電特性を有するため、ナノレベルのＭＬＣＣにおける機能性誘電薄膜として応用され得る。

本発明の一実施例に係る（ａ）ＫＣａ_{２（１−ｘ）}Ｓｒ_２ｘＮｂ_３Ｏ_１０、及び（ｂ）ＨＣａ_{２（１−ｘ）}Ｓｒ_２ｘＮｂ_３Ｏ_１０（ｘは、０＜ｘ≦１）誘電体組成物のＸ線回折スペクトルを示したグラフである。本発明の一実施例に係る（ａ，ｂ）ＫＣａ_{２（１−ｘ）}Ｓｒ_２ｘＮｂ_３Ｏ_１０、及び（c，d）［Ｈ］Ｃａ_{２（１−ｘ）}Ｓｒ_２ｘＮｂ_３Ｏ_１０誘電体組成物の誘電定数及び誘電損失を示したグラフである。本発明の一実施例に係る（ａ）ＫＣａ_{２（１−ｘ）}Ｓｒ_２ｘＮｂ_３Ｏ_１０、及び（ｂ）ＨＣａ_{２（１−ｘ）}Ｓｒ_２ｘＮｂ_３Ｏ_１０誘電体組成物の走査電子顕微鏡写真である。本発明の一実施例に係るＣａ_{２（１−ｘ）}Ｓｒ_２ｘＮｂ_３Ｏ_１０誘電体組成物の透過電子顕微鏡写真である。

以下においては、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者が本発明を容易に実施することができるようにするために、本発明の好ましい実施例について詳細に説明することとする。

本発明は、下記化学式１で表されるナイオベート誘電体組成物を提供する。

ＫＣａ_{２（１−ｘ）}Ｓｒ_２ｘＮｂ_３Ｏ_１０（化学式１）
（前記式中、ｘは、０＜ｘ≦１である）
前記化学式１で表されるナイオベート誘電体組成物は、カリウム化合物、カルシウム化合物、ニオビウム酸化物及びストロンチウム化合物を混合及びか焼して製造してよい。前記カリウム化合物、カルシウム化合物、ニオビウム酸化物及びストロンチウム化合物は、純度９９％以上であることが好ましく、前記カリウム化合物、カルシウム化合物及びストロンチウム化合物は、特に限定されるものではないが、それぞれ炭酸カリウム、炭酸カルシウム及び炭酸ストロンチウムであってよい。

具体的に、炭酸カリウム（Ｋ_２ＣＯ_３）、炭酸カルシウム（ＣａＣＯ_３）、ニオビウム酸化物（Ｎｂ_２Ｏ_４）及び炭酸ストロンチウム（ＳｒＣＯ_３）を、前記化学式１を満足する組成比によって秤量した後、アルコール、好ましくはエタノールを溶媒としてボールミル工程を使用して湿式混合した後、約１００℃のオーブンで乾燥した後、１０００〜１４００℃で７〜１３時間か焼して収得してよい。

合成された前記化学式１のＫＣａ_{２（１−ｘ）}Ｓｒ_２ｘＮｂ_３Ｏ_１０ので表されるナイオベート誘電体組成物は、ＫＣａ_２Ｎｂ_３Ｏ_１０のＣａ位置に、Ｃａよりも双極子分極（ｓｔａｔｉｃｄｉｐｏｌｅｐｏｌａｒｉｚａｂｉｌｉｔｙ）に優れたＳｒが一定の組成比で置換された形態である。前記化学式１で表されるナイオベート誘電体組成物は、特定組成比のＳｒの含有により高い誘電特性、高誘電率を有する。とりわけ、Ｃａよりも双極子分極（Ｓｔａｔｉｃｄｉｐｏｌｅｐｏｌａｒｉｚａｂｉｌｉｔｙ）に優れたＳｒで置換されたことを根拠として、本発明に係る化学式１で表される誘電体組成物の誘電特性は、Ｓｒの組成比が大きいほど増加する傾向を示し得る。

本発明の化学式１で表される誘電体組成物において、Ｓｒの組成比は、ｘが０＜ｘ≦１であってよく、好ましくは０＜ｘ≦０．８、さらに好ましくは０．４≦ｘ≦０．８、最も好ましくはｘ＝０．８であってよい。

また、本発明は、前記化学式１で表される誘電体組成物のＫ^＋イオンがＨ^＋イオンでカチオン置換された、下記化学式２で表されるナイオベート誘電体組成物を提供する。

ＨＣａ_{２（１−ｘ）}Ｓｒ_２ｘＮｂ_３Ｏ_１０（化学式２）
（前記式中、ｘは、０＜ｘ≦１である）
前記化学式２で表されるナイオベート誘電体組成物は、前記化学式１で表される誘電体組成物を酸性溶液に攪拌して、Ｋ^＋イオンをＨ^＋イオンでカチオン置換させて製造してよい。前記化学式１で表される誘電体組成物を酸性溶液と撹拌すると、Ｋ^＋イオンがＨ^＋イオンで置換されて、前記化学式２で表される誘電体組成物を収得することができる。

前記酸性溶液は、特に限定されるものではなく、たとえば、ＨＮＯ_３、ＨＣｌ、Ｈ_２ＳＯ_４等を使用してよい。

合成された前記化学式２で表されるＨＣａ_{２（１−ｘ）}Ｓｒ_２ｘＮｂ_３Ｏ_１０のナイオベート誘電体組成物は、高誘電率、低誘電損失だけでなく、広い周波数領域における線形的誘電特性を有する。すなわち、本発明に係る化学式２で表されるＨＣａ_{２（１−ｘ）}Ｓｒ_２ｘＮｂ_３Ｏ_１０のナイオベート誘電体組成物は、多様な範囲の周波数領域においてもキャパシタンスの変化がほとんどなく、薄い厚さにおいても電子トンネリングを防止することのできる高誘電率を維持するとともに、誘電損失は非常に低い特性を特徴とする。したがって、本発明によって製造された化学式２で表される誘電体組成物は、あらゆる周波数の範囲において類似な誘電率を示すため、積層セラミックキャパシタ、マイクロ波誘電体、次世代ＤＲＡＭキャパシタ等といった機能性誘電物質として安定的に応用製品を生産することができる。特に、剥離以前のバルク状態においても優れた誘電率を有する特徴があるため、マイクロ波誘電体への適用が可能である。

本発明の化学式２で表される誘電体組成物において、Ｓｒの組成比は、ｘが０＜ｘ≦１であってよく、好ましくは０＜ｘ≦０．８、さらに好ましくは０．４≦ｘ≦０．８、最も好ましくはｘ＝０．８であってよい。ｘが約０．８である場合、誘電特性の線型性において最も優れた性質を示す。

また、本発明は、前記化学式２で表される誘電体組成物のＨ^＋イオンが脱落した、下記化学式３で表されるナノシート型ナイオベート誘電体組成物を提供する。

Ｃａ_{２（１−ｘ）}Ｓｒ_２ｘＮｂ_３Ｏ_１０（化学式３）
（前記式中、ｘは、０＜ｘ≦１である）
前記化学式３で表されるナイオベート誘電体組成物は、前記化学式２で表される誘電体組成物を水酸化物溶液で攪拌して製造してよい。

前記水酸化物溶液は、特に限定されるものではないが、テトラブチルアンモニウム水酸化物（ＴＢＡＯＨ）を使用してよい。好ましくは、Ｈ^＋：ＴＢＡ^＋＝１：４のモル比でテトラブチルアンモニウム水酸化物を添加して、室温で７日間撹拌反応させるものであってよい。

前記化学式２のＨＣａ_{２（１−ｘ）}Ｓｒ_２ｘＮｂ_３Ｏ_１０で表される誘電体組成物を水酸化物溶液で撹拌すると、フェロブスカイト層の間に存在する水素イオンが脱落してコロイド化が進行し、その結果生成される化学式３のＣａ_{２（１−ｘ）}Ｓｒ_２ｘＮｂ_３Ｏ_１０で表される誘電体組成物をシート形態に一切れずつ剥離されて分散されたナノシートゾル溶液が得られる。

すなわち、前記化学式３で表される誘電体組成物は、ナノ厚レベルのシート形態で製造され、かかるナノ厚レベルにおいても高誘電率及び低誘電損失を示す。また、線型的誘電特性を有する。

本発明の化学式３で表される誘電体組成物において、Ｓｒの組成比は、ｘが０＜ｘ≦１であってよく、好ましくは０＜ｘ≦０．８、さらに好ましくは０．４≦ｘ≦０．８、最も好ましくはｘ＝０．８であってよい。

したがって、前記化学式３で表されるナノシート型誘電体組成物含有ゾル溶液を利用して、ナノシート薄膜を作製することができる。ナノシート薄膜の製造は、公知の方法であれば特に限定されず、電気泳動法又はラングミュア‐ブロジェット法を通じてよい。製造されたナノシート薄膜は、ＵＶ処理を通じたナノシートの光触媒反応により有機ポリマーを除去してよい。

かかる本発明によって製造されたナノシート型誘電体組成物を利用したナノシート薄膜は、ナノレベルの薄膜でありながらも、印加される周波数によってキャパシタンス（ｃａｐａｃｉｔａｎｃｅ）の変化がほとんどない高誘電率の誘電定数を維持し、誘電損失は非常に低く、かつ線型的誘電特性を有するため、誘電体素子等に適用され得る。

以下の実施を通じて、本発明は、さらに詳細に説明される。ただし、実施例は、本発明を例示するためのものであって、これらのみによって本発明の範囲が限定されるものではない。

［実施例１］ＫＣａ_{２（１−ｘ）}Ｓｒ_２ｘＮｂ_３Ｏ_１０の合成
誘電体セラミック材料を合成するための開始物質として、純度９９％以上のＫ_２ＣＯ_３、ＣａＣＯ_３、Ｎｂ_２Ｏ_５、及びＳｒＣＯ_３を準備した。次に、一般式ＫＣａ_{２（１−ｘ）}Ｓｒ_２ｘＮｂ_３Ｏ_１０（以下、ＫＣＳＮＯ）を満足する組成比（それぞれ、ｘ＝０，０．２，０．４，０．６，０．８，１）によって各物質を秤量した後、エタノールを溶媒として、ジルコニアボールとともに混ぜてボールミル工程を使用して、２４時間、湿式混合した。その後、１００℃のオーブンでエタノールをすべて乾燥した後、乾式粉砕し、粉砕された物質を１２００℃で１０時間か焼してＫＣＳＮＯを得た。

［実施例２］
２‐１．ＨＣａ_{２（１−ｘ）}Ｓｒ_２ｘＮｂ_３Ｏ_１０の合成
前記実施例１で合成されたＫＣＳＮＯ（ｘ＝０，０．２，０．４，０．６）粉末を５ＭのＨＮＯ_３溶液に、ＫＣＳＮＯ（ｘ＝０．８，１）粉末を７ＭのＨＮＯ_３溶液に４日間、磁気攪拌機を利用して攪拌して、Ｋ^＋イオンをＨ^＋イオンで置換させた。

次に、置換が終わった溶液は、遠心分離器を利用して蒸留水で数回洗浄した。洗浄する間、ｐＨメーターを利用して溶液のｐＨ濃度が中性に近づいたかを確認した後、５０℃で２４時間乾燥して、ＨＣａ_{２（１−ｘ）}Ｓｒ_２ｘＮｂ_３Ｏ_１０（以下、ＨＣＳＮＯ）を得ることができた。

２‐２．酸性溶液の種類による誘電特性
前記実施例２‐１と同一の方法に従うが、酸溶液を、下記表１に列挙した種類及び濃度を使用してＨＣＳＮＯを製造した。その結果測定される誘電定数及び誘電損失を、下記表１に示した。

前記表１から見られるように、合成したＫＳｒ_２Ｎｂ_３Ｏ_１０を多様な条件の酸性溶液で置換したＨＳｒ_２Ｎｂ_３Ｏ_１０は、酸の種類によって異なる誘電特性を有することを確認することができた。

［実施例３］ナノシートの製造
前記実施例２‐１で得られたＨＣＳＮＯ組成物を利用して、Ｈ^＋：ＴＢＡ^＋＝１：４のモル比でテトラブチルアンモニウム水酸化物を添加して、室温で７日間撹拌反応させて、化学式Ｃａ_{２（１−ｘ）}Ｓｒ_２ｘＮｂ_３Ｏ_１０で表されるフェロブスカイトナノシートが分散された不透明のゾル溶液を作製した。

続いて、得られたナノシートコロイドゾル溶液を、ＬＢトラフに満たされた超純水に分散させた。前記分散溶液を展開後、水面の安定及び下層液の温度が一定になることを目的に、３０分間の安定化時間を置いた後、Ａｕ，Ｐｔ，ＩＴＯ，ＳＲＯ等、準備した基板を利用して垂直又は水平下降させ、バリアは、両側で表面圧力を維持させる分だけ０．５ｍｍ／ｓｅｃの速度で圧縮して、基板表面へ単層膜を基板上に転移させた。かかる方法を数回繰り返して、所望する層数を有するフェロブスカイトナノシート薄膜を作製し、製造された薄膜は、オーブン（Ｏｖｅｎ）で１時間乾燥され、最後に、ＵＶ処理を通じた光触媒反応により有機ポリマーが除去された。

［実験例１］
前記実施例１で得られたＫＣＳＮＯ組成物及び前記実施例２‐１で得られたＨＣＳＮＯ組成物を、１００ｋｇｆ／ｃｍ^２の圧力で、直径１２ｍｍ、高さ０．５〜１ｍｍのペレットに成形して、１３００℃の空気雰囲気下で焼結（ｓｉｎｔｅｒｉｎｇ）した。焼結されたペレット形態のセラミック誘電体の誘電特性を測定するために、両端面に導電性ペーストを塗布してベーキング処理を施した。このように準備された焼結試片を対象に、ＡｇｉｌｅｎｔＴｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ社のＩｍｐｅｄａｎｃｅＡｎａｌｙｚｅｒで測定した。Ｘ線回折スペクトル、誘電定数及び誘電損失の測定、並びに走査電子顕微鏡写真撮影を実施し、その結果を、それぞれ図１〜図３に示した。

図１は、Ｘ線回折スペクトルを模式的に示した図面であり、横軸は２ｔｈｅｔａ、縦軸は回折ピークの強度を示す。イオン半径の大きいＳｒが置換されるほど、Ｘ線回折スペクトルは低角で移動することを確認し、Ｓｒが固溶されても層状フェロブスカイト構造を有していることを確認した。

図２に、本発明に係る誘電体組成物の誘電定数と誘電損失を示した。図２に示された結果によると、実施例１（ＫＣａ_{２（１−ｘ）}Ｓｒ_２ｘＮｂ_３Ｏ_１０）に関する場合、Ｓｒが置換されるほど優れた誘電定数値を示すが、周波数が増加するにつれて、急激に減少する様相を示して非線形特性を有するということが分かった。ここで、Ｋ^＋イオンをＨ^＋イオンで置換して化学式ＨＣａ_{２（１−ｘ）}Ｓｒ_２ｘＮｂ_３Ｏ_１０を満足するセラミック誘電体を作製した実施例２‐１の場合、ｘが０から１まで増加するにつれて、誘電定数は２３．５から５６００へと増加し、誘電損失は０．０００６から０．０５２７へと増加した。ＨＳｒＮｂ_３Ｏ_１０の場合、誘電率に優れるものの高誘電損失の値を示し、ＨＣａ_０．４Ｓｒ_１．６Ｎｂ_３Ｏ_１０の場合は、４００の優れた誘電率と０．０３１８の若干低い誘電損失特性を有するものと確認された。したがって、ＫＣＮＯにＳｒを添加してＨ^＋イオン置換による線形的誘電特性への転換のためには、Ｓｒの添加量がｘ＝０．８である場合、最も優れた誘電率と低い誘電損失をいずれも満足することができる。

図３は、実施例１及び実施例２‐１の走査電子顕微鏡写真を示したものであり、フェロブスカイト層間のイオン交換が十分に行われたことを確認することができた。

［実験例２］
前記実施例３で得られたＣａ_{２（１−ｘ）}Ｓｒ_２ｘＮｂ_３Ｏ_１０ナノシートにて、透過型電子顕微鏡写真を撮影した。その結果を図４に示した。

図４は、ナノシートが分散されたＣａ_{２（１−ｘ）}Ｓｒ_２ｘＮｂ_３Ｏ_１０（ｘ＝１）ゾル溶液の透過電子顕微鏡写真であり、これを通じ、フェロブスカイト層が一層ずつ剥離されることを確認することができた。

Claims

下記化学式１で表されるナイオベート誘電体組成物。
ＫＣａ_{２（１−ｘ）}Ｓｒ_２ｘＮｂ_３Ｏ_１０（化学式１）
（前記式中、ｘは、０＜ｘ≦１である）
請求項１に記載の誘電体組成物のＫ^＋イオンがＨ^＋イオンでカチオン置換された、下記化学式２で表されるナイオベート誘電体組成物。
ＨＣａ_{２（１−ｘ）}Ｓｒ_２ｘＮｂ_３Ｏ_１０（化学式２）
（前記式中、ｘは、０＜ｘ≦１である）
請求項２に記載の誘電体組成物のＨ^＋イオンが脱落した、下記化学式３で表されるナノシート型ナイオベート誘電体組成物。
Ｃａ_{２（１−ｘ）}Ｓｒ_２ｘＮｂ_３Ｏ_１０（化学式３）
（前記式中、ｘは、０＜ｘ≦１である）
前記ｘは、０＜ｘ≦０．８である、請求項１〜３のいずれか一項に記載のナイオベート誘電体組成物。
前記誘電体組成物は、線型的誘電特性を有するものである、請求項２又は３に記載のナイオベート誘電体組成物。
カリウム化合物、カルシウム化合物、ニオビウム酸化物及びストロンチウム化合物を混合及びか焼して、下記化学式１で表される誘電体組成物を製造するステップ；を含むナイオベート誘電体組成物の製造方法。
ＫＣａ_{２（１−ｘ）}Ｓｒ_２ｘＮｂ_３Ｏ_１０（化学式１）
（前記式中、ｘは、０＜ｘ≦１である）
カリウム化合物、カルシウム化合物、ニオビウム酸化物及びストロンチウム化合物を混合及びか焼して、下記化学式１で表される誘電体組成物を製造するステップ；及び
ＫＣａ_{２（１−ｘ）}Ｓｒ_２ｘＮｂ_３Ｏ_１０（化学式１）
（前記式中、ｘは、０＜ｘ≦１である）
前記化学式１で表される誘電体組成物を酸性溶液に攪拌してＫ^＋イオンをＨ^＋イオンでカチオン置換させて、下記化学式２で表される誘電体組成物を製造するステップ；を含むナイオベート誘電体組成物の製造方法。
ＨＣａ_{２（１−ｘ）}Ｓｒ_２ｘＮｂ_３Ｏ_１０（化学式２）
（前記式中、ｘは、０＜ｘ≦１である）
カリウム化合物、カルシウム化合物、ニオビウム酸化物及びストロンチウム化合物を混合及びか焼して、下記化学式１で表される誘電体組成物を製造するステップ；
ＫＣａ_{２（１−ｘ）}Ｓｒ_２ｘＮｂ_３Ｏ_１０（化学式１）
（前記式中、ｘは、０＜ｘ≦１である）
前記化学式１で表される誘電体組成物を酸性溶液に攪拌してＫ^＋イオンをＨ^＋イオンでカチオン置換させて、下記化学式２で表される誘電体組成物を製造するステップ；及び
ＨＣａ_{２（１−ｘ）}Ｓｒ_２ｘＮｂ_３Ｏ_１０（化学式２）
（前記式中、ｘは、０＜ｘ≦１である）
前記化学式２で表される誘電体組成物を水酸化物溶液で攪拌して、下記化学式３で表されるナノシート型誘電体組成物を製造するステップ；を含むナイオベート誘電体組成物の製造方法。
Ｃａ_{２（１−ｘ）}Ｓｒ_２ｘＮｂ_３Ｏ_１０（化学式３）
（前記式中、ｘは、０＜ｘ≦１である）
前記ｘは、０＜ｘ≦０．８である、請求項６〜８のいずれか一項に記載のナイオベート誘電体組成物の製造方法。
前記誘電体組成物は、線型的誘電特性を有するものである、請求項７又は８に記載のナイオベート誘電体組成物の製造方法。
請求項８に記載の製造方法により製造された化学式３で表されるナノシート型誘電体組成物を利用したナノシート薄膜。