KR101160907B1 - 음극전기도금과 양극산화에 의해 복합 산화물 유전체가 형성된 알루미늄 박막의 제조방법 - Google Patents
음극전기도금과 양극산화에 의해 복합 산화물 유전체가 형성된 알루미늄 박막의 제조방법 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 음극전기도금 방법을 사용하여 알루미늄 박막 상에 고유전체층을 형성한 후, 양극산화 과정을 수행하여 알루미늄 상에 순차적으로 산화 알루미늄(Al2O3)층, Al-M(금속기) 산화물층 및 고유전체층을 균일한 두께로 형성할 수 있는 복합 산화물 유전체가 형성된 알루미늄 박막의 제조방법에 관한 것이다. 본 발명은 복합 산화물 유전체가 형성된 알루미늄 박막의 제조방법을 제공함으로써, 알루미늄 전해 콘덴서의 수명을 향상시키며, 정전용량, 내전압 및 신뢰성을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 자동차 분야의 전자화, 디지털 가전 분야, 반도체 공정분야 등에 사용되어 고용량 커패시터를 실현할 수 있다.
Description
본 발명은 음극전기도금과 양극산화에 의해 복합 산화물 유전체가 형성된 알루미늄 박막의 제조방법에 관한 것이며, 보다 자세하게는 음극전기도금 방법을 사용하여 알루미늄 박막 상에 고유전체층을 형성한 후, 양극산화 과정을 수행하여 알루미늄 상에 순차적으로 산화알루미늄(Al2O3)층, Al-M(금속기) 산화물층 및 고유전체층을 균일한 두께로 형성할 수 있는 복합 산화물 유전체가 형성된 알루미늄 박막의 제조방법에 관한 것이다.
전해 콘덴서는 유전체로서 얇은 산화막을 사용하며 전극으로 알루미늄을 사용하고 있고, 상기 산화막 유전체를 매우 얇게 형성할 수 있으므로 콘덴서 체적에 비해 큰 용량을 얻을 수 있다.
최근, 전자 제품의 소형화 추세에 따라, 이들 제품의 부품으로 사용되는 알루미늄 전해 콘덴서도 소형화하여야 할 필요가 있고, 더욱이 이들 콘덴서의 신뢰성도 더욱 향상될 것이 요구되고 있다.
따라서, 이러한 요구에 부응하기 위해서 알루미늄 전해 콘덴서에 사용되는 전극박이 단위 면적당 높은 정전 용량을 가질 것이 요구된다.
이와 같이 전극박이 단위 면적당 높은 정전 용량을 갖게 하기 위한 통상적인 방법으로 알루미늄 전해 콘덴서용 전극박으로 사용되는 알루미늄 박막의 표면을 전기 화학적인 방법으로 에칭하여 그 표면에 미세한 요철을 형성시켜 표면적을 확대시키는 방법이 사용되고 있다.
종래에는 전해 콘덴서용 알루미늄 박막을 제조함에 있어서, 소정의 화학 조성을 갖는 알루미늄을 용해 및 주조한 후 열간압연, 냉간압연 및 박 압연하여, 소정의 두께를 갖는 알루미늄 박막을 제조한 후, 상기 알루미늄 박막을 염화물 수용액 등에 침지시키고, 직류 또는 교류 등의 전류를 인가하여, 전기 화학적 방법으로 그 표면을 부식시킴으로써, 그 표면에 미세한 요철을 무수히 형성시켜 표면적의 확대를 꾀하고 있다.
이와 같은 에칭공정을 거쳐 제조된 알루미늄 박막은, 그 표면에 다시 직류전압이 인가되어 얇은 산화 피막층이 형성되어 유전체의 역할을 할 수 있게 하는 화성 공정을 거친 후, 절연지와 함께 권취되어, 구동용 전해액에 함침되어 알루미늄 전해 콘덴서를 구성하게 된다. 한편, 상기한 바와 같은 알루미늄 박막의 에칭처리에 있어서는, 사용되는 에칭액의 조성, 농도 및 온도, 그리고 인가되는 전원의 종류 및 강도와 처리시간 등에 따라, 에칭효율이 변화하게 된다.
더욱이, 알루미늄을 압연하여 박막 형태로 제조된 원박은, 그 표면에 각종 이물질이나 압연유 등이 부착되어 매우 얇은 자연 산화 피막층이 형성되어 있기 때문에, 이를 제거하기 위한 전처리 공정을 거친 후에 에칭공정을 실시하는 것이 바람직하다.
종래에는, 이와 같은 전처리 공정에 있어, 수산화나트륨 수용액 등과 같은 알칼리 수용액을 사용하여 원박 표면상에 형성되어 있는 자연 산화피막층을 제거하였다.
그러나, 수산화나트륨 수용액과 같은 알칼리 수용액을 사용하여 전처리하는 경우에는, 자연 산화피막층의 제거 후에도 반응이 더욱 진행하여, 알루미늄 금속층을 침투하기도 하고, 또한 다음의 에칭공정에 도움을 주는 유효한 부식 개시점을 형성함에 있어 그 역할이 미흡하여, 에칭시 용해량이 필요이상으로 증가하여 박의 정전 용량을 감소시키고, 또한 박막의 기계적 성질을 저하시키는 원인이 되고 있다.
화성(化成)처리는 에칭된 알루미늄 박을 거의 용해되지 않는 약산 및 그 염의 수용액 중에서 양극산화시켜서 전기절연성 및 유전성이 있는 치밀한 산화피막을 알루미늄 표면에 부착시키는 것을 의미하는 것인데, 에칭된 알루미늄 박을 화성하는 기술정도에 따라 전해 콘덴서의 특성이 좌우되고, 전해 콘덴서 수명에 절대적인 영향을 주게 되는 것이다.
종래의 전해 콘덴서 화성기술은 완전에 가까운 기술로 여겨졌지만, 열화가 적은 산화막을 부착시키는 방법이나 에칭효과를 떨어뜨리지 않도록 하는 기술부분에 대해서는 개선되어야 할 점이 많이 있었다.
이러한 문제점을 개선하기 위한 종래기술에서의 에칭을 통한 알루미늄 전극의 유효 표면적을 증대하기 위한 기술도 이미 한계에 도달하였고, 종래에 사용되던 Al2O3를 대체하여 알루미늄 박막 위에 고유전율막(ZrO2, Nb2O5, Ta2O5)을 졸-겔법에 의해 코팅하여 사용하려는 시도가 있었다.
그러나 상술한 알루미늄 박막 위에 고유전율막을 졸-겔법 등 코팅방법을 사용하여 코팅하는 경우 알루미늄 박막 위에 고유전율막이 균일한 두께로 형성되기 용이하지 않은 문제점이 있다.
본 발명과 관련한 종래 선행기술문헌은 하기와 같다.
한국공개특허 제1991-0013333호에서는 알루미늄전해 콘덴서용 화성박의 산화 알루미늄(Al2O3) 유전체 피막의 결정화에 있어서, 전해질로 비인산계 전해질인 아디핀산 암모늄(Ammonium Adipate) 50g/ℓ와 아다핀산(Adipic Acid) 50g/1의 혼합용액을 사용하여, 비저항(Specific Resistance) 15.5± 5Ω.㎝에서 60℃에서 화성 전압 도달 후 이 상태를 5분간 유지시켜주는 제1공정과 3% 인산 용액에 70℃에서 2분간 침적시키는 제2공정과 아디핀산 암모늄 50g/1와 75% 인산 0.5㎖/1혼합 용액을 전해질로 하여 비저항 16.5± 1.5 Ω.㎝, 화성온도 60℃에서 전압을 인가하여 화성 전압에 도달하였을때 이 상태를 2분간 유지시켜주는 제3공정과 500 ℃에서 2분간 열처리하는 제4공정과 상기 제3공정을 다시 반복하는 제5공정으로 이루어지는, 알루미늄 전해 콘덴서용 화성박의 산화 알루미늄 유전체 피막의 결정화 방법을 개시하고 있다.
한국공개특허 제1991-0013333호에서는 인산(H3PO4)계 전해질 사용방법에 따른 화성박 용량 감소원인을 제거하고자 아디핀산 암모늄과 아다핀산의 혼합용액을 전해질로 사용하여 에칭하는 것을 특징으로 하는, 알루미늄 전해 콘덴서용 화성박의 산화 알루미늄 유전체 피막의 결정화 방법을 제공한다.
본 발명의 목적은 알루미늄 전해 콘덴서의 수명을 향상시키며, 정전용량, 내전압 및 신뢰성을 향상시키기 위한 방법의 일환으로 알루미늄 전극 상에 고유전율의 복합 산화물 유전체를 형성시키기 위해, 알루미늄 고유의 자연 산화 피막으로 존재로 수행하기 어려웠던 종래기술의 문제점을 해결하고자 하는 것이다. 이를 위해, 음극전기도금 방법을 사용하여 알루미늄 상에 어떠한 표면처리 없이 고유전체층을 형성한 후, 양극산화 과정을 수행하여 알루미늄 상에 순차적으로 산화 알루미늄(Al2O3)층, Al-M(금속기) 산화물층 및 고유전체층을 형성할 수 있는, 음극전기도금과 양극산화에 의해 복합 산화물 유전체가 형성된 알루미늄 박막의 제조방법을 제공한다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 유기용매에 니오븀 전구체, 탄탈륨 전구체, 티타늄 전구체 또는 지르코늄 전구체를 혼합한 후, 과산화수소를 첨가하여 초음파처리하고, 정제수와 메탄올의 혼합용액을 첨가하여 초음파처리함으로써 전해액을 제조하는 단계(단계 1); 상기 전해액 내에 알루미늄 박막과 양극판을 설치한 후 전류를 인가하여 음극전기도금을 수행함으로써 알루미늄 박막에 고유전체층을 형성하는 단계(단계 2); 상기 단계 2에서 형성된 고유전체층이 형성된 알루미늄 박막에 대해 양극산화과정을 수행하여 알루미늄 박막과 고유전체층 계면 사이에 산화 알루미늄(Al2O3)층 및 Al-M(금속기) 산화물층을 형성하는 단계(단계 3); 및 상기 단계 1 내지 단계 3을 거쳐 알루미늄 박막에 순차적으로 형성된 산화 알루미늄(Al2O3)층, Al-M(금속기) 산화물층 및 고유전체층에 대해 열처리하는 단계(단계 4)를 포함하는 음극전기도금과 양극산화에 의해 복합 산화물 유전체가 형성된 알루미늄 박막의 제조방법을 제공한다.
상기 전해액 제조시 유기용매로는 N,N-디메틸포름아미드 등을 사용할 수 있다.
상기 니오븀 전구체로는 NbCl5 또는 NbOCl3을 사용하며, 탄탈륨 전구체로는 TaCl4을 사용하며, 티타늄 전구체로는 TiCl4을 사용하며, 지르코늄 전구체로는 ZrOCl2?8H2O을 사용할 수 있으나, 용매 내에서 니오븀, 탄탈륨, 티타늄, 지르코늄이 이온 형태로 존재할 수 있는 전구체이면 제한 없이 사용될 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 있어서, 상기 단계 2에서 음극전기도금 과정은 1～20 ℃에서 1～50 mA/cm2의 전류밀도를 가하여 10분 내지 1시간 동안 수행되는 것이 바람직하다.
상기 단계 2에서 알루미늄 박막에 형성되는 고유전체층은 20～200 nm 두께로 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 있어서, 상기 단계 3에서 양극산화과정은 상기 전해액에 붕산(H3BO3)을 첨가한 후 1～10 mA/cm2 조건에서 100～600 V의 전압을 인가하여 수행될 수 있다.
또한, 상기 단계 3을 거쳐 알루미늄 박막에 형성된 산화 알루미늄(Al2O3)층, Al-M(금속기) 산화물층 및 고유전체층의 결정성을 증가시켜 내전압을 향상시키기 위해 수행되는 열처리는 전기로에서 400～560 ℃에서 1～4 시간 동안 수행될 수 있다.
본 발명은 음극전기도금 방법을 사용하여 알루미늄 상에 어떠한 표면처리 없이 고유전체층을 형성한 후, 양극산화 과정을 수행하여 알루미늄 표면상에 순차적으로 산화 알루미늄(Al2O3)층, Al-M(금속기) 산화물층 및 고유전체층을 균일한 두께로 형성할 수 있는, 복합 산화물 유전체가 형성된 알루미늄 박막의 제조방법을 제공함으로써, 알루미늄 전해 콘덴서의 수명을 향상시키며, 정전용량, 내전압 및 신뢰성을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 자동차 분야의 전자화, 디지털 가전 분야, 반도체 공정분야 등에 사용되어 고용량 커패시터를 실현할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따라 음극전기도금과 양극산화에 의해 복합 산화물 유전체가 형성된 알루미늄 박막을 제조하는 과정을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 실시예에서 음극전기도금 과정을 수행한 후 알루미늄 박막 상에 고유전체층(Nb2O5)이 형성된 상태를 나타내는 주사전자현미경 사진(상부) 및 고유전체층(Nb2O5)이 형성된 알루미늄 박막에 대한 사진(하부)이다.
도 3은 본 발명에 따른 실시예에서 음극전기도금 과정을 수행한 후 양극산화과정을 수행하여 알루미늄 박막에 순차적으로 형성된 산화 알루미늄(Al2O3)층, Al-M(금속기) 산화물층 및 고유전체층(Nb2O5)이 형성된 상태의 단면을 촬영한 주사전자현미경 사진(상부) 및 산화 알루미늄(Al2O3)층, Al-M(금속기) 산화물층 및 고유전체층(Nb2O5)이 순차적으로 형성된 알루미늄 박막에 대한 사진(하부)이다.
도 4는 본 발명의 실시예 1에서 제조한 복합 산화물 유전체에 대해 XPS 분석을 수행하여 측정된 결과를 나타낸 그래프이다.
도 2는 본 발명에 따른 실시예에서 음극전기도금 과정을 수행한 후 알루미늄 박막 상에 고유전체층(Nb2O5)이 형성된 상태를 나타내는 주사전자현미경 사진(상부) 및 고유전체층(Nb2O5)이 형성된 알루미늄 박막에 대한 사진(하부)이다.
도 3은 본 발명에 따른 실시예에서 음극전기도금 과정을 수행한 후 양극산화과정을 수행하여 알루미늄 박막에 순차적으로 형성된 산화 알루미늄(Al2O3)층, Al-M(금속기) 산화물층 및 고유전체층(Nb2O5)이 형성된 상태의 단면을 촬영한 주사전자현미경 사진(상부) 및 산화 알루미늄(Al2O3)층, Al-M(금속기) 산화물층 및 고유전체층(Nb2O5)이 순차적으로 형성된 알루미늄 박막에 대한 사진(하부)이다.
도 4는 본 발명의 실시예 1에서 제조한 복합 산화물 유전체에 대해 XPS 분석을 수행하여 측정된 결과를 나타낸 그래프이다.
하기에서 본 발명에 따른 음극전기도금과 양극산화에 의해 복합 산화물 유전체가 형성된 알루미늄 박막의 제조방법을 도면을 참조하여 구체적으로 설명한다.
도 1은 본 발명에 따라 음극전기도금과 양극산화에 의해 복합 산화물 유전체가 형성된 알루미늄 박막을 제조하는 과정을 개략적으로 나타낸 도면이다.
우선, 니오븀 전구체, 탄탈륨 전구체, 티타늄 전구체 또는 지르코늄 전구체를 유기용매에 혼합하여 전해액을 제조한다(단계 1).
상기 전해액을 제조하기 위해 니오븀 전구체, 탄탈륨 전구체, 티타늄 전구체 및 지르코늄 전구체로 이루어진 군에서 선택된 1종 0.001～0.005 M을 유기용매에 혼합한 후 0.01～0.1M의 과산화수소를 이에 첨가하고 혼합하여 제조할 수 있다.
상기 전해액 제조시 과산화수소를 첨가함으로써 석출된 수화물을 과산화물이나 산화물로 변화시키고 낮은 온도에서 산화물의 결정화에 영향을 줄 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 있어서, 상기 단계 1에서 전해액은 N,N-디메틸포름아미드와 같은 유기용매에 니오븀 전구체, 탄탈륨 전구체, 티타늄 전구체 및 지르코늄 전구체로 이루어진 군에서 선택된 1종을 혼합한 후, 과산화수소를 첨가하여 초음파처리하고, 정제수와 메탄올의 혼합용액(2:1 부피비)을 첨가하여 초음파처리함으로써 제조될 수 있다.
상기 니오븀 전구체, 탄탈륨 전구체, 티타늄 전구체 또는 지르코늄 전구체는 알루미늄 박막에 목적하는 고유전체층을 형성하기 위해 선택될 수 있으며, 상기 니오븀 전구체로는 NbCl5 또는 NbOCl3을 사용하며, 탄탈륨 전구체로는 TaCl4을 사용하며, 티타늄 전구체로는 TiCl4을 사용하며, 지르코늄 전구체로는 ZrOCl2?8H2O을 사용할 수 있으나, 용매 내에서 니오븀, 탄탈륨, 티타늄, 지르코늄이 이온 형태로 존재할 수 있는 전구체이면 제한 없이 사용될 수 있다.
다음으로, 상기 전해액 내에 알루미늄 박막과 양극판을 평행이 되도록 설치한 후 전류를 인가하여 음극전기도금을 수행하여 알루미늄 박막에 고유전체층을 형성한다(단계 2).
도 1에 나타난 바와 같이 상기 단계 2에서는 전해액 내에 음극판으로 피도금막이 형성될 알루미늄 박막과 양극판으로 백금판을 평행하게 대향하도록 설치한 후 1～20 ℃에서 1～50 mA/cm2의 전류밀도를 가하여 10분 내지 1시간 동안 음극전기도금을 수행할 수 있다.
상술한 조건에 따라 음극전기도금을 수행하는 경우 알루미늄 박막(100) 상에 발생된 OH-와 금속기 M+의 반응이 일어나 별도의 표면처리 없이 고유전체층(130)을 형성할 수 있다. 보다 구체적으로 상기 조건에서 음극전기도금을 수행하는 경우 전해액 내의 니오븀 이온, 탄탈륨 이온, 티타늄 이온 또는 지르코늄 이온이 알루미늄 박막으로 이동하여 알루미늄 박막에서 가수분해되어 니오븀 산화물층(Nb2O5), 탄탈륨산화물층(Ta2O5), 티타늄 산화물층(TiO2) 또는 지르코늄 산화물층(ZrO2)과 같은 고유전체층(130)이 형성되는 전기 화학적 반응이 일어나게 된다.
상기 단계 2에서 알루미늄 박막(100) 상에 형성되는 고유전체층(130)은 20～200 nm 두께로 형성되는 것이 바람직하다.
도 1에서는 음극전기도금을 수행하여 알루미늄 박막(100) 상에 니오븀 산화물층(Nb2O5)(130)이 형성된 것으로 도시되었지만, 탄탈륨 산화물층(Ta2O5), 티타늄 산화물층(TiO2), 지르코늄 산화물층(ZrO2) 등의 고유전체층(130)이 형성될 수 있음은 물론이다.
다음으로, 상기 단계 2에서 형성된 고유전체층이 형성된 알루미늄 박막에 대해 양극산화과정을 수행하여 알루미늄 박막과 고유전체층 계면 사이에 산화 알루미늄(Al2O3)층 및 Al-M(금속기) 산화물층을 형성한다(단계 3).
본 발명의 일 실시형태에 있어서, 상기 단계 3에서 양극산화과정은 상기 전해액에 붕산(H3BO3)을 첨가한 후 1～10 mA/cm2 조건에서 100～600 V의 전압을 인가하여 수행될 수 있다.
본 발명의 다른 실시형태에 있어서, 상기 단계 3에서 양극산화과정은 상기 전해액에 아디픽산 암모늄을 첨가한 후 5～10 mA/cm2 조건에서 100～200 V의 전압을 인가하여 수행될 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시형태에 있어서, 상기 단계 3에서 양극산화과정은 상기 전해액에 인산 암모늄을 첨가한 후 1～10 mA/cm2 조건에서 100～200 V의 전압을 인가하여 수행될 수 있다.
도 1에 나타난 바와 같이 상기 단계 3에서 상술한 조건에 따라 고유전체층(130)이 형성된 알루미늄 박막(100)에 대해 양극산화과정을 수행하는 경우 알루미늄 박막(100)과 고유전체층(130) 계면 사이에 산화 알루미늄(Al2O3)층(110) 및 Al-M(금속기) 산화물층(120)이 형성된다.
상기 단계 1 내지 단계 3을 수행하는 경우 알루미늄 박막(100) 상에는 순차적으로 산화 알루미늄(Al2O3)층(110), Al-M(금속기) 산화물층(120) 및 고유전체층(130)과 같이 총 3개의 층으로 구성된 복합 산화물 유전체가 형성될 수 있다.
이와 같이 알루미늄 박막에 형성된 복합 산화물 유전체는 높은 유전상수와 고절연성의 특성을 나타낸다.
마지막으로, 상술한 단계 1 내지 단계 3을 거쳐 알루미늄 박막에 순차적으로 형성된 산화 알루미늄(Al2O3)층, Al-M(금속기) 산화물층 및 고유전체층에 대해 열처리를 수행한다(단계 4).
본 발명의 일 실시형태에 있어서, 상기 단계 4에서 알루미늄 박막에 대한 열처리하는 과정은 전기로에서 400～560 ℃에서 1～4시간 동안 수행되는 것이 바람직하다.
이와 같이 단계 4에서 복합 산화물 유전체가 형성된 알루미늄 박막에 대해 열처리를 수행함으로써 복합 산화물 유전체의 결정성을 증가시킴으로써 두께당 내전압을 증가시킬 수 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
3ml의 N, N- 디메틸포름아미드(DMF)에 0.005M NbCl5 (99 %, Aldrich)을 첨가하고 초음파처리하여 5 분 동안 혼합시킨 후 과산화수소 0.05M 첨가하고 초음파처리하여 5 분 동안 화합물을 형성시켜 혼합용액을 제조하였다. 이후 상기 혼합용액에 2:1 부피 비율로 혼합한 정제수와 메탄올 혼합용액을 조금씩 첨가시키고 다시 5 분 동안 초음파처리하여 1℃의 온도에서 보관하여 전해액을 제조하였다. 이후 음극판으로 피도금막이 형성될 알루미늄 박막과 양극판의 백금 전극막을 평행이 되게 3cm 거리를 두고 마주보게 하여 전해액에 넣은 뒤, 1℃ 에서 25 mA/cm2의 전류밀도를 가해주면서 1 시간동안 음극전기도금을 수행하였다. 상기 전해액에서는 금속 이온(Nb5 +)이 알루미늄 박막으로 이동하여 가수분해되어 알루미늄 박막 상에 Nb2O5가 형성되었다. 이후 상기 전해액에 85℃의 1.25M 붕산(H3BO3)을 첨가한 후, 1mA로 양극산화과정을 수행하였다. 양극산화과정에서 전압을 500V까지 상승시킨 후 10 분동안 유지한 후 전류공급을 중단하였다. 상기 음극전기도금 및 양극산화과정을 수행하여 알루미늄 박막에 순차적으로 형성된 산화 알루미늄(Al2O3)층, Al-M(금속기) 산화물층 및 고유전체층에 대해 550℃에서 전기로에서 1 시간동안 열처리를 수행하여 본 발명에 따른 복합 산화물 유전체가 형성된 알루미늄 박막을 제조하였다.
도 2는 본 발명에 따른 실시예에서 음극전기도금 과정을 수행한 후 알루미늄 박막 상에 고유전체층(Nb2O5)이 형성된 상태를 나타내는 주사전자현미경 사진(상부) 및 고유전체층(Nb2O5)이 형성된 알루미늄 박막에 대한 사진(하부)이다. 도 3은 본 발명에 따른 실시예에서 음극전기도금 과정을 수행한 후 양극산화과정을 수행하여 알루미늄 박막에 순차적으로 형성된 산화 알루미늄(Al2O3)층, Al-M(금속기) 산화물층 및 고유전체층(Nb2O5)이 형성된 상태의 단면을 촬영한 주사전자현미경 사진(상부) 및 산화 알루미늄(Al2O3)층, Al-M(금속기) 산화물층 및 고유전체층(Nb2O5)이 순차적으로 형성된 알루미늄 박막에 대한 사진(하부)이다. 도 2 및 도 3에 나타난 바와 같이, 본 발명에 따라 음극전기도금 과정을 수행한 후 양극산화과정을 수행하는 경우, 알루미늄 박막 상에 알루미늄(Al2O3)층, Al-M(금속기) 산화물층 및 고유전체층(Nb2O5)과 같이 총 3개로 형성되는 복합 산화물 유전체가 형성됨을 알 수 있다.
시험예
-
XPS
(x-
ray
photoelectron
spectroscopy
) 분석
본 발명의 실시예 1에서 음극전기 도금과 양극산화과정을 수행하여 형성된 복합 산화물 유전체에 대한 특성을 평가하기 위해 XPS로 분석하여 도 4에 나타내었다. Nb 3d5 /2 peak를 보면 음극전기 도금 후에는 207 eV 정도 되나 양극산화를 거치면서 Nb2O5가 형성된 207.5 eV에 peak가 나타났으며 이것은 음극전기도금을 이후 형성된 수분이 많은 니오븀 옥사이드가 양극산화 과정을 통해 OH-와 O2 -와 충분한 확산과정과 반응에 의해 Nb-O의 결합도가 커지고 따라서 Nb2O5가 형성된 것을 확인할 수 있었다.
이상 본 발명을 바람직한 실시예에 대해서 설명하지만, 본 발명은 상술한 특정 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 그 기술적 사상을 벗어나지 않고 다양하게 변형 실시할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 권리범위는 특정 실시예가 아니라, 첨부된 특허청구범위에 의해 정해지는 것으로 해석되어야 한다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
100 : 알루미늄 박막 110 : 산화 알루미늄층
120 : Al-M 산화물층 130 : 고유전체층
100 : 알루미늄 박막 110 : 산화 알루미늄층
120 : Al-M 산화물층 130 : 고유전체층
Claims (11)
- 유기용매에 니오븀 전구체, 탄탈륨 전구체, 티타늄 전구체 및 지르코늄 전구체로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 0.001～0.005 M을 혼합한 후, 0.01～0.1M의 과산화수소를 첨가하여 초음파처리하고, 정제수와 메탄올을 2:1 부피로 혼합한 혼합용액을 첨가하여 초음파처리함으로써 전해액을 제조하는 단계(단계 1);
상기 전해액 내에 알루미늄 박막과 양극판을 설치한 후 전류를 인가하여 음극전기도금을 수행함으로써 알루미늄 박막에 고유전체층을 형성하는 단계(단계 2);
상기 단계 2에서 형성된 고유전체층이 형성된 알루미늄 박막에 대해 양극산화과정을 수행하여 알루미늄 박막과 고유전체층 계면 사이에 산화 알루미늄(Al2O3)층 및 Al-M(금속기) 산화물층을 형성하는 단계(단계 3); 및
상기 단계 1 내지 단계 3을 거쳐 알루미늄 박막에 순차적으로 형성된 산화 알루미늄(Al2O3)층, Al-M(금속기) 산화물층 및 고유전체층에 대해 열처리하는 단계(단계 4)를 포함하는 음극전기도금과 양극산화에 의해 복합 산화물 유전체가 형성된 알루미늄 박막의 제조방법.
- 삭제
- 청구항 1에 있어서,
상기 유기용매는 N,N-디메틸포름아미드인 것을 특징으로 하는 음극전기도금과 양극산화에 의해 복합 산화물 유전체가 형성된 알루미늄 박막의 제조방법.
- 청구항 1에 있어서,
상기 니오븀 전구체로는 NbCl5 또는 NbOCl3을 사용하며, 탄탈륨 전구체로는 TaCl4을 사용하며, 티타늄 전구체로는 TiCl4을 사용하며, 지르코늄 전구체로는 ZrOCl2?8H2O을 사용하는 것을 특징으로 하는 음극전기도금과 양극산화에 의해 복합 산화물 유전체가 형성된 알루미늄 박막의 제조방법.
- 청구항 1에 있어서,
상기 단계 2에서 음극전기도금은 1～20 ℃에서 1～50 mA/cm2의 전류밀도를 가하여 10분 내지 1시간 동안 수행되는 것을 특징으로 하는 음극전기도금과 양극산화에 의해 복합 산화물 유전체가 형성된 알루미늄 박막의 제조방법.
- 청구항 1에 있어서,
상기 단계 2에서 알루미늄 박막에 형성되는 고유전체층은 20～200 nm 두께로 형성되는 것을 특징으로 하는 음극전기도금과 양극산화에 의해 복합 산화물 유전체가 형성된 알루미늄 박막의 제조방법.
- 청구항 1에 있어서,
상기 단계 2에서 양극판으로 백금 전극막을 사용하는 것을 특징으로 하는 복합 산화물 유전체가 형성된 알루미늄 박막의 제조방법.
- 청구항 1에 있어서,
상기 단계 3에서 양극산화과정은 상기 전해액에 붕산(H3BO3)을 첨가한 후 1～10 mA/cm2 조건에서 100～600 V의 전압을 인가하여 수행되는 것을 특징으로 하는 음극전기도금과 양극산화에 의해 복합 산화물 유전체가 형성된 알루미늄 박막의 제조방법.
- 청구항 1에 있어서,
상기 단계 3에서 양극산화과정은 상기 전해액에 아디픽산 암모늄을 첨가한 후 5～10 mA/cm2 조건에서 100～200 V의 전압을 인가하여 수행되는 것을 특징으로 하는 음극전기도금과 양극산화에 의해 복합 산화물 유전체가 형성된 알루미늄 박막의 제조방법.
- 청구항 1에 있어서,
상기 단계 3에서 양극산화과정은 상기 전해액에 인산 암모늄을 첨가한 후 1～10 mA/cm2 조건에서 100～200 V의 전압을 인가하여 수행되는 것을 특징으로 하는 음극전기도금과 양극산화에 의해 복합 산화물 유전체가 형성된 알루미늄 박막의 제조방법.
- 청구항 1에 있어서,
상기 단계 4에서 알루미늄 박막에 대한 열처리하는 과정은 전기로에서 400～560℃에서 1～4 시간 동안 수행되는 것을 특징으로 하는 음극전기도금과 양극산화에 의해 복합 산화물 유전체가 형성된 알루미늄 박막의 제조방법.
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