JP6368751B2 - 銀置換ニオブ酸ストロンチウム誘電体組成物及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、誘電体組成物及びその製造方法に係り、より詳しくは、銀置換ニオブ酸ストロンチウム誘電体組成物及びその製造方法に関する。

近年、無線電話機や移動通信端末のデュプレクサ（Ｄｕｐｌｅｘｅｒ）、バンドパスフィルタ（Ｂａｎｄ Ｐａｓｓ Ｆｉｌｔｅｒ）、多層回路基板、マイクロ波帯の共振器やフィルタ、コンピュータ用ＤＲＡＭメモリのような電子部品、及び積層セラミックコンデンサ（ＭＬＣＣ、ｍｕｌｔｉｌａｙｅｒ ｃｅｒａｍｉｃ ｃａｐａｃｉｔｏｒ）の集積化、超小型化に伴い、その中に用いられる誘電体材料もまた、小型や高性能化が求められている。

ＭＬＣＣの場合、小型で且つ比較的大きな容量を示すことができるという長所から固定コンデンサ市場の７５％以上を占めているが、ＭＬＣＣセラミックコンデンサの静電容量の範囲は未だに低容量領域に限定されている。静電容量は、誘電率が大きいほど、また極板の面積が広いほど、また極板間の距離が狭いほど増加するようになるため、高い誘電率を持つ材料を使用するか、または極板の間の誘電体をより薄型化する必要がある。しかしながら、誘電体を薄型化すれば損失値が増大してしまうことから、ある程度の損失値を持つ範囲内でも優れた誘電率を示し且つ広い範囲の周波数領域で使用可能な材料が要求される。

また、近年、スマートフォンのような電子機器にブルートゥース（登録商標）やＤＭＢなどの種々の付加機能が搭載されていて素子の電力消耗が大きくなっており、それに伴い、より多くの小型の高容量ＭＬＣＣの使用が必須である。
次世代デバイスに適合した高容量のＭＬＣＣを実現するためには、誘電体の容量を決定する内部電極の面積を拡大し且つ電極と誘電体の厚さを低減するのが必須であるが、従来技術によれば誘電体の厚さを減らすのに大きな限界がある。

ＭＬＣＣの誘電体材料としては、高い誘電定数を有するＢａＴｉＯ_３、ＳｒＴｉＯ_３、ＣａＴｉＯ_３、またはこれらを組み合わせた組成などの酸化チタンが主に使用されている。しかし、このような酸化チタン誘電体物質の場合、球形の粒子で合成されることから、既存の誘電体膜の成膜技術では、薄膜の製作後の熱処理工程の際に基板界面の劣化、組成のずれ、粒界面を多く有するという問題によって非線形的な誘電特性（ｎｏｎ−ｌｉｎｅａｒ ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｐｒｏｐｅｒｔｙ、Ｃ／Ｃ０）を生じさせ且つ高い誘電損失を示す。

また、誘電体層が１〜３μｍ程度まで薄層化すると、絶縁性や高温負荷時の耐久性が劣化し、信頼性の低下をもたらすことになるため、これらの材料の場合は、高容量化を目標とするナノ厚さレベルのＭＬＣＣへの適用には不向きである。

さらには、既存の誘電体材料を合成する固相合成法とＭＬＣＣ構成単位を作製するスクリーン印刷方式（シートに電極ペーストを印刷して多層に積層し、切断した後に高温焼結を施す工程）を通じて薄膜化や高積層化、小型化を実現するのには限界がある。
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実現のためには、ナノ厚さレベルの薄膜でも線形的であり且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できる新規な製造法の開発の必要性が台頭している。

韓国公開特許１０−２０１０−００１４２３２号

Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ ｔｈｅ Ｅｕｒｏｐｅａｎ ｃｅｒａｍｉｃ ｓｏｃｉｅｔｙ、３３（２０１３）９０７ Ｃｅｒａｍｉｃｓ ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ、３９（２０１３）Ｓ６１１ Ｃｈｅｍ．Ｍａｔｅｒ.、１１、（１９９９）１５１９ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｌｌｏｙｓ ａｎｄ Ｃｏｍｐｏｕｎｄｓ ６２２（２０１５）３７３

そこで、本発明は前記した問題を解決するためになされたものであって、その目的は、誘電率が大きくて誘電損失は低く且つ線形的な誘電特性を有する誘電体組成物を提供することである。本発明の他の目的は、ナノレベルの薄膜でも線形的であり且つ優れた誘電率を有すると共に、絶縁特性を実現できる低温素子の作製に応用可能なナノシート形態の誘電物質を提供することである。

本発明の一実施例に係る銀置換ニオブ酸ストロンチウム誘電体組成物は、一般式ＫＳｒ_{２（１−ｘ）}Ａｇ_２ｘＮｂ_３Ｏ_１０で表され、前記ｘが０超過且つ１以下であってよい。

一実施例に係る銀置換ニオブ酸ストロンチウム誘電体組成物において、前記ＫがＨで置換され、一般式ＨＳｒ_{２（１−ｘ）}Ａｇ_２ｘＮｂ_３Ｏ_１０で表されるものであってよい。

本発明の一実施例に係る銀置換ニオブ酸ストロンチウム誘電体組成物の製造方法は、一般式ＫＳｒ_{２（１−ｘ）}Ａｇ_２ｘＮｂ_３Ｏ_１０で表され、前記ｘが０超過且つ１以下である物質を、ＨＮＯ_３、ＨＣｌ、Ｈ_２ＳＯ_４のうちの一種以上の溶液で撹拌して、一般式ＨＳｒ_{２（１−ｘ）}Ａｇ_２ｘＮｂ_３Ｏ_１０で表される誘電体組成物を獲得する段階を含む。

一実施例に係る銀置換ニオブ酸ストロンチウム誘電体組成物の製造方法において、一般式ＨＳｒ_{２（１−ｘ）}Ａｇ_２ｘＮｂ_３Ｏ_１０で表される誘電体組成物のｘが、０超過且つ１．０以下であってよい。

一実施例に係る銀置換ニオブ酸ストロンチウム誘電体組成物の製造方法において、前記一般式ＨＳｒ_{２（１−ｘ）}Ａｇ_２ｘＮｂ_３Ｏ_１０で表される誘電体組成物を乾燥させる段階及び乾燥された誘電体組成物を焼結させる段階をさらに含んでいてよい。

一実施例に係る銀置換ニオブ酸ストロンチウム誘電体組成物の製造方法において、焼結された誘電体組成物をテトラブチルアンモニウム水酸化物（ＴＢＡＯＨ）溶液中で撹拌する段階及び撹拌された溶液を基板に積層してナノシート薄膜を獲得する段階をさらに含んでいてよい。

一実施例に係る銀置換ニオブ酸ストロンチウム誘電体組成物の製造方法において、基板は、Ａｕ、Ｐｔ、ＩＴＯ、ＳＲＯ、Ｎｂ−ＳＴＯのうちの少なくとも一種を含んでいてよい。

一実施例に係る銀置換ニオブ酸ストロンチウム誘電体組成物の製造方法において、上述した製造方法に従って製造された誘電体組成物をマイクロ波誘電体またはＤＲＡＭキャパシタに適用する段階をさらに含んでいてよい。

一実施例によれば、出発粒子を球形ではないシート形態で作製する場合、粒界面を最大限に低減可能であるだけでなく、結晶質のシートを利用する場合、熱処理工程を不要とすることで基板と誘電物質間の劣化の問題を解決することができる。
高誘電率材料は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などの種々の電子機器に利用されており、実施例に従って製造された誘電体素子は薄型であって従来の材料を代替可能であり、且つ高い誘電率と良好な絶縁特性を同時に実現することから波及的な経済的効果を期待することができる。

本発明に係るＫＳｒ_{２（１−ｘ）}Ａｇ_２ｘＮｂ_３Ｏ_１０のＸ線回折分析特性を示す図である。 一実施例に係るＫＳｒ_{２（１−ｘ）}Ａｇ_２ｘＮｂ_３Ｏ_１０の走査電子顕微鏡写真である。 ＫＳｒ_{２（１−ｘ）}Ａｇ_２ｘＮｂ_３Ｏ_１０の誘電特性を測定した結果を示す図である。 ＲＡＭＡＮ分析結果を示す図である。 ＨＳｒ_{２（１−ｘ）}Ａｇ_２ｘＮｂ_３Ｏ_１０の誘電特性を測定した結果を示す図である。 第２実施例により得られたコロイドのＡＦＭ写真である。

本明細書で用いた用語は単に特定の実施例を説明するために用いられたものであって、本発明を限定しようとする意図ではない。単数の表現は、文脈上明らかに単数を意味しない限り、複数の表現を含む。本明細書において、「含む」または「有する」などの用語は、説示された特徴、数字、段階、動作、構成要素、部分品、またはそれらの組み合わせが存在することを示すためのものであって、一つまたはそれ以上の他の特徴や数字、段階、動作、構成要素、部分品、またはそれらの組み合わせなどの存在または付加の可能性をあらかじめ排除するものではないと理解されるべきである。

特に拘らない限り、技術的・科学的な用語を含めてここで用いられるすべての用語は、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者によって一般に理解できるのと同じ意味である。一般に用いられる辞典に定義済みの用語は、関連技術の文脈上持つ意味と一致する意味を有すると解釈されるべきであり、本明細書において明らかに定義していない限り、理想的か過度に形式的な意味として解釈されるものではない。図面に示された同じ図面符号は同じ部材を示す。なお、実施形態を説明するにあたって、関連する公知機能あるいは構成についての具体的な説明が本発明の要旨を不必要に曖昧にし得ると判断される場合、それについての詳細な説明は省略する。また、図面における各構成要素の大きさは説明のために誇張されることがあり、実際に適用される大きさを意味するものではない。

以下、図面を参照して本発明の実施例について詳述する。
本発明の一実施例に係る銀置換ニオブ酸ストロンチウム誘電体組成物は、一般式ＫＳｒ_{２（１−ｘ）}Ａｇ_２ｘＮｂ_３Ｏ_１０で表されるものであってよい。式中、前記ｘが０超過且つ１以下である。
例えば、純度９９％以上のＫ_２ＣＯ_３、ＳｒＣＯ_３、ＡｇＣＯ_３及びＮｂ_２Ｏ_５を用い、一般式ＫＳｒ_{２（１−ｘ）}Ａｇ_２ｘＮｂ_３Ｏ_１０（ここで、０＜ｘ≦１．０）を満たす組成比に応じて秤量した後、エタノールを溶媒としてジルコニアボールを混ぜ込んでボールミル工程にて湿式混合し、しかる後、１００℃のオーブンで乾燥してから 組成に応じて 1100 -１２００℃で仮焼して、前記一般式ＫＳｒ_{２（１−ｘ）}Ａｇ_２ｘＮｂ_３Ｏ_１０で表される誘電体物質を獲得することができる。

一実施例に係る、一般式ＫＳｒ_{２（１−ｘ）}Ａｇ_２ｘＮｂ_３Ｏ_１０（説明の便宜のために本明細書ではＫＳＡＮＯと称する）で表される誘電体物質において、Ｋ（カリウム）はＨ（水素）で置換されていてよい。その結果、一般式ＨＳｒ_{２（１−ｘ）}Ａｇ_２ｘＮｂ_３Ｏ_１０（説明の便宜のために本明細書ではＨＳＡＮＯと称する）で表される誘電体組成物が獲得できる。式中、前記ｘが０超過且つ１以下、または０超過且つ０．２以下であってよいが、本発明がこれに制限されるものではない。

一般式ＨＳｒ_{２（１−ｘ）}Ａｇ_２ｘＮｂ_３Ｏ_１０で表される誘電体組成物を獲得するために、一般式ＫＳｒ_{２（１−ｘ）}Ａｇ_２ｘＮｂ_３Ｏ_１０で表される誘電体物質を固相合成して 組成に応じて １１００-１２００℃で仮焼し、陽イオン置換工程を通じてＫ^＋イオンをＨ^＋イオンで置換して線形的誘電特性を示すＨＳｒ_{２（１−ｘ）}Ａｇ_２ｘＮｂ_３Ｏ_１０で表される誘電体組成物を獲得することができる。具体的に、ＫＳＡＮＯ粉末を７ＭのＨＮＯ_３、ＨＣｌ、Ｈ_２ＳＯ_４などの酸溶液中で３〜４日間撹拌することによって、ＫＳＡＮＯ粉末のＫ^＋イオンをＨ^＋イオンで置換することができる。置換が終わった溶液を遠心分離機を利用してＤＩ Ｗａｔｅｒで数回洗浄した後、８０℃で２４時間乾燥して、ＨＳＡＮＯを得ることができる。

ＫＳＡＮＯとＨＳＡＮＯ組成物は、１００ｋｇｆ／ｃｍ^２の圧力で径１２ｍｍ、高さ０．５〜１ｍｍのペレットに成形した後、電気炉を利用して 組成に応じて 1150 -１３００℃の空気雰囲気下で焼結（ｓｉｎｔｅｒｉｎｇ）させることができる。
前記したようなＨＳＡＮＯは、Ｈ^＋イオンがＳｒ_{２（１−ｘ）}Ａｇ_２ｘＮｂ_３Ｏ_１０層間に挿入されて層状構造を有している。ＨＳｒ_{２（１−ｘ）}Ａｇ_２ｘＮｂ_３Ｏ_１０試片をテトラブチルアンモニウム水酸化物（ＴＢＡＯＨ）溶液中で数日（例えば、１〜５日）間撹拌すればＳｒ_{２（１−ｘ）}Ａｇ_２ｘＮｂ_３Ｏ_１０層間に存在しているＨ^＋イオンをＴＢＡ^＋イオンが安定化させ、バルク試片をコロイド化することができる。これにより、Ｓｒ_{２（１−ｘ）}Ａｇ_２ｘＮｂ_３Ｏ_１０単結晶シートを１枚ずつ剥離することができる。

このようにして得られたナノシートをもってラングミュア・ブロジェット法（Ｌａｎｇｍｕｉｒ−Ｂｌｏｄｇｅｔｔ、以下、ＬＢ法）を用いてナノ単層薄膜またはナノシートが積層された多層薄膜を形成することができる。例えば、ＬＢ膜作製装置（ＬＢ ｔｒｏｕｇｈ）の水面上に剥離されたナノシートを分散する。その後、規則的なナノ構造の単層膜が形成されるようにバリアを利用して圧縮し、Ａｕ、Ｐｔ、ＩＴＯ、ＳＲＯなどの金属または酸化物電極が蒸着された適切な基板を水平または垂直下降させて単層膜を転移させることでナノシートが積層された薄膜を形成することができる。

本発明の一実施例に係る銀置換ニオブ酸ストロンチウム誘電体組成物の製造方法は、一般式ＫＳｒ_{２（１−ｘ）}Ａｇ_２ｘＮｂ_３Ｏ_１０で表される物質を、ＨＮＯ_３、ＨＣｌ、Ｈ_２ＳＯ_４のうちの１種以上の溶液で撹拌して、一般式ＨＳｒ_{２（１−ｘ）}Ａｇ_２ｘＮｂ_３Ｏ_１０で表される誘電体組成物を獲得する段階を含んでいてよい。一般式ＫＳｒ_{２（１−ｘ）}Ａｇ_２ｘＮｂ_３Ｏ_１０で表される物質におけるｘは、０超過且つ１以下であってよく、一般式ＨＳｒ_{２（１−ｘ）}Ａｇ_２ｘＮｂ_３Ｏ_１０で表される誘電体組成物におけるｘもまた、０超過且つ１以下であってよい。なお、他の好ましい実施例における前記ｘは、０超過且つ０．２以下であってもよい。

また、一例において、銀置換ニオブ酸ストロンチウム誘電体組成物の製造方法は、一般式ＨＳｒ_{２（１−ｘ）}Ａｇ_２ｘＮｂ_３Ｏ_１０で表される誘電体組成物を乾燥させる段階及び乾燥された誘電体組成物を焼結させる段階をさらに含んでいてよい。乾燥させる段階は、１００℃で行ってよいが、必ずしもこれによって本発明が制限されるものではない。また、焼結させる段階は、1150-1250℃の空気雰囲気下で行ってよいが、必ずしもこれによって本発明が制限されるものではない。

銀置換ニオブ酸ストロンチウム誘電体組成物の製造方法は、焼結された誘電体組成物をテトラブチルアンモニウム水酸化物（ＴＢＡＯＨ）溶液中で撹拌する段階及び撹拌された溶液を基板に積層してナノシート薄膜を獲得する段階をさらに含んでいてよい。ここで、基板は、Ａｕ、Ｐｔ、ＩＴＯ、ＳＲＯ、Ｎｂ−ＳＴＯのうちの少なくとも一種を含んでいてよいが、必ずしもこれらによって本発明が制限されるものではない。
また、このようにして製造された誘電体組成物は、マイクロ波誘電体またはＤＲＡＭキャパシタなどに広く適用することができる。

以下、例示的な実施例について説明する。下記の実施例は、発明の一特徴を調べるために実行されたものであって、後述する数値及び段階によって本発明が制限されるものではない。

第１実施例
実施例に従って製造された誘電体組成物は、ＫＳｒ_２Ｎｂ_３Ｏ_１０で表される主成分に対してＳｒサイトをＡｇで置換して得られたＫＳｒ_{２（１−ｘ）}Ａｇ_２ｘＮｂ_３Ｏ_１０（ＫＳＡＮＯ）で表される誘電体物質、及びＳｒ_{２（１−ｘ）}Ａｇ_２ｘＮｂ_３Ｏ_１０層間に一層ずつ存在しているＫ^＋イオン層を酸溶液を用いてＨ^＋イオンで置換して得られたＨＳｒ_{２（１−ｘ）}Ａｇ_２ｘＮｂ_３Ｏ_１０（ＨＳＡＮＯ）で表される誘電体物質である。ＫＳＡＮＯ及びＨＳＡＮＯにおけるｘは、０超過且つ１未満であってよい。

同実施例において、当該誘電体組成物を製造するために、純度９９％以上のＫ_２ＣＯ_３、ＳｒＣＯ_３、ＡｇＣＯ_３及び／またはＮｂ_２Ｏ_５を用意する。次いで、一般式ＫＳｒ_{２（１−ｘ）}Ａｇ_２ｘＮｂ_３Ｏ_１０を満たす組成比に応じ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を混ぜ込んでボールミル工程にて２４時間湿式混合する。しかる後、１００℃のオーブンでエタノールを全て乾燥してから乾式粉砕し、該粉砕された物質を１２００℃で１０時間仮焼して、ＫＳｒ_{２（１−ｘ）}Ａｇ_２ｘＮｂ_３Ｏ_１０を得ることができる。
実験において、Ａｇ置換量が１．０以上である場合は、１２００℃の仮焼温度で材料のメルティン（ｍｅｌｔｉｎｇ）現象が現れることから、ｘ＝１．０である場合、仮焼温度は１１００℃と設定された。

合成されたＫＳｒ_{２（１−ｘ）}Ａｇ_２ｘＮｂ_３Ｏ_１０（ｘ＝０〜１．０）粉末を７ＭのＨＮＯ_３溶液中で４日間マグネチック撹拌機を利用して撹拌することで、Ｋ^＋イオンをＨ^＋イオンで置換する。ここで、Ｋ^＋イオンは、ＨＮＯ_３溶液の以外にもＨＣｌ、Ｈ_２ＳＯ_４などの多様な酸を用いて置換を行うことができる。
置換が終わった溶液は、遠心分離機を利用してＤＩ Ｗａｔｅｒで数回洗浄する。洗浄する間、ＰＨメータを利用して溶液のＰＨ濃度が中性に近づいたかを確認し、中性に近づいたときに洗浄を中断する。しかる後、５０℃で２４時間乾燥すればＨＳｒ_{２（１−ｘ）}Ａｇ_２ｘＮｂ_３Ｏ_１０を得ることができる。

実施例において得られたＫＳｒ_{２（１−ｘ）}Ａｇ_２ｘＮｂ_３Ｏ_１０とＨＳｒ_{２（１−ｘ）}Ａｇ_２ｘＮｂ_３Ｏ_１０誘電体組成物を、１００ｋｇｆ／ｃｍ^２の圧力で径１２ｍｍ、高さ０．５〜１ｍｍのペレットに成形した後、１３００℃の空気雰囲気下で焼結（ｓｉｎｔｅｒｉｎｇ）した。ここで、ｘ＝０．５である場合は焼結温度を１２５０℃に、ｘ＝０．７である場合は焼結温度を１２００℃に、ｘ＝１．０である場合は焼結温度を１１００℃にそれぞれ調節した。

焼結されたペレット形態のセラミック誘電体を測定するために、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。このようにして用意された焼結試片を、Ａｇｉｌｅｎｔ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ社製のＩｍｐｅｄａｎｃｅ Ａｎａｌｙｚｅｒで測定した。図１は、本発明に係るＫＳｒ_{２（１−ｘ）}Ａｇ_２ｘＮｂ_３Ｏ_１０のＸ線回折分析特性を示す図である。図１のグラフで横軸は２ ｔｈｅｔａ、縦軸は回折ピークの強度を示している。

図１を参照すると、Ａｇの置換量が増加して０．２に達した場合は、ＡｇイオンがＳｒサイトを置換するのではなく、他の構造の二次相を形成し始めることが確認でき、過量のＡｇが置換されて０．５以上に増加した場合、ＡｇとＳｒとのイオン半径の差のため層状構造が次第に消えることを（００２）ピークの消失から確認することができる。

図２は、一実施例に係るＫＳｒ_{２（１−ｘ）}Ａｇ_２ｘＮｂ_３Ｏ_１０の走査電子顕微鏡写真である。図２を参照すると、Ｘ線回折分析と同様に、Ａｇ置換量の低い組成では誘電体組成物が層状構造を有していることが確認でき、板状の粒子を形成したことが示されている。しかし、Ａｇ置換量が増加するにつれ、板状粒子が減っていき、Ａｇを含む誘電体物質の特性である棒状の粒子量が増加することが確認でき、これはＸ線回折分析と符合する。

図３は、ＫＳｒ_{２（１−ｘ）}Ａｇ_２ｘＮｂ_３Ｏ_１０の誘電特性を測定した結果を示す図である。図３（ａ）は、誘電定数値の変化を示し、図３（ｂ）は誘電損失の変化を示す。Ａｇの置換量が０．５に達するまでは誘電定数値が増加することが確認でき、０．７では誘電定数値が若干減少したことが確認できる。また、誘電率及び誘電損失を測定した結果、ｘ＝０.５であるとき、１ＫＨｚで１７１０の誘電定数と０．０４５の低い誘電損失を示し、１ＭＨｚで１６４０の誘電定数と０．０２６の低い誘電損失を示し、モル分率ｘ＝０.７であるとき、１ＫＨｚで１５８０の誘電定数と０．００７の低い誘電損失を示し、１ＭＨｚで１５７０の誘電定数と０．００３の低い誘電損失を示したことから、Ａｇの置換量を０．５〜０．７の範囲に調節するのが効率的である。

このような誘電特性を示す理由をＲＡＭＡＮ分析によっても確認することができる。図４は、ＲＡＭＡＮ分析結果を示す図である。図４（ａ）は、ラマンシフト（ＲＡＭＡＮ ｓｈｉｆｔ）１００から２００までを示し、図４（ｂ）は、２００から８００までを示す。
図４を参照すると、ＫＳｒ_{２（１−ｘ）}Ａｇ_２ｘＮｂ_３Ｏ_１０誘電体組成物においてＡｇの置換量が増加するほど、ソフト・モードバイブレーション（ｓｏｆｔ−ｍｏｄｅ ｖｉｂｒａｔｉｏｎ）が減少し、より小さい値でピークが移動することが確認できる。これは、セラミック材料の格子（ｌａｔｔｉｃｅ）内分極（ｐｏｌａｒｉｚａｂｉｌｉｔｙ）が増加することを示し、増加した分極が組成の誘電特性を増加させる役割をしたということがわかる。また、Ｘ線回折分析に一致してＡｇの置換量が増加するほど、層状構造に起因するＮｂＯ_６ピークが低くなることが確認され、ｘ＝０．５である場合からは層状構造が破壊されることが確認される。

図５は、ＨＳｒ_{２（１−ｘ）}Ａｇ_２ｘＮｂ_３Ｏ_１０の誘電特性を測定した結果を示す図である。図５（ａ）は誘電定数値の変化を示し、図５（ｂ）は誘電損失の変化を示す。ＨＳｒ_{２（１−ｘ）}Ａｇ_２ｘＮｂ_３Ｏ_１０誘電体組成物の場合、Ａｇの置換量が０．５になるまでは誘電率が増加することが確認できる。ｘ＝０．５であるとき、１ＫＨｚで１５７０の誘電定数と０．００４の低い誘電損失を示し、１ＭＨｚで１５５０の誘電定数と０．００２の低い誘電損失を示す。したがって、マイクロ波誘電体などのバルク材料として使用する場合、ｘ＝０．５で最も優れた特性を示す材料を得ることができる。

しかし、酸置換をしてＨＳｒ_{２（１−ｘ）}Ａｇ_２ｘＮｂ_３Ｏ_１０を得、テトラブチルアンモニウム水酸化物（ＴＢＡＯＨ）処理を施してナノシートを得ることができる組成の範囲（ｘ）は、略層状構造を保持している０〜０．２の範囲が好ましい。

したがって、実施例に係る誘電体組成物は、マイクロ波誘電体、次世代ＤＲＡＭキャパシタなどのような機能性誘電物質として有効に用いることができる。また、ＫＳｒ_{２（１−ｘ）}Ａｇ_２ｘＮｂ_３Ｏ_１０セラミックの場合はｘ＝０．５〜０．７で、ＨＳｒ_{２（１−ｘ）}Ａｇ_２ｘＮｂ_３Ｏ_１０セラミックの場合はｘ＝０．５でバルクセラミック材料として最も有利に適用できる。さらに、ＫＳｒ_{２（１−ｘ）}Ａｇ_２ｘＮｂ_３Ｏ_１０セラミックまたはＨＳｒ_{２（１−ｘ）}Ａｇ_２ｘＮｂ_３Ｏ_１０セラミックは、ナノシートに適用でき、ｘ＝０〜０．２で構造や性質を操作すること（Ａｒｔｉｆｉｃｉａｌｉｔｙ）がより有利になることがある。

第２実施例
実施例１において得られたＨＳｒ_{２（１−ｘ）}Ａｇ_２ｘＮｂ_３Ｏ_１０（ここで、モル分率ｘは０＜x≦０．２の範囲）誘電体組成物を用い、Ｈ^＋：ＴＢＡ^＋＝１：１の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７〜１４日間撹拌反応させ、組成式Ｓｒ_{２（１−ｘ）}Ａｇ_２ｘＮｂ_３Ｏ_１０で表されるペロブスカイトナノシートが分散された不透明のコロイド溶液を作製した。図６は、第２実施例に従って得られたコロイドのＡＦＭ写真である。図６においてモル分率ｘ＝０．１である。

得られたナノシートコロイド溶液を超純水が満たされたＬＢ膜作製装置に分散させる。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まで３０分間安定化時間をもつ。しかる後、Ａｕ、Ｐｔ、ＩＴＯ、ＳＲＯ、Ｎｂ−ＳＴＯなどの用意した基板を利用して垂直または水平下降させ、バリアは両側で表面圧力を保持できるほどの０．５ｍｍ／ｓｅｃの速度で圧縮して基板表面に単層膜を転移させる。このような方法を数回繰り返すことで所望の層数を有するペロブスカイトナノシート薄膜が作製でき、作製された薄膜はＵＶ処理を施して有機ポリマーが除去できる。

結果として、本発明に係るＫＳＡＮＯ及びＨＳＡＮＯ誘電体組成物は、高い誘電定数を保持しながらも低い誘電損失を示す。特に、ＫＳｒ_{２（１−ｘ）}Ａｇ_２ｘＮｂ_３Ｏ_１０で表される組成式の場合、モル分率ｘ＝０．５であるとき、１ＫＨｚで１７１０の誘電定数と０．０４５の低い誘電損失を示し、１ＭＨｚで１６４０の誘電定数と０．０２６の低い誘電損失を示し、また、モル分率ｘ＝０．７であるとき、１ＫＨｚで１５８０の誘電定数と０．００７の低い誘電損失を示し、１ＭＨｚで１５７０の誘電定数と０．００３の低い誘電損失を示した。

Ｋ^＋イオンをＨ^＋イオンで置換した場合は、モル分率ｘ＝０．５であるとき、１ＫＨｚで１５７０の誘電定数と０．００４の低い誘電損失を示し、１ＭＨｚで１５５０の誘電定数と０．００２の低い誘電損失を示し。したがって、マイクロ波誘電体などのバルク材料として使用する場合、ｘ＝０．５で最も優れた特性を示す材料を得ることができる。

しかし、酸置換をしてＨＳｒ_{２（１−ｘ）}Ａｇ_２ｘＮｂ_３Ｏ_１０を得、テトラブチルアンモニウム水酸化物（ＴＢＡＯＨ）処理を施してナノシートを得ることができる組成の範囲（ｘ）は、略層状構造を保持している０〜０．２の範囲が好ましい。

ＫＳＡＮＯ及びＨＳＡＮＯ誘電体物質は広い範囲で優れた誘電特性を示すことから、積層セラミックキャパシタ、マイクロ波誘電体、次世代ＴＦＴの誘電膜などに使用され得る。また、ＨＳｒ_{２（１−ｘ）}Ａｇ_２ｘＮｂ_３Ｏ_１０（ここで、モル分率ｘは０＜x≦０．２の範囲）を用い、Ｈ^＋イオンをＴＢＡ^＋イオンで陽イオン置換すればＳｒ_{２（１−ｘ）}Ａｇ_２ｘＮｂ_３Ｏ_１０ナノシートを得ることができ、電気泳動法及びＬＢ法を用いて単層膜または多層膜を作製することができた。このようにして作製されたＳｒ_{２（１−ｘ）}Ａｇ_２ｘＮｂ_３Ｏ_１０薄膜は、ナノレベルで優れた誘電特性を持ち、今後、次世代デバイスに適用可能なナノレベルのＭＬＣＣに機能性誘電薄膜として応用され得る。

以上、本発明を図面に図示された実施例を参考にして説明してきたが、これらの実施例は例示的なものに過ぎず、当該分野における通常の知識を有する者であればこれより種々な変形及び実施例の変形が可能であるという点が理解できるであろう。なお、このような変形は本発明の技術的保護範囲内にあると見なされるべきである。したがって、本発明の真の技術的保護範囲は、特許請求の範囲の技術的思想によって決められるべきである。

Claims (8)

1. 一般式ＫＳｒ_{２（１−ｘ）}Ａｇ_２ｘＮｂ_３Ｏ_１０で表され、前記ｘが０超過０．１以下または０．５以上０．７以下であることを特徴とする、銀置換ニオブ酸ストロンチウム誘電体組成物。
2. 一般式ＨＳｒ_{２（１−ｘ）}Ａｇ_２ｘＮｂ_３Ｏ_１０で表され、前記ｘが０．５であることを特徴とする、銀置換ニオブ酸ストロンチウム誘電体組成物。
3. 一般式ＫＳｒ_{２（１−ｘ）}Ａｇ_２ｘＮｂ_３Ｏ_１０で表され、前記ｘが０．５以上０．７以下である物質を、ＨＮＯ_３、ＨＣｌ、Ｈ_２ＳＯ_４のうちの一種以上の溶液中で撹拌して、一般式ＨＳｒ_{２（１−ｘ）}Ａｇ_２ｘＮｂ_３Ｏ_１０で表される誘電体組成物を獲得する段階を含む、銀置換ニオブ酸ストロンチウム誘電体組成物の製造方法。
4. 一般式ＨＳｒ_{２（１−ｘ）}Ａｇ_２ｘＮｂ_３Ｏ_１０で表される誘電体組成物のｘが、０．５であることを特徴とする、請求項３に記載の銀置換ニオブ酸ストロンチウム誘電体組成物の製造方法。
5. 前記一般式ＨＳｒ_{２（１−ｘ）}Ａｇ_２ｘＮｂ_３Ｏ_１０で表される誘電体組成物を乾燥させる段階；及び
   乾燥された誘電体組成物を焼結させる段階、をさらに含むことを特徴とする、請求項３又は４に記載の銀置換ニオブ酸ストロンチウム誘電体組成物の製造方法。
6. 焼結された誘電体組成物をテトラブチルアンモニウム水酸化物溶液中で撹拌する段階；及び
   撹拌された溶液を基板に積層してナノシート薄膜を取得する段階、をさらに含むことを特徴とする、請求項３〜５のいずれか一項に記載の銀置換ニオブ酸ストロンチウム誘電体組成物の製造方法。
7. 前記基板は、Ａｕ、Ｐｔ、ＩＴＯ、ＳＲＯ、Ｎｂ−ＳＴＯのうちの少なくとも一種を含むことを特徴とする、請求項３〜６のいずれか一項に記載の銀置換ニオブ酸ストロンチウム誘電体組成物の製造方法。
8. 請求項３乃至７のいずれか一項に記載の製造方法により製造された誘電体組成物をマイクロ波誘電体またはＤＲＡＭキャパシタに適用する段階をさらに含むことを特徴とする、銀置換ニオブ酸ストロンチウム誘電体組成物の製造方法。