KR20030042483A - 납 마그네슘 니오베이트/납 티타네이트 강유전체막 형성용용액 - Google Patents

납 마그네슘 니오베이트/납 티타네이트 강유전체막 형성용용액 Download PDF

Info

Publication number
KR20030042483A
KR20030042483A KR1020010072908A KR20010072908A KR20030042483A KR 20030042483 A KR20030042483 A KR 20030042483A KR 1020010072908 A KR1020010072908 A KR 1020010072908A KR 20010072908 A KR20010072908 A KR 20010072908A KR 20030042483 A KR20030042483 A KR 20030042483A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
acid
lead
solution
titanium
pmn
Prior art date
Application number
KR1020010072908A
Other languages
English (en)
Inventor
김진동
이재만
김세훈
김진호
이상구
Original Assignee
(주) 디엔에프솔루션
(주)아이블포토닉스
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by (주) 디엔에프솔루션, (주)아이블포토닉스 filed Critical (주) 디엔에프솔루션
Priority to KR1020010072908A priority Critical patent/KR20030042483A/ko
Publication of KR20030042483A publication Critical patent/KR20030042483A/ko

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B3/00—Insulators or insulating bodies characterised by the insulating materials; Selection of materials for their insulating or dielectric properties
    • H01B3/18—Insulators or insulating bodies characterised by the insulating materials; Selection of materials for their insulating or dielectric properties mainly consisting of organic substances
    • H01B3/20—Insulators or insulating bodies characterised by the insulating materials; Selection of materials for their insulating or dielectric properties mainly consisting of organic substances liquids, e.g. oils
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B19/00—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing insulators or insulating bodies
    • H01B19/04—Treating the surfaces, e.g. applying coatings
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B3/00—Insulators or insulating bodies characterised by the insulating materials; Selection of materials for their insulating or dielectric properties
    • H01B3/02—Insulators or insulating bodies characterised by the insulating materials; Selection of materials for their insulating or dielectric properties mainly consisting of inorganic substances
    • H01B3/025—Other inorganic material
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B3/00—Insulators or insulating bodies characterised by the insulating materials; Selection of materials for their insulating or dielectric properties
    • H01B3/02—Insulators or insulating bodies characterised by the insulating materials; Selection of materials for their insulating or dielectric properties mainly consisting of inorganic substances
    • H01B3/10—Insulators or insulating bodies characterised by the insulating materials; Selection of materials for their insulating or dielectric properties mainly consisting of inorganic substances metallic oxides

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)

Abstract

본 발명은 기판상에 PMN/PT 강유전체막을 형성하기 위한 PMN/PT 강유전체막 형성용 용액에 관한 것이다. 본 발명의 용액은 강유전체를 구성하는 납, 마그네슘, 니오븀, 티타늄 금속의 유기금속화합물; 특정한 유기산 및 특정한 유기배위화합물 중 하나 이상; 물; 및 유기용매를 함유하는 것을 특징으로 한다. 본 발명의 강유전체막 형성용 용액은 기존의 용액에 비하여 시간이 경과하여도 결정의 석출이나 겔화가 생기지 않으며, 특히 상온에서 시간의 경과에 따른 용액의 점도 변화를 나타내지 않아 안정적이고 재현성이 우수한 특성을 갖는다. 또한, 기판상에 강유전체막을 형성시켰을 때 코팅면이 균일한 특성을 갖는다.

Description

납 마그네슘 니오베이트/납 티타네이트 강유전체막 형성용 용액 {CHEMICAL SOLUTION OF LEAD MAGNESIUM NIOBATE/LEAD TITANATE FOR FERROELECTRIC THIN FILM}
본 발명은 기판, 기본적으로는 백금 전극이 코팅된 기판상에 납, 마그네슘, 니오븀, 티타늄의 복합 산화물인 납 마그네슘 니오베이트 (Lead Magnesiun Niobate; PMN)/납 티타네이트 (Lead Titanate; PT) 강유전체막을 형성하기 위한 PMN/PT 강유전체막 형성용 용액을 제공하는 것이다. 본 발명의 용액은 강유전체를 구성하는 납, 마그네슘, 니오븀, 티타늄 금속의 유기금속화합물; 특정한 유기산 및 특정한 유기배위화합물 중 하나 이상; 물; 및 유기용매를 함유하는 것을 특징으로 한다.
납 지르코네이트 티타네이트 (Lead Zirconate Titanate; PZT)는 매우 우수한 특성을 갖는 강유전체 박막을 형성하는 것으로 알려져 있으며, 이의 응용을 위해 많은 연구가 진행 중이다. 그러나, PZT 박막을 MEMS (Microelectronic Mechanical System)용 구동소자에 적용하는 경우에 있어서는 전기 기계적인 측면에서 히스테리시스 루프 (Hysterisis loop)상(분극-전압 곡선)의 변위특성이 크고, 히스테리시스 로스(Hysterisis loss)가 크기 때문에 매우 정밀하고 미세한 구동소자에서 적은 구동 전압으로 큰 변위를 얻기가 어렵다. 이러한 문제를 해결하기 위하여 납, 마그네슘, 니오븀, 티타늄의 복합 산화물인 PMN/PT 강유전체 재료에 대한 연구가 많이 진행되고 있다. 실제로, PMN/PT는 고유전성, 강유전성, 압전(壓電)성 등의 성질을 갖고 있기 때문에 그 박막은 콘덴서, 센서, 액추에이터, 켄틸레버 등에 이용되고 있다.
일반적으로 강유전체막 제조용 용액은, 강유전체를 이루는 금속성분의 금속알콕시드 유기금속화합물을 유기용매 중에서 반응시킨 후 가수분해하여 제조하고 있으나, 이와 같은 제조법으로 제조된 PMN/PT 강유전체막 형성용 용액은 시간이 경과함에 따라 결정의 석출이나 겔 (gel)화가 발생하기 쉽다. 또한, 이런 현상이 생기지 않는 경우에도 시간의 경과에 따라 용액의 점도가 변화하게 된다. 점도가 커지거나 작아지면 기판상에 균일하게 용액을 도포할 수 없게 되고, 막의 형성시에얻어지는 막의 두께가 변화하게 되는 단점들을 나타낸다. 따라서, 당업계에서는 상기한 바와 같은 문제점을 극복하고 안정된 박막을 형성할 수 있는 용액을 조제하는 것에 대한 요구가 지속적으로 존재하였다.
본 발명자들은 박막 형성용 용액의 상태로 결정의 석출이나 겔화가 생기는 일이 없고, 특히 상온에서 시간 경과에 따른 용액점도의 변화가 적고, 기판상에 도포하고 건조시켜 소결시 코팅면이 균일한 강유전체막을 형성할 수 있는 안정하고 재현성있는 코팅 용액을 얻기 위해 예의 연구를 거듭하였다. 그 결과, 납 마그네슘 니오베이트/납 티타네이트 강유전체막의 성분이 되는 금속의 알콕싸이드 등의 유기금속화합물과 유기용매 및 물로 조제되는 용액에, 특정한 유기산, 또는 유기금속화합물과 배위하여 안정한 유기금속배위화합물을 만들어 주는 특정한 유기배위화합물을 첨가함으로써 상기 목표가 달성될 수 있음을 발견했다 (도 1 참조).
도 1은 본 발명에 따른 PMN/PT 형성용 용액에 대한 제조예를 나타내는 도면이다.
도 2 내지 도 7은 본 발명에 따른 실시예 1 내지 6의 강유전체막 형성용 용액에 의해 형성된 강유전체막의 X선 회절분석도이다.
도 8은 본 발명에 따르는 실시예 1의 용액에 의해 형성된 강유전체막의 표면에 대한 전자현미경 촬영도이다.
도 9는 본 발명에 따르지 않는 비교예 1의 용액에 의해 형성된 강유전체막의 표면에 대한 전자현미경 촬영도이다.
본 발명의 용액은 강유전체를 구성하는 납, 마그네슘, 니오븀, 티타늄 금속의 유기금속화합물; 특정한 유기산 및 유기배위화합물 중 하나 이상; 및 유기용매를 함유하는 것을 특징으로 한다.
구체적으로는, 본 발명의 용액은
(a) 강유전체를 구성하는 납, 마그네슘, 니오븀, 티타늄 금속의 유기금속화합물;
(b) 4-메톡시페닐아세틱엑씨드, 싸이크로헥산프로피오닉엑씨드, 4-메틸싸이크로헥산아세틱엑씨드, 2-옥타노익엑씨드, 3-싸이크로펜틸프로피오닉엑씨드, 6-헵테노익엑씨드, 2-메틸헥사노익엑씨드, 2,2-다이메틸부틸릭엑씨드, 헥사노익엑씨드, 아이소발러릭엑씨드, 메톡시아세틱엑씨드, 아이소부틸릭엑씨드, 프로피오닉엑씨드, 아세틱엑씨드, 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 유기산; 및 모노에탄올아민, 디에탄올아민, 트리에탄올아민, 피리딘 등의 아민류, 벤조일아세톤, 아세틸아세톤, 디벤조일아세톤 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 유기배위화합물 중 하나 이상;
(c) 물; 및
(d) 유기용매
를 함유한다.
유기용매, 유기금속화합물, 물, 유기산 또는 유기배위화합물로 조제되는 용액이란 유기용매에 유기금속화합물이 용해되거나 알코올교환반응 (유기금속화합물과 유기용매와의 반응), 복합 알콕싸이드화 반응 (알코올 교환반응의 생성물과 유기금속화합물과의 반응이나 유기금속 화합물간의 반응), 금속원자에 유기용매의 배위등에 의한 반응, 유기금속화합물과 유기산과의 반응, 유기금속화합물과 유기배위화합물과의 반응 생성물이 유기용매에 용해되어 있는 용액 그리고 유기금속화합물이 물과 반응하여 가수분해 반응으로 생성된 화합물 용액 등의 유기금속화합물의 성분을 함유하는 용액을 의미한다.
상기한 용액이 유기금속화합물과 유기배위화합물과의 반응 생성물, 또는 유기금속화합물과 유기산과의 반응생성물을 함유하고 있어 결정의 석출이나 겔화가방지되는 효과를 나타낼 수 있다.
발명의 실시예에 의해 뒷받침되고 있듯이, 본 발명에 따른 특정한 유기산이나 유기배위화합물을 사용하는 한 이들은 선택적으로, 또는 혼합사용되어도 본 발명에서 원하는 효과를 얻을 수 있다.
본 발명에 있어서, 전술한 유기산은 PMN/PT 강유전체의 납 유기금속화합물의 몰수를 1로 하였을 때, 그 몰비가 10∼50이 되도록 첨가하는 것이 바람직하며, 좀 더 좀더 바람직하게는 25∼35 사이가 되는 것이 좋다. 유기산의 첨가량이 과다하면 보존안정성이 우수한 용액을 얻을 수 없고, 코딩면이 균일하지 않는 문제점을 가지며, 그 양이 과소하면 역시 용액의 보존안정성이 떨어지고 결정의 석출이 생기기 쉽다.
유기배위화합물에 대해서는 전술한 납 유기금속화합물의 몰수를 1로 하였을 때 그 몰비가 0.1∼10이 되도록 첨가하는 것이 바람직하다. 유기배위화합물의 첨가량이 과다하면 보존안정성이 우수한 용액을 얻을 수 없고, 코딩면이 균일하지 않는 문제점을 가지며, 그 양이 과소하면 역시 용액의 보존안정성이 떨어지고 결정의 석출이 생기기 쉽다.
또한, PMN/PT 강유전체를 구성하는 유기금속화합물의 가수분해 반응을 유도하기 위한 물의 양은 납 유기금속화합물의 몰 수를 1로 하여 그 몰비가 1∼10이 되는 것이 바람직하고, 좀더 바람직하게는 3∼6이 적당하다. 물의 양이 과소하면 코팅면이 균일하지 않고, 그 양이 과다하면, 겔화하기 쉬우며, 보존안정성이 우수한 용액을 얻을 수 없다.
PMN/PT 강유전체 박막 형성용 용액을 구성하는 금속의 유기금속화합물로서는 다음과 같은 화합물이 사용된다.
우선 납 유기금속화합물로서는 납디메톡시드, 납디에톡시드, 납디부톡시드 등의 납알콕시드 및 아세트산납삼수화물, 무수아세트산납, 2-에틸헥산산납, n-옥탄산납, 나프텐산납 등을 들 수가 있다. 그 중에서도 아세트산납삼수화물, 무수아세트산납이 용이하게 입수될 수 있으므로 바람직하다.
마그네슘 유기금속화합물로서는 마그네슘아세테이트테트라하이드레이트, 마그네슘에톡싸이드, 마그네슘메톡싸이드 등이 있으며, 그 중에서도 마그네슘에톡싸이드가 용이하게 입수될 수 있으므로 바람직하다.
니오븀 유기금속화합물로는 니오븀에톡싸이드가 용이하게 입수 할 수 있으므로 바람직하다.
티타늄 유기금속화합물로서는 티타늄 트리메톡시드, 티타늄 트리에톡시드, 티타늄 트리프로폭시드, 티타늄 트리부톡시드등의 티타늄 알콕시드 및 아세트산 티타늄 1.5수화물, 무수아세트산 티타늄 등을 들 수가 있다. 이중에서도 티타늄 트리프로폭시드, 티타늄 트리부톡시드, 아세트산 티타늄 1.5수화물 등이 용이하게 입수되므로 바람직하다.
유기용매로서는 메틸알코올, 에틸알코올, 이소프로필알코올, n-프로필알코올, n-부틸알코올, 에틸렌글리콜, 프로필렌글리콜, 부틸렌글리콜, 헥실렌글리콜, 디에틸렌글리콜, 디프로필렌글리콜, 디헥실렌글리콜, 2-메톡시에탄올, 2-에톡시에탄올, 2-부톡시에탄올, 2-프로폭시에탄올, 1-메톡시-2-프로판올, 1-에톡시-2-프로판올, 1-부톡시-2-프로판올, 1,2-디메톡시에탄, 1,2-디에톡시에탄, 1,2-디프로폭시에탄, 1,2-디부톡시에탄, 2-(2-메톡시에톡시)에탄올, 2-(2-에톡시에톡시)에탄올, 2-(2-부톡시에톡시)에탄올, 1-부톡시에톡시프로판올, 1-(2-메톡시프로폭시)-2-프로판올, 1-(2-에톡시프로폭시)-2-프로판올등을 들수가 있다. 이들 유기용매는 단독으로도, 2종이상을 혼합해서도 사용할 수가 있다.
[실시예]
하기에서, 본 발명에 따른 강유전체막 형성용 용액 (실시예 1 내지 6) 및 본 발명에 따르지 않는 강유전체막 형성용 용액 (비교예 1 내지 3)을 각각 제조한 후, 항온실습실에서 장기 보관 후 유관검사 및 박막의 코팅 실험을 수행하여 그 결과를 평가하였다. 박막의 평가는 제조된 박막의 표면과 단면의 전자현미경을 촬영하여 박막이 균일하게 구성되어 있는 지를 보고 수행할 수 있다. 또한, 각각의 실시예에서 제조한 용액을 이용하여 형성시킨 강유전체막에 대해 X선 회절분석을 실시하였다 (도 2 내지 도 7 참조). 참고로, 본 발명은 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.
1) 유관 검사 실험 : 강유전체 박막용 용액을 담은 밀봉된 용기를 25 ℃, 상대습도 50의 항온실습실에서 보관하여 겔화나 결정의 석출이 발생하였는지를 유관으로 평가한다.
2) 박막의 코팅 실험 : 강유전체 박막용 용액을 스핀 코팅기를 사용하여 2000 회전수/분으로 회전하여 스핀 도포한다.
실시예 1
2-메톡시에탄올 1000g중에 아세트산납삼수화물 1몰을 넣고 가열 환류하여 균일하게 녹인 다음 상온으로 냉각하여 용액(A1)을 조제하였다. 한편 마그네슘에톡싸이드 0.3몰과 니오븀에톡싸이드 0.6몰 그리고 티타늄 트리프로폭시드 0.1몰을 아세틱엑씨드 1100g중에 넣고 상온에서 균일하게 녹여 용액(B1)를 조제하였다. 그 후 용액(A1)과 용액(B1)을 혼합해서 반응시킨 후 실온에서 트리에탄올아민 9몰, 물 2몰을 첨가해서 실온에서 가수분해반응을 행한 후 0.22㎛의 필터로 여과시켜서 PMN/PT 강유전체 막형성용의 용액을 조제했다.
이 용액은 상온에서 6개월이 경과해도 시간경과 변화에 의한 결정의 석출이나 겔화가 보이지 않고, 또한 시간 경과에 따른 용액 점도의 변화도 거의 없어 보존안정성이 우수한 것이 확인되었다.
이어서 이 용액을 Pt/Ti/SiO2/Si 기판상에 스핀코팅하여 산소분위기에서 크린오븐 중에서 350℃, 3분간 1차 열처리시켰다. 그리고 RTP (Rapid Thermal Process)법을 이용하여 산소분위기 하에서 750℃에서 5분간 2차 소성을 행하여 1000Å 두께의 PMN/PT 강유전체막을 형성시켰다. 이 막을 X선 회절분석한 결과 도 2에 나타나는 X선 회절패턴이 얻어졌으며 강유전체 특유의 페로브스카이트 구조의 막인 것이 확인되었다. 도 2에서 가로축은 회절각 2θ, 세로축은 그 강도를 나타내고 있다.
도 8은 상기 용액에 의해 형성된 강유전체막의 표면을 전자현미경으로 촬영한 사진으로서, 강유전체막의 코팅면이 균일하게 형성된 것을 볼 수 있다.
실시예 2
2-메톡시에탄올 200g중에 아세트산납삼수화물 1몰을 넣고 가열 환류하여 균일하게 녹인 다음 상온으로 냉각하여 용액(A1)을 조제하였다. 한편 마그네슘에톡싸이드 0.3몰과 니오븀에톡싸이드 0.6몰 그리고 티타늄 트리프로폭시드 0.1몰을 아세틱엑씨드 2000g중에 넣고 상온에서 균일하게 녹여 용액(B1)를 조제했다. 그후 용액(A1)과 용액(B1)을 혼합해서 반응시킨 후 실온에서 프로피오닉엑씨드 5몰을 첨가해서 실온에서 가수분해반응을 행한 후 0.22㎛의 필터로 여과시켜서 PMN/PT 강유전체 막형성용의 용액을 조제했다.
이 용액은 6개월이 경과해도 시간경과 변화에 의한 결정의 석출이나 겔화가 보이지 않고, 또한 시간 경과에 따른 용액점도의 변화도 거의 없어 보존안정성이 우수한 것이 확인되었다.
이어서 이 용액을 Pt/Ti/SiO2/Si 기판상에 스핀코팅하여 산소분위기에서 크린오븐중에서 350℃, 3분간 1차 열처리시켰다. 그리고 RTP법을 이용하여 산소분위기 하에서 750℃에서 5분간 2차 소성을 행하여 1000Å의 PMN/PT 강유전체막을 형성시켰다. 이 막을 X선회절분석한 결과 도 3에 나타나는 X선회절패턴이 얻어졌으며, 강유전체 특유의 페로브스카이트 구조의 막인 것이 확인되었다.
실시예 3
2-메톡시에탄올 200g중에 아세트산납삼수화물 1몰을 넣고 가열 환류하여 균일하게 녹인 다음 상온으로 냉각하여 용액(A1)을 조제하였다. 한편 마그네슘에톡싸이드 0.3몰과 니오븀에톡싸이드 0.6몰 그리고 티타늄 트리프로폭시드 0.1몰을 에틸렌글리콜 2000g중에 넣고 상온에서 균일하게 녹여 용액(B1)를 조제했다. 그후 용액(A1)과 용액(B1)을 혼합해서 반응시킨 후 실온에서 트리에탄올아민 5몰을 첨가해서 실온에서 가수분해반응을 행한 후 0.22㎛의 필터로 여과시켜서 PMN/PT 강유전체 막형성용의 용액을 조제했다.
이 용액은 6개월이 경과해도 시간경과 변화에 의한 결정의 석출이나 겔화가 보이지 않고, 또한 시간 경과에 따른 용액점도의 변화도 거의 없어 보존안정성이 우수한 것이 확인되었다.
이어서 이 용액을 Pt/Ti/SiO2/Si 기판상에 스핀코팅하여 산소분위기에서 크린오븐중에서 350℃, 3분간 1차 열처리시켰다. 그리고 RTP법을 이용하여 산소분위기 하에서 750℃에서 5분간 2차 소성을 행하여 1000Å의 PMN/PT 강유전체막을 형성시켰다. 이 막을 X선회절분석한 결과 도 4에 나타나는 X선 회절패턴이 얻어졌으며 강유전체 특유의 페로브스카이트 구조의 막인 것이 확인되었다.
실시예 4
아세틱엑씨드 200g중에 아세트산납삼수화물 1몰을 넣고 가열 환류하여 균일하게 녹인 다음 상온으로 냉각하여 용액(A1)을 조제하였다. 한편 마그네슘에톡싸이드 0.3몰과 니오븀에톡싸이드 0.6몰 그리고 티타늄 트리프로폭시드 0.1몰을 아세틱엑씨드 2000g중에 넣고 상온에서 균일하게 녹여 용액(B1)를 조제했다. 그후 용액(A1)과 용액(B1)을 혼합해서 반응시킨 후 실온에서 프로피오닉엑씨드 5몰을 첨가해서 실온에서 가수분해반응을 행한 후 0.22㎛의 필터로 여과시켜서 PMN/PT 강유전체 막형성용의 용액을 조제했다.
이 용액은 6개월이 경과해도 시간경과 변화에 의한 결정의 석출이나 겔화가 보이지 않고, 또한 시간의 경과에 따른 용액점도의 변화도 거의 없어 보존안정성이 우수한 것이 확인되었다.
이어서 이 용액을 Pt/Ti/SiO2/Si 기판상에 스핀코팅하여 산소분위기에서 크린오븐중에서 350℃, 3분간 1차 열처리시켰다. 그리고 RTP법을 이용하여 산소분위기 하에서 750℃에서 5분간 2차 소성을 행하여 1000Å의 PMN/PT 강유전체막을 형성시켰다. 이 막을 X선회절분석한 결과 도 5에 나타나는 X선회절패턴이 얻어졌으며 강유전체 특유의 페로브스카이트 구조의 막인 것이 확인되었다.
실시예 5
에틸렌글리콜 200g중에 아세트산납삼수화물 1몰을 넣고 가열 환류하여 균일하게 녹인 다음 상온으로 냉각하여 용액(A1)을 조제하였다. 한편 마그네슘에톡싸이드 0.3몰과 니오븀에톡싸이드 0.6몰 그리고 티타늄 트리프로폭시드 0.1몰을 아세틱엑씨드 2000g중에 넣고 상온에서 균일하게 녹여 용액(B1)를 조제했다. 그후 용액(A1)과 용액(B1)을 혼합해서 반응시킨 후 실온에서 트리에탄올아민 5몰을 첨가해서 실온에서 가수분해반응을 행한 후 0.22㎛의 필터로 여과시켜서 PMN/PT 강유전체막형성용의 용액을 조제했다.
이 용액은 6개월이 경과해도 시간경과 변화에 의한 결정의 석출이나 겔화가 보이지 않고, 또한 시간의 경과에 따른 용액점도의 변화도 거의 없어 보존안정성이 우수한 것이 확인되었다.
이어서 이 용액을 Pt/Ti/SiO2/Si 기판상에 스핀코팅하여 산소분위기에서 크린오븐중에서 350℃, 3분간 1차 열처리시켰다. 그리고 RTP법을 이용하여 산소분위기 하에서 750℃에서 5분간 2차 소성을 행하여 1000Å의 PMN/PT 강유전체막을 형성시켰다. 이 막을 X선회절분석한 결과 도 6에 나타나는 X선회절패턴이 얻어졌으며 강유전체 특유의 페로브스카이트 구조의 막인 것이 확인되었다.
실시예 6
에틸렌글리콜 200g중에 아세트산납삼수화물 1몰을 넣고 가열 환류하여 균일하게 녹인 다음 상온으로 냉각하여 용액(A1)을 조제하였다. 한편 마그네슘에톡싸이드 0.3몰과 니오븀에톡싸이드 0.6몰 그리고 티타늄 트리프로폭시드 0.1몰을 아세틱엑씨드 2000g중에 넣고 상온에서 균일하게 녹여 용액(B1)를 조제했다. 그후 용액(A1)과 용액(B1)을 혼합해서 반응시킨 후 실온에서 아세틸아세톤 5몰을 첨가해서 실온에서 가수분해반응을 행한 후 0.22㎛의 필터로 여과시켜서 PMN/PT 강유전체 막형성용의 용액을 조제했다.
이 용액은 6개월이 경과해도 시간경과 변화에 의한 결정의 석출이나 겔화가보이지 않고, 또한 시간의 경과에 따른 용액점도의 변화도 거의 없어 보존안정성이 우수한 것이 확인되었다.
이어서 이 용액을 Pt/Ti/SiO2/Si 기판상에 스핀코팅하여 산소분위기에서 크린오븐중에서 350℃, 3분간 1차 열처리시켰다. 그리고 RTP법을 이용하여 산소분위기 하에서 750℃에서 5분간 2차 소성을 행하여 1000Å의 PMN/PT 강유전체막을 형성시켰다. 이 막을 X선회절분석한 결과 도 7에 나타나는 X선회절패턴이 얻어졌으며 강유전체 특유의 페로브스카이트 구조의 막인 것이 확인되었다.
비교예 1
2-메톡시에탄올 1000g중에 아세트산납삼수화물 1몰을 넣고 가열 환류하여 균일하게 녹인 다음 상온으로 냉각하여 용액(A1)을 조제하였다. 한편 마그네슘에톡싸이드 0.3몰과 니오븀에톡싸이드 0.6몰 그리고 티타늄 트리프로폭시드 0.1몰을 2-메톡시에탄올 1100g중에 넣고 상온에서 균일하게 녹여 용액(B1)를 조제했다. 그후 용액(A1)과 용액(B1)을 혼합해서 반응시킨 후 실온에서 트리에탄올아민 9몰, 물 2몰을 첨가해서 실온에서 가수분해반응을 행한 후 0.22㎛의 필터로 여과시켜서 PMN/PT 강유전체 막형성용의 용액을 조제했다
그러나 이 용액은 조제후 10일로 결정이 석출되었다. 즉 이 용액은 본 발명에 따른 유기산과 유기배위화합물이 적절하게 첨가되어 있지 않으므로 보존안정성이 나쁘고 실용적이 아니었다.
이어서 이 용액을 Pt/Ti/SiO2/Si기판상에 스핀코팅하여 산소분위기에서 크린오븐중에서 350℃, 3분간 1차 열처리시켰다. 그리고 RTP법을 이용하여 산소분위기 하에서 750℃에서 5분간 2차 소성을 행하여 1000Å의 PMN/PT 강유전체막을 형성시켰다. 도 9는 이 막의 표면을 전자현미경으로 촬영한 사진으로서, 박막이 불균일하게 형성된 것을 볼 수 있다.
비교예 2
2-메톡시에탄올 1000g중에 아세트산납삼수화물 1몰을 넣고 가열 환류하여 균일하게 녹인 다음 상온으로 냉각하여 용액(A1)을 조제하였다. 한편 마그네슘에톡싸이드 0.3몰과 니오븀에톡싸이드 0.6몰 그리고 티타늄 트리프로폭시드 0.1몰을 2-메톡시에탄올 1100g중에 넣고 상온에서 균일하게 녹여 용액(B1)를 조제했다. 그후 용액(A1)과 용액(B1)을 혼합해서 반응시킨 후 실온에서 아세틱엑씨드 9몰과 파이라졸 9몰, 물 2몰을 첨가해서 실온에서 가수분해반응을 행한 후 0.22㎛의 필터로 여과시켜서 PMN/PT 강유전체 막형성용의 용액을 조제했다
그러나 이 용액은 조제 후 10일로 결정이 석출되었다. 즉 이 용액은 본 발명에 따른 유기산과 유기배위화합물이 적절하게 첨가되어 있지 않으므로 보존안정성이 나쁘고 실용적이 아니었다.
비교예 3
2-메톡시에탄올 1000g중에 아세트산납삼수화물 1몰을 넣고 가열 환류하여 균일하게 녹인 다음 상온으로 냉각하여 용액(A1)을 조제하였다. 한편 마그네슘에톡싸이드 0.3몰과 니오븀에톡싸이드 0.6몰 그리고 티타늄 트리프로폭시드 0.1몰을 2-메톡시에탄올 1100g중에 넣고 상온에서 균일하게 녹여 용액(B1)를 조제했다. 그후 용액(A1)과 용액(B1)을 혼합해서 반응시킨 후 실온에서 헥사노익엑씨드 9몰과 트리에탄올아민 9몰, 물 2몰을 첨가해서 실온에서 가수분해반응을 행한 후 0.22㎛의 필터로 여과시켜서 PMN/PT 강유전체 막형성용의 용액을 조제했다.
이용액은 조제후 1개월이 지나도 결정이 석출되지 않으나 이 용액을 이용하여 코팅 시에는 코팅면이 제대로 형성되지 않아서 실용적으로 사용이 용이하지 않다. 이 용액은 본 발명에 따른 유기산과 유기배위화합물이 적절하게 첨가되어 있지 않으므로 박막특성이 나쁘고 실용적이 아니었다.
본 발명의 PMN/PT 강유전체막 형성용 용액은 기존의 용액에 비하여 시간이 경과하여도 결정의 석출이나 겔화가 생기지 않으며, 시간의 경과에 따른 용액의 점도 변화를 나타내지 않아 안정적이고 재현성이 우수한 특성을 갖는다. 또한, 기판상에 강유전체막을 형성시켰을 때 코팅면이 균일하게 형성되며, 강유전체 특성이 우수하여 MEMS 구동소자 등에 응용할 수 있다.

Claims (7)

  1. (a) 강유전체를 구성하는 납, 마그네슘, 니오븀, 티타늄 금속의 유기금속화합물;
    (b) 4-메톡시페닐아세틱엑씨드, 싸이크로헥산프로피오닉엑씨드, 4-메틸싸이크로헥산아세틱엑씨드, 2-옥타노익엑씨드, 3-싸이크로펜틸프로피오닉엑씨드, 6-헵테노익엑씨드, 2-메틸헥사노익엑씨드, 2,2-다이메틸부틸릭엑씨드, 헥사노익엑씨드, 아이소발러릭엑씨드, 메톡시아세틱엑씨드, 아이소부틸릭엑씨드, 프로피오닉엑씨드, 아세틱엑씨드, 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 유기산; 및 모노에탄올아민, 디에탄올아민, 트리에탄올아민, 피리딘 등의 아민류, 벤조일아세톤, 아세틸아세톤, 디벤조일아세톤 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 유기배위화합물 중 하나 이상;
    (c) 물; 및
    (d) 유기용매
    를 함유함을 특징으로 하는 납 마그네슘 니오베이트/납 티타네이트 (PMN/PT) 강유전체막 형성용 용액.
  2. 제 1항에 있어서, PMN/PT 강유전체의 납 유기금속화합물의 몰 수를 1로 하였을 때, 유기산은 10 내지 50의 몰비로, 유기배위화합물은 0.1 내지 10의 몰비로, 물은 1 내지 10의 몰비로 첨가되는 것을 특징으로 하는 PMN/PT 강유전체막 형성용용액.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 납 유기금속화합물이 납디메톡시드, 납디에톡시드, 납디부톡시드등의 납알콕시드 및 아세트산납삼수화물, 무수아세트산납, 2-에틸헥산산납, n-옥탄산납, 나프텐산납, 및 이들의 혼합물로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 PMN/PT 강유전체막 형성용 용액.
  4. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 마그네슘 유기금속화합물이 마그네슘아세테이트테트라하이드레이트, 마그네슘에톡싸이드, 마그네슘메톡싸이드 및 이들의 혼합물로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 PMN/PT 강유전체막 형성용 용액
  5. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 니오븀 유기금속화합물이 니오븀에톡싸이드 인 것을 특징으로 하는 PMN/PT 강유전체막 형성용 용액.
  6. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 티타늄 유기금속화합물이 티타늄 트리메톡시드, 티타늄 트리에톡시드, 티타늄 트리프로폭시드, 티타늄 트리부톡시드등의 티타늄 알콕시드 및 아세트산 티타늄 1.5수화물, 무수아세트산 티타늄 및 이들의 혼합물로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 PMN/PT 강유전체막 형성용 용액.
  7. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 유기용매가 메틸알코올, 에틸알코올, 이소프로필알코올, n-프로필알코올, n-부틸알코올, 에틸렌글리콜, 프로필렌글리콜, 부틸렌글리콜, 헥실렌글리콜, 디에틸렌글리콜, 디프로필렌글리콜, 디헥실렌글리콜, 2-메톡시에탄올, 2-에톡시에탄올, 2-부톡시에탄올, 2-프로폭시에탄올, 1-메톡시-2-프로판올, 1-에톡시-2-프로판올, 1-부톡시-2-프로판올, 1,2-디메톡시에탄, 1,2-디에톡시에탄, 1,2-디프로폭시에탄, 1,2-디부톡시에탄, 2-(2-메톡시에톡시)에탄올, 2-(2-에톡시에톡시)에탄올, 2-(2-부톡시에톡시)에탄올, 1-부톡시에톡시프로판올, 1-(2-메톡시프로폭시)-2-프로판올, 1-(2-에톡시프로폭시)-2-프로판올 및 이들의 혼합물로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 PMN/PT 강유전체막 형성용 용액.
KR1020010072908A 2001-11-22 2001-11-22 납 마그네슘 니오베이트/납 티타네이트 강유전체막 형성용용액 KR20030042483A (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020010072908A KR20030042483A (ko) 2001-11-22 2001-11-22 납 마그네슘 니오베이트/납 티타네이트 강유전체막 형성용용액

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020010072908A KR20030042483A (ko) 2001-11-22 2001-11-22 납 마그네슘 니오베이트/납 티타네이트 강유전체막 형성용용액

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20030042483A true KR20030042483A (ko) 2003-06-02

Family

ID=29570786

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020010072908A KR20030042483A (ko) 2001-11-22 2001-11-22 납 마그네슘 니오베이트/납 티타네이트 강유전체막 형성용용액

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20030042483A (ko)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4749668A (en) * 1986-06-09 1988-06-07 Murata Manufacturing Co., Ltd. Dielectric ceramic composition
US5393907A (en) * 1992-03-24 1995-02-28 Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd. Coating solution for forming composite metal oxide film and process for making same
JPH09208312A (ja) * 1996-01-26 1997-08-12 Murata Mfg Co Ltd 誘電体磁器組成物
KR19980070256A (ko) * 1997-01-18 1998-10-26 나까네히사시 비스무스 계 강유전체 박막형성용 도포액 및 이것을 사용하여형성한 강유전체 박막, 강유전체 콘덴서, 강유전체 메모리 및이들 제조방법
JPH1160211A (ja) * 1997-08-21 1999-03-02 Rohm Co Ltd 強誘電体膜形成用溶液および強誘電体膜の形成法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4749668A (en) * 1986-06-09 1988-06-07 Murata Manufacturing Co., Ltd. Dielectric ceramic composition
US5393907A (en) * 1992-03-24 1995-02-28 Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd. Coating solution for forming composite metal oxide film and process for making same
JPH09208312A (ja) * 1996-01-26 1997-08-12 Murata Mfg Co Ltd 誘電体磁器組成物
KR19980070256A (ko) * 1997-01-18 1998-10-26 나까네히사시 비스무스 계 강유전체 박막형성용 도포액 및 이것을 사용하여형성한 강유전체 박막, 강유전체 콘덴서, 강유전체 메모리 및이들 제조방법
JPH1160211A (ja) * 1997-08-21 1999-03-02 Rohm Co Ltd 強誘電体膜形成用溶液および強誘電体膜の形成法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0564866B1 (en) Method for making a semiconductor device having an anhydrous ferroelectric thin film
US5188902A (en) Production of PT/PZT/PLZI thin films, powders, and laser `direct write` patterns
US5384294A (en) Sol-gel derived lead oxide containing ceramics
US6485779B1 (en) Solution for forming ferroelectric film and method for forming ferroelectric film
CN106810252B (zh) 用于制备无铅压电材料的前体溶液及方法
JP4329287B2 (ja) Ｐｌｚｔ又はｐｚｔ強誘電体薄膜、その形成用組成物及び形成方法
US20100159128A1 (en) Niobium 2-ethylhexanoate derivative, method of producing the derivative, organic acid metal salt composition containing the derivative, and method of producing thin film using the composition
AU5548290A (en) Preparation of thin film ceramics by sol gel processing
CN1196807C (zh) 无铅锆钛酸钡功能陶瓷薄膜的湿化学法制备技术
KR20030042483A (ko) 납 마그네슘 니오베이트/납 티타네이트 강유전체막 형성용용액
JP4329289B2 (ja) Ｓｂｔ強誘電体薄膜、その形成用組成物及び形成方法
Caruso et al. Synthesis of precursors for chemical solution deposition of PZT thin films
JP2000016812A (ja) 金属酸化物膜の製造方法
JP4329288B2 (ja) Ｂｌｔ又はｂｔ強誘電体薄膜、その形成用組成物及び形成方法
EP0607967B1 (en) Production of thin films of a lead titanate system
JPH08245263A (ja) 酸化物薄膜およびその作製方法
Löbmann et al. Inorganic thin films prepared from soluble powders and their applications
JP2783158B2 (ja) 酸化物薄膜の製造方法
JP3793118B2 (ja) ランタン錯体及びそれを用いたｂｌｔ膜の製造方法
KR20030042482A (ko) 비스무스 란타늄 티타네이트 강유전체막 형성용 용액
RU2159159C2 (ru) Способ получения пьезоэлектрической пленки
JP6796242B2 (ja) 圧電体薄膜形成用塗工液、その製造方法、並びに圧電体薄膜、及びインクジェット記録ヘッド。
JPH05230079A (ja) 有機酸チタン化合物及びその製造方法
JP2964893B2 (ja) 酸化物薄膜の作製方法
US5637346A (en) Process for preparing a thin ferroelectric or para-dielectric oxide film

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E601 Decision to refuse application