KR20100090326A - Multiferroic structure and manufacturing method thereof - Google Patents

Multiferroic structure and manufacturing method thereof Download PDF

Info

Publication number
KR20100090326A
KR20100090326A KR1020090009523A KR20090009523A KR20100090326A KR 20100090326 A KR20100090326 A KR 20100090326A KR 1020090009523 A KR1020090009523 A KR 1020090009523A KR 20090009523 A KR20090009523 A KR 20090009523A KR 20100090326 A KR20100090326 A KR 20100090326A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
ferroelectric
ferromagnetic
rigid structure
powder
composition
Prior art date
Application number
KR1020090009523A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR101024391B1 (en
Inventor
남중희
주용휘
전명표
조정호
김병익
Original Assignee
한국세라믹기술원
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 한국세라믹기술원 filed Critical 한국세라믹기술원
Priority to KR1020090009523A priority Critical patent/KR101024391B1/en
Publication of KR20100090326A publication Critical patent/KR20100090326A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR101024391B1 publication Critical patent/KR101024391B1/en

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32LAYERED PRODUCTS
    • B32BLAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B18/00Layered products essentially comprising ceramics, e.g. refractory products
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/31Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to form insulating layers thereon, e.g. for masking or by using photolithographic techniques; After treatment of these layers; Selection of materials for these layers

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)

Abstract

PURPOSE: A multiferroic structure and a method for manufacturing the same are provided to combine a ferromagnetic composition and a ferroelectric composition by inserting a buffer between the compositions. CONSTITUTION: A first layer is composed of ferroelectric composition(2). A second layer is composed of ferromagnetic composition(3). One or more first layers and one or more second layers are alternately stacked to form a multiferroic structure. A buffer layer(4) is inserted between the first layers and the second layers. The ferromagnetic composition and the ferroelectric composition are mixed to form the buffer layer.

Description

다강성 구조체 및 그 제조방법 {MULTIFERROIC STRUCTURE AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}MULTIFERROIC STRUCTURE AND MANUFACTURING METHOD THEREOF

본 발명은 다강성 구조체 및 그 제조방법에 관한 것으로, 특히 본 발명에 의한 다강성 구조체는 강유전체 조성물로 되는 적어도 하나 이상의 강유전체층과 강자성체 조성물로 되는 적어도 하나 이상의 강자성체층이 교호 적층되며, 이들 각 강유전체층 및 강자성체층 사이마다 상기 강유전체 조성물과 강자성체 조성물의 혼합물로 되는 버퍼층이 각각 삽입되어 구성된다.The present invention relates to a multi-rigid structure and a method of manufacturing the same, in particular, the multi-rigid structure according to the present invention is laminated at least one ferroelectric layer consisting of a ferroelectric composition and at least one ferromagnetic layer consisting of a ferromagnetic composition, each of these ferroelectric A buffer layer, which is a mixture of the ferroelectric composition and the ferromagnetic composition, is inserted between the layers and the ferromagnetic layers, respectively.

최근 연구되기 시작한 다강성(multiferroic) 물질은 강유전성(ferroelectric)과 강자성(ferromagnetic)의 성질을 동시에 함께 갖는 특성 때문에 오직 하나의 물성으로 소자를 구현하였던 종래기술로서는 예상할 수 없었던 새로운 전자소자로 응용될 수 있을 것으로 평가되고 있다.Recently, multiferroic materials, which have been studied, have both ferroelectric and ferromagnetic properties, so they can be used as new electronic devices that could not be predicted by the prior art, which realized the device with only one property. It is estimated to be able.

더 상세히 설명하면, 이러한 다강성 물질은 강유전성(ferroelectric), 반강유전성(antiferroelectric), 강자성(ferromagnetic), 반강자성(antiferromagnetic), 강탄성(ferroelastic) 등과 같은 특성들 중에서 적어도 2개 이상의 거동을 동시에 나타내며, 이에 따라 자기적, 전기적 또는 구조적 질서 파라미터 상호작용을 한다. 예를 들어, 강유전성 특성과 강자성 특성을 동시에 갖는 다강성 물질은 전기장과 자기장으로 전하와 스핀을 조정할 수 있어 특히 메모리소자로서 구현될 경우 자기와 전기로 동시에 읽기와 쓰기가 가능해지고 집적도가 크게 향상될 수 있다. In more detail, these multi-rigid materials simultaneously exhibit at least two or more of the following properties: ferroelectric, antiferroelectric, ferromagnetic, antiferromagnetic, ferroelastic, etc. Therefore, they interact with magnetic, electrical or structural order parameters. For example, a multi-rigid material having both ferroelectric and ferromagnetic properties can control charge and spin with an electric field and a magnetic field, so that when implemented as a memory device, it is possible to read and write simultaneously with magnetism and electricity, and to increase the degree of integration. Can be.

하지만, 현재 다강성 물질에 대한 연구는 아직 초기단계로서 학문적 측면에서 접근되고 있을 뿐, 아직 용도나 제품구현 측면에서 개발되고 있지는 않은 수준이다. 박막의 다강성 물질에 대하여는 자기-전기 소자(magnetoelectric device), 스핀트로닉스(spintronics), 정보저장기기(information storage), 다상메모리(multiple-state memories)에 대한 응용이 타진되고 있고, 후막 또는 벌크 소재(복합체 포함)의 다강성 물질인 경우는 액츄에이터(actuators), 자기센서(magnetic sensors: ac/dc 자계센서, 전류센서), 트렌스포머(transformers), 자이레이터(gyrators), 마이크로파소자(microwave devices: 가변소자(tunable device), 공진기(resonator), 필터(filter))에 대한 응용이 타진되고 있다.However, research on multi-rigid materials is still in its infancy and is being approached from an academic point of view, and is not yet developed in terms of use or product implementation. Thin film rigid materials have applications in magnetoelectric devices, spintronics, information storage, and multiple-state memories. Multi-rigid materials (including composites) include actuators, magnetic sensors (ac / dc magnetic field sensors, current sensors), transformers, gyrators, microwave devices: Applications for tunable devices, resonators, and filters are being explored.

이에, 본 발명은 적어도 하나 이상의 강유전체층과 강자성체층을 포함하여 구성됨으로써 강유전성과 강자성 특성을 동시에 갖는 다강성 구조체 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a multi-rigid structure having a ferroelectric and ferromagnetic properties by including at least one ferroelectric layer and a ferromagnetic layer and a method of manufacturing the same.

이와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 관점에 의한 다강성 구조체는 강유전체로 되는 적어도 하나 이상의 제1층과 강자성체로 되는 적어도 하나 이상의 제2층이 교호 적층되며, 이들 제1층 및 제2층 간에는 상기 강유전체와 상기 강자성체가 혼합된 조성의 버퍼층이 각각 삽입되어 구성될 수 있다. 이때, 상기 강유전체는 (BaxSr1 -x)TiO3 (이때, 0<x≤1) 세라믹스, (PbxSr1 -x)(ZryTi1 -y)O3 (이때, 0<x≤1이고 0<y<1) 세라믹스, (PbxRE1 -x)TiO3 (이때, RE는 희토류이고 0<x≤1) 세라믹스, Pb(MgxNb1 -x)O3 (이때, 0<x<1) 세라믹스 및 ANbO3 (이때, A는 Na, K, Li를 포함하는 알칼리 원소) 세라믹스로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다. 또한, 상기 강자성체는 Ni 페라이트, NiZn 페라이트 및 Co 페라이트로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다. 또한, 상기 버퍼층의 조성에서 상기 강유전체는 전체 조성 대비 50-70wt%로 혼합될 수 있다.In order to achieve the above object, in the multi-rigid structure according to an aspect of the present invention, at least one or more first layers made of ferroelectrics and at least one or more second layers made of ferromagnetic materials are alternately laminated, and these first layers and second A buffer layer having a composition in which the ferroelectric material and the ferromagnetic material are mixed may be inserted between the layers. At this time, the ferroelectric is (Ba x Sr 1 -x ) TiO 3 (At this time 0 <x≤1) ceramics, (Pb x Sr 1 -x ) (Zr y Ti 1 -y ) O 3 (where 0 <x≤1 and 0 <y <1) ceramics, (Pb x RE 1 -x ) TiO 3 Where RE is rare earth and 0 <x≤1) ceramics, Pb (Mg x Nb 1- x ) O 3 (where 0 <x <1) ceramics and ANbO 3 where A is Na, K, Li It may include one or more selected from the group consisting of alkaline element) ceramics. In addition, the ferromagnetic material may include one or more selected from the group consisting of Ni ferrite, NiZn ferrite and Co ferrite. In addition, the ferroelectric in the composition of the buffer layer may be mixed at 50-70wt% relative to the total composition.

또한, 본 발명의 다른 일 관점에 의한 다강성 구조체의 제조방법은 강유전체 분말과 강자성체 분말과 버퍼 분말을 각각 합성하고, 이때 상기 버퍼 분말은 상기 강유전체 분말 및 강자성체 분말을 혼합하여 형성하는 단계와, 상기 강유전체 분말과 강자성체 분말과 버퍼 분말 각각에 폴리머와 분산제와 가소제로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나를 혼합하여 강유전체 페이스트와 강자성체 페이스트와 버퍼 페이스트를 각각 제조하는 단계와, 상기 제조된 강유전체 페이스트와 버퍼 페이스트와 강자성체 페이스트를 각각 테이프 캐스팅하여 형성되는 강유전체 필름과 버퍼 필름과 강자성체 필름을 각각 순서대로 교호 적층하고 이를 적어도 1회 이상 반복하여 적층형 구조체를 형성하는 단계와, 상기 적층형 구조체를 성형하고 소성하는 단계를 포함하여 구성될 수 있다. 이때, 소성시 수축율 등을 제어하기 위하여 상기 강유전체 필름의 조성에만 SiO2, LiF, Li2CO3 및 BN으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 소결조제를 첨가할 수 있고, 상기 소결조제는 상기 강유전체의 전체 조성 대비 0wt%보다 크고 1wt% 이하로 첨가될 수 있다. 이로써, 상기 소성의 온도는 930-1400℃로 될 수 있다. 또한, 상기 소성은 10%의 수소가스가 첨가된 질소분위기와 같은 환원분위기로 될 수도 있다.In addition, the method of manufacturing a multi-rigid structure according to another aspect of the present invention synthesizes a ferroelectric powder, a ferromagnetic powder and a buffer powder, respectively, wherein the buffer powder is formed by mixing the ferroelectric powder and ferromagnetic powder, and Preparing a ferroelectric paste, a ferromagnetic paste, and a buffer paste by mixing ferroelectric powder, ferromagnetic powder, and buffer powder with at least one selected from the group consisting of a polymer, a dispersant, and a plasticizer, respectively, and the ferroelectric paste, the buffer paste, and the ferromagnetic material. Alternately stacking the ferroelectric film, the buffer film, and the ferromagnetic film, each of which is formed by tape-casting the pastes in turn, and repeating at least one or more times to form a laminated structure, and forming and firing the laminated structure. Can be configured. At this time, in order to control the shrinkage during firing, etc., only the composition of the ferroelectric film is SiO 2 , LiF, Li 2 CO 3 And one or more sintering aids selected from the group consisting of BN, and the sintering aids may be added in an amount greater than 0 wt% and less than or equal to 1 wt% based on the total composition of the ferroelectric. As a result, the firing temperature may be 930-1400 ° C. In addition, the calcination may be a reducing atmosphere such as a nitrogen atmosphere to which 10% hydrogen gas is added.

이상과 같은 본 발명에 의하면, 강유전성 특성과 강자성 특성을 동시에 갖는 다강성 구조체에 있어서 강유전체 조성물과 강자성체 조성물이 이종접합되고 이들 간에는 상기 강유전체 조성물과 강자성체 조성물의 혼합물인 버퍼가 삽입됨으로써 소성시 상기 버퍼의 물질들이 고온에서 확산하여 상기 두 조성물질의 접합이 보다 쉽고 견고해지며 상기 두 물질 이외의 다른 물질이 첨가되지 아니하므로 장애가 없 이 우수한 특성을 구현할 수 있다. According to the present invention as described above, in a multi-rigid structure having both ferroelectric and ferromagnetic properties, the ferroelectric composition and the ferromagnetic composition are heterojunction therebetween, and a buffer, which is a mixture of the ferroelectric composition and the ferromagnetic composition, is inserted therebetween. Since materials diffuse at high temperatures, the bonding of the two compositions becomes easier and more robust, and other materials other than the two materials are not added, thereby achieving excellent characteristics without obstacles.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.

본 발명에 의한 다강성 구조체는 자기-전기 복합체(Magnetoelectric Composites)로서 강유전체 조성물과 강자성체 조성물이 이종접합되는 구조에 기초하며 이 사이에는 상기 강유전체 조성물과 강자성체 조성물의 혼합물인 버퍼가 삽입된다. 이러한 다강성 구조체는 강유전성 특성과 강자성 특성을 동시에 갖는다.The multi-rigid structure according to the present invention is based on a structure in which the ferroelectric composition and the ferromagnetic composition are heterojunction as magnetoelectric composites, between which a buffer which is a mixture of the ferroelectric composition and the ferromagnetic composition is inserted. Such a multi-rigid structure has both ferroelectric and ferromagnetic properties.

도 1a는 본 발명에 의한 다강성 구조체의 개략 구조도이고, 도 1b는 도 1a의 "A" 부분의 확대도이다.1A is a schematic structural diagram of a multi-rigid structure according to the present invention, and FIG. 1B is an enlarged view of portion “A” of FIG. 1A.

도 1a, 1b를 참조하면, 본 발명에 의한 다강성 구조체(1)는 강유전체 조성물로 되는 적어도 하나 이상의 강유전체층(2)과 강자성체 조성물로 되는 적어도 하나 이상의 강자성체층(3)이 교호 적층되며 이들 강유전체층 및 강자성체층의 사이마다 상기 강유전체 조성물과 강자성체 조성물의 혼합물인 버퍼층(4)이 각각 삽입되어 구성된다. 또한, 상기 다강성 구조체(1) 소자를 구동하기 위한 입출력단자로서 그 상면 및 배면에 Ag 등의 전극(6)이 코팅된다.Referring to FIGS. 1A and 1B, a multi-rigid structure 1 according to the present invention includes at least one ferroelectric layer 2 made of a ferroelectric composition and at least one ferromagnetic layer 3 made of a ferromagnetic composition. A buffer layer 4, which is a mixture of the ferroelectric composition and the ferromagnetic composition, is inserted between each layer and the ferromagnetic layer. In addition, as an input / output terminal for driving the multi-rigid structure 1 element, an electrode 6 such as Ag is coated on the top and back surfaces thereof.

이때, 상기 강유전체층(2)은 강유전성 세라믹스 조성물로 되며, 이 조성물은 (BaxSr1-x)TiO3 (이때, 0<x≤1) 세라믹스, (PbxSr1 -x)(ZryTi1 -y)O3 (이때, 0<x≤1이고 0<y<1) 세라믹스, (PbxRE1 -x)TiO3 (이때, RE는 희토류를 가리키며, 0<x≤1) 세라믹스, Pb(MgxNb1 -x)O3 (이때, 0<x<1) 세라믹스, ANbO3 (이때, A는 Na, K, Li를 포함하 는 알칼리 원소) 세라믹스로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상을 포함한다.At this time, the ferroelectric layer (2) is a ferroelectric ceramic composition, the composition is (Ba x Sr 1-x ) TiO 3 (where 0 <x≤1) ceramics, (Pb x Sr 1 -x ) (Zr y Ti 1 -y ) O 3 (where 0 <x≤1 and 0 <y <1) ceramics, (Pb x RE 1 -x ) TiO 3 (Where RE denotes rare earth, 0 <x≤1) ceramics, Pb (Mg x Nb 1- x ) O 3 (where 0 <x <1) ceramics, ANbO 3 (where A is Na, K, Alkali element containing Li) and at least one selected from the group consisting of ceramics.

또한, 상기 강자성체층(3)은 강자성 세라믹스 조성물로 되며, 이 조성물은 NiFe2O4를 포함하는 Ni 페라이트, Ni1 xZnxFe2O4 (이때, 0<x≤1)를 포함하는 NiZn 페라이트, CoFe2O4를 포함하는 Co 페라이트로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상을 포함한다.In addition, the ferromagnetic layer 3 is a ferromagnetic ceramic composition, the composition is Ni ferrite containing NiFe 2 O 4 , Ni 1 - x Zn x Fe 2 O 4 (At this time, at least one selected from the group consisting of NiZn ferrite containing 0 <x≤1) and Co ferrite containing CoFe 2 O 4 .

또한, 상기 버퍼층(4)은 상기 강유전체층(2)의 강유전성 세라믹스 조성물과 상기 강자성체층(3)의 강자성 세라믹스 조성물의 혼합물로 되며, 이로써 열팽창율이 서로 다른 두 종류의 소재가 동시소성이 가능해진다. 이러한 버퍼층이 없다면, 상기 강유전성 세라믹스 조성물 및 강자성 세라믹스 조성물의 수축률 차이로 인하여 휨거동이 심하게 발생하거나 이들 두 물질의 계면부분에서 접합이 발생되지 않고 박리가 쉽게 일어나게 된다. 본 발명에 따라 상기 버퍼층(4)이 상기 강유전체층(2)과 강자성체층(3) 간에 삽입되면, 상기 버퍼층(4)의 물질들이 고온에서 확산함으로써 상기 두 물질의 접합이 보다 쉽고 견고해지며, 상기 두 물질 이외의 다른 물질이 첨가되지 아니하므로 특성구현에 장애가 되지 않는다. 또한, 일반적으로 상기 강자성 세라믹스 조성물의 소결온도가 상기 강유전성 세라믹스 조성물보다 낮아 소결시 수축률이 보다 크므로, 이를 고려하여 강유전성 세라믹스 조성물은 전체 대비 50-70wt%로 됨이 바람직하고, 50-55wt%로 됨이 더욱 바람직하다. 또한, 상기 버퍼층(4)의 두께는 상기 강유전체층(2) 또는 강자성체층(3)의 각 두께의 절반 이하로 됨이 바람직하다.In addition, the buffer layer 4 is a mixture of the ferroelectric ceramic composition of the ferroelectric layer 2 and the ferromagnetic ceramic composition of the ferromagnetic layer 3, thereby enabling simultaneous firing of two kinds of materials having different thermal expansion rates. . Without such a buffer layer, due to the difference in shrinkage between the ferroelectric ceramic composition and the ferromagnetic ceramic composition, bending behavior is severely caused or peeling occurs easily without bonding at the interface portion of the two materials. According to the present invention, when the buffer layer 4 is inserted between the ferroelectric layer 2 and the ferromagnetic layer 3, the materials of the buffer layer 4 diffuse at a high temperature, thereby making the bonding of the two materials easier and more robust. Since no substances other than the two substances are added, the characteristics are not hindered. In addition, in general, since the sintering temperature of the ferromagnetic ceramic composition is lower than that of the ferroelectric ceramic composition, the shrinkage rate during sintering is greater, and in consideration of this, the ferroelectric ceramic composition is preferably 50-70 wt%, and 50-55 wt%. More preferably. In addition, the thickness of the buffer layer 4 is preferably less than half of each thickness of the ferroelectric layer 2 or the ferromagnetic layer (3).

또한, 일반적으로 상기 강유전체층(2)의 강유전성 세라믹스 조성물과 상기 강자성체층(3)의 강자성 세라믹스 조성물은 소결온도에서 큰 차이를 갖는다. 일 예를 들면, 강유전성 세라믹스인 BaTiO3의 소결 온도는 1400℃ 이상이고, 강자성 세라믹스인 NiFe2O4의 소결온도는 1000℃ 이상이다. 따라서, 이러한 두 물질을 이종접합하기 위해서는 휨거동 및 소결거동을 판단하여 수축률을 제어하여야 하며, 이를 위해 강유전성 세라믹스의 소결온도를 낮추고 소결시 발생하는 입성장을 제어하여 X축 및 Y축의 수축률을 비슷하게 유지하는 것이 중요하다. 이를 위해, 본 발명의 일 구현예에 의하면, 상기 강유전체층(2)의 강유전성 세라믹스 조성에는 소결조제가 첨가될 수 있다. 상기 소결조제로는 SiO2, LiF, Li2CO3, BN 등 중의 하나 이상으로 될 수 있고, Li나 B 등이 함유되면 소량첨가시에도 저항이 급격히 저하되어 분극조절이 어려운 반도성으로 될 수 있으므로 SiO2로 됨이 바람직하며, 소결조제의 첨가량은 전체대비 1% 이하로 됨이 바람직하다. 일 실시예에 의하면, 이러한 소결조제의 첨가에 따라 상기 이종접합된 다강성 구조체(1)의 소결온도는 930-1400℃, 바람직하게는 1200-1300℃이다. 또한, 다른 일 실시예에 의하면, 소결시 발생하는 입자의 조대화를 억제함으로써 수축률을 제어하기 위해 수소가 첨가된 질소 분위기 등과 같은 환원분위기에서 소결 공정을 행할 수도 있다.In general, the ferroelectric ceramic composition of the ferroelectric layer 2 and the ferromagnetic ceramic composition of the ferromagnetic layer 3 have a large difference in sintering temperature. For example, the sintering temperature of BaTiO 3 , a ferroelectric ceramic, is 1400 ° C. or higher, and the sintering temperature of NiFe 2 O 4 , a ferromagnetic ceramic, is 1000 ° C. or higher. Therefore, in order to heterogeneously join these two materials, the shrinkage rate should be controlled by judging the flexural behavior and the sintering behavior. For this purpose, the shrinkage ratio of the X-axis and Y-axis is similarly controlled by lowering the sintering temperature of ferroelectric ceramics and controlling grain growth during sintering. It is important to keep. To this end, according to one embodiment of the present invention, a sintering aid may be added to the ferroelectric ceramic composition of the ferroelectric layer (2). The sintering aid may be one or more of SiO 2 , LiF, Li 2 CO 3 , BN, and the like, and when Li or B is contained, the resistance may rapidly decrease even when a small amount is added, thereby making it difficult to control the polarization. Therefore, SiO 2 is preferable, and the addition amount of the sintering aid is preferably 1% or less of the total. According to one embodiment, the sintering temperature of the heterojunction multi-rigid structure 1 according to the addition of this sintering aid is 930-1400 ℃, preferably 1200-1300 ℃. Further, according to another embodiment, the sintering process may be performed in a reducing atmosphere such as a nitrogen atmosphere in which hydrogen is added in order to control the shrinkage rate by suppressing coarsening of particles generated during sintering.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하며 상세히 설명한다. 다만, 본 발명이 하술하는 실시예는 본 발명의 전반적인 이해를 돕기 위하여 제공되는 것이며, 본 발명은 하기 실시예로만 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, preferred embodiments of the present invention will be described in detail. However, the examples described below are provided to help the overall understanding of the present invention, and the present invention is not limited only to the following examples.

실시예Example

먼저, 탄산바륨(BaCO3)과 산화티탄(TiO2)을 1:1 몰비로 혼합한 후, 1200℃에서 2시간의 하소과정을 거쳐서 BaTiO3로 합성하였다. 하소된 BaTiO3는 SiO2를 1wt%만큼 첨가하여 다시 잘 섞고, 산화니켈(NiO)과 산화철(Fe2O3)을 1:1 몰비로 혼합한 후, 900℃의 하소과정을 거쳐서 NiFe2O4로 합성하였다.First, barium carbonate (BaCO 3 ) and titanium oxide (TiO 2 ) were mixed in a 1: 1 molar ratio, and then synthesized as BaTiO 3 through a calcination process at 1200 ° C. for 2 hours. The calcined BaTiO 3 is mixed again by adding 1 wt% of SiO 2 , and mixed with nickel oxide (NiO) and iron oxide (Fe 2 O 3 ) in a 1: 1 molar ratio, followed by calcination at 900 ° C. to NiFe 2 O Synthesized as 4 ;

그리고 페이스트를 제조하기 위하여, 상기 공정으로 제조된 분말 페이스트 전체 100wt% 대비 60wt%와(버퍼층의 경우 BaTiO3와 NiFe2O4를 1:1 중량비로 혼합하였다), 톨루엔과 에탄올을 6:4 중량비로 혼합한 용매 33wt%와, 페이스트의 점도부여를 위한 고분자재료로서 PVB 5wt%와, 분말의 분산제로서 SN 0.5wt%와, 가소성을 부여하기 위한 가소제로서 DBP 1.5wt%를 각각 볼밀을 통해 균질하게 혼합한다. 제조된 슬러리는 200mesh를 이용하여 거른 후 기포를 제거하여 테이프 캐스팅에 적용할 수 있는 페이스트로 제조하였다. 이러한 방식으로 버퍼층을 포함한 총 3종류의 페이스트를 제조하였다.In order to prepare the paste, 60 wt% of 100 wt% of the powder paste prepared by the above process (BTiO 3 and NiFe 2 O 4 were mixed in a 1: 1 weight ratio for the buffer layer), and toluene and ethanol were 6: 4 weight ratio. The ball mixture was mixed with 33 wt% of solvent, 5 wt% of PVB as a polymer material for imparting viscosity of the paste, 0.5 wt% of SN as powder dispersant, and 1.5 wt% of DBP as a plasticizer for imparting plasticity. Mix. The prepared slurry was filtered using a 200mesh to remove bubbles to prepare a paste that can be applied to tape casting. In this way, a total of three kinds of pastes including the buffer layer were prepared.

이렇게 제조된 페이스트는 35-80℃까지 온도가 제어된 연속로 방식의 테이프 캐스터를 통하여 분당 2미터의 속도로 필름으로 제조하였고, 이때 상기 필름의 두께는 강유전체층(2) 및 강자성체층(3)의 경우 각각 50㎛로 되도록 제조하였고 버퍼층(4)은 25㎛로 되도록 제조하였다. 이때, 강유전체층(2) 및 강자성체층(3)의 두께 는 필름의 가소성을 고려하여 40-100㎛로 될 수 있으며, 50-60㎛가 바람직하다.The paste thus prepared was made into a film at a rate of 2 meters per minute through a continuously controlled tape caster up to 35-80 ° C., wherein the thickness of the film was a ferroelectric layer (2) and a ferromagnetic layer (3). For each case was prepared to 50㎛ and the buffer layer 4 was prepared to be 25㎛. At this time, the thickness of the ferroelectric layer (2) and the ferromagnetic material layer (3) may be 40-100㎛ considering the plasticity of the film, 50-60㎛ is preferred.

이 제조된 필름은 사용하고자 하는 만큼 절단하여 도 1a에 도시한 적층순서대로 정수압성형을 하였다. 이렇게 제조된 적층시트는 소결시 발생하는 입자의 조대화를 막음으로써 수축률을 제어하기 위해 10%의 수소가스가 첨가된 질소 분위기에서 1200℃의 온도로 2시간 동안 소결하였다. 여기서 비교시편으로서 산소분위기에서 1200℃의 온도로 소결을 하여 제작하였다. 소결 후의 시편들은 양면을 은 전극으로 도포한 후 600℃의 소성온도에서 전극소성을 하여 완제품을 얻었다.The prepared film was cut as much as desired and subjected to hydrostatic molding in the lamination order shown in FIG. 1A. The laminated sheet thus prepared was sintered at a temperature of 1200 ° C. for 2 hours in a nitrogen atmosphere to which 10% hydrogen gas was added to control the shrinkage rate by preventing coarsening of particles generated during sintering. Here, as a comparative specimen, it was produced by sintering at a temperature of 1200 ° C. in an oxygen atmosphere. The specimens after sintering were coated with silver electrodes on both sides, and then finished by electrode firing at a firing temperature of 600 ° C.

도 2는 본 발명의 실시예에 따라 제조된 다강성 구조체 일 단면의 전자현미경 사진이다. 즉, 이는 NiFe2O4 강자성체층과 BaTiO3 강유전체층 사이에 두 성분의 혼합물로 구성된 버퍼층이 삽입되어 동시소성공정을 통해 제조된 적층형 칩(Multilayer Chip) 구조를 가진다.2 is an electron micrograph of a cross section of a multi-rigid structure manufactured according to an embodiment of the present invention. That is, it is NiFe 2 O 4 A buffer layer composed of a mixture of two components is inserted between the ferromagnetic layer and the BaTiO 3 ferroelectric layer to have a multilayer chip structure manufactured through a simultaneous firing process.

도 3은 본 발명의 실시예에 따라 제조된 다강성 구조체의 자기-전기 전압계수(magnetoelectric voltage coefficient: αE) 특성을 나타낸다. 여기서, α33은 이 구조체 시편에 대해 수직방향으로 전기장 및 자기장이 가해진 경우의 자기-전기 전압계수 αE 값을 나타낸다.3 shows the magnetoelectric voltage coefficient (α E ) characteristics of the multi-rigid structure manufactured according to the embodiment of the present invention. Here, α 33 represents the self-electric voltage coefficient α E in the case where an electric field and a magnetic field are applied in a direction perpendicular to the structure specimen.

이상, 상술된 본 발명의 구현예 및 실시예에 있어서, 조성분말의 평균입도, 분포 및 비표면적과 같은 분말특성과, 원료의 순도, 불순물 첨가량 및 소결 조건에 따라 통상적인 오차범위 내에서 다소 변동이 있을 수 있음은 해당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 지극히 당연하다.In the above-described embodiments and examples of the present invention, the powder characteristics such as the average particle size, distribution and specific surface area of the composition powder, and the purity of the raw material, the amount of impurity addition, and the sintering conditions vary slightly within the usual error range. It can be quite natural for one of ordinary skill in the art to be there.

아울러 본 발명의 바람직한 구현예 및 실시예는 예시의 목적을 위해 개시된 것이며, 해당 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가 등이 가능할 것이고, 이러한 수정, 변경, 부가 등은 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 한다.In addition, preferred embodiments and embodiments of the present invention are disclosed for the purpose of illustration, anyone of ordinary skill in the art will be possible to various modifications, changes, additions, etc. within the spirit and scope of the present invention, such modifications Changes, additions, and the like should be considered to be within the scope of the claims.

도 1a는 본 발명에 의한 다강성 구조체의 개략 구조도.1A is a schematic structural diagram of a multi-rigid structure according to the present invention.

도 1b는 도 1a의 "A" 부분의 확대도.FIG. 1B is an enlarged view of portion “A” of FIG. 1A;

도 2는 본 발명의 실시예에 따라 제조된 다강성 구조체 일 단면의 전자현미경 사진.2 is an electron micrograph of a cross section of a multi-rigid structure manufactured according to an embodiment of the present invention.

도 3은 본 발명의 실시예에 따라 제조된 다강성 구조체의 자기-전기 전압계수(magnetoelectric voltage coefficient: αE) 특성을 나타내는 그래프.3 is a graph showing the magnetoelectric voltage coefficient (α E ) characteristics of the multi-rigid structure manufactured according to the embodiment of the present invention.

*도면의 주요부분에 대한 부호설명* Code descriptions for the main parts of the drawings

1: 다강성 구조체 2: 강유전체층1: multi-rigid structure 2: ferroelectric layer

3: 강자성체층(3) 4: 버퍼층3: ferromagnetic layer (3) 4: buffer layer

6: 전극6: electrode

Claims (15)

강유전체로 되는 적어도 하나 이상의 제1층과 강자성체로 되는 적어도 하나 이상의 제2층이 교호 적층되며, 이들 제1층 및 제2층 간에는 상기 강유전체와 상기 강자성체가 혼합된 조성의 버퍼층이 각각 삽입되어 구성되는 것을 특징으로 하는 다강성 구조체.At least one or more first layers made of ferroelectrics and at least one or more second layers made of ferromagnetic materials are alternately stacked, and a buffer layer of a composition in which the ferroelectric and the ferromagnetic materials are mixed is inserted between the first and second layers. A multi-rigid structure, characterized in that. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 강유전체는 (BaxSr1 -x)TiO3 (이때, 0<x≤1) 세라믹스, (PbxSr1 -x)(ZryTi1 -y)O3 (이때, 0<x≤1이고 0<y<1) 세라믹스, (PbxRE1 -x)TiO3 (이때, RE는 희토류이고 0<x≤1) 세라믹스, Pb(MgxNb1 -x)O3 (이때, 0<x<1) 세라믹스 및 ANbO3 (이때, A는 Na, K, Li를 포함하는 알칼리 원소) 세라믹스로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 다강성 구조체.The ferroelectric is (Ba x Sr 1 -x ) TiO 3 (At this time 0 <x≤1) ceramics, (Pb x Sr 1 -x ) (Zr y Ti 1 -y ) O 3 (where 0 <x≤1 and 0 <y <1) ceramics, (Pb x RE 1 -x ) TiO 3 (In this case, RE is a rare earth, and 0 <x≤1) ceramic, Pb (Mg x Nb 1 -x) O 3 (where, 0 <x <1) and the ceramic ANbO 3 (where, A is an Na, K, Li Alkali element comprising) a multi-rigid structure comprising at least one selected from the group consisting of ceramics. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 강자성체는 Ni 페라이트, NiZn 페라이트 및 Co 페라이트로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 다강성 구조체.The ferromagnetic material is a multi-rigid structure, characterized in that it comprises one or more selected from the group consisting of Ni ferrite, NiZn ferrite and Co ferrite. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 버퍼층의 조성에서 상기 강유전체는 전체 조성 대비 50-70wt%로 되는 것을 특징으로 하는 다강성 구조체.The ferroelectric in the composition of the buffer layer is a multi-rigid structure, characterized in that 50 to 70wt% of the total composition. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 버퍼층의 두께는 0보다 크고 상기 제1층 또는 제2층 두께의 절반 이하로 되는 것을 특징으로 하는 다강성 구조체.Wherein the buffer layer has a thickness greater than zero and less than or equal to half the thickness of the first layer or the second layer. 제1항 또는 제5항에 있어서,6. The method according to claim 1 or 5, 상기 제1층 또는 제2층의 두께는 40-100㎛로 되는 것을 특징으로 하는 다강성 구조체.The thickness of the first layer or the second layer is a multi-rigid structure, characterized in that 40-100㎛. 강유전체 분말과 강자성체 분말과 버퍼 분말을 각각 합성하고, 이때 상기 버퍼 분말은 상기 강유전체 분말 및 강자성체 분말을 혼합하여 형성하는 단계와;Synthesizing a ferroelectric powder, a ferromagnetic powder, and a buffer powder, respectively, wherein the buffer powder is formed by mixing the ferroelectric powder and the ferromagnetic powder; 상기 강유전체 분말과 강자성체 분말과 버퍼 분말 각각에 폴리머와 분산제와 가소제로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나를 혼합하여 강유전체 페이스트와 강자성체 페이스트와 버퍼 페이스트를 각각 제조하는 단계와;Preparing a ferroelectric paste, a ferromagnetic paste, and a buffer paste by mixing at least one selected from the group consisting of a polymer, a dispersant, and a plasticizer to the ferroelectric powder, the ferromagnetic powder, and the buffer powder, respectively; 상기 제조된 강유전체 페이스트와 버퍼 페이스트와 강자성체 페이스트를 각각 테이프 캐스팅하여 형성되는 강유전체 필름과 버퍼 필름과 강자성체 필름을 각각 순서대로 교호 적층하고 이를 적어도 1회 이상 반복하여 적층형 구조체를 형성하는 단계와;Alternately stacking the ferroelectric film, the buffer film, and the ferromagnetic film, each of which is formed by tape casting the ferroelectric paste, the buffer paste, and the ferromagnetic paste, respectively, and repeating at least one or more times to form a stacked structure; 상기 적층형 구조체를 성형하고 소성하는 단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 다강성 구조체의 제조방법.Forming and firing the laminated structure comprising the method of manufacturing a multi-rigid structure. 제7항에 있어서,The method of claim 7, wherein 상기 강유전체 분말은 (BaxSr1 -x)TiO3 (이때, 0<x≤1) 세라믹스, (PbxSr1 -x)(ZryTi1-y)O3 (이때, 0<x≤1이고 0<y<1) 세라믹스, (PbxRE1 -x)TiO3 (이때, RE는 희토류이고 0<x≤1) 세라믹스, Pb(MgxNb1 -x)O3 (이때, 0<x<1) 세라믹스 및 ANbO3 (이때, A는 Na, K, Li를 포함하는 알칼리 원소) 세라믹스로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상을 포함하는 조성으로 되는 것을 특징으로 하는 다강성 구조체의 제조방법.The ferroelectric powder is (Ba x Sr 1 -x ) TiO 3 (At this time 0 <x≤1) ceramics, (Pb x Sr 1- x ) (Zr y Ti 1-y ) O 3 (where 0 <x≤1 and 0 <y <1) ceramics, (Pb x RE 1 -x ) TiO 3 Where RE is rare earth and 0 <x≤1) ceramics, Pb (Mg x Nb 1- x ) O 3 (where 0 <x <1) ceramics and ANbO 3 where A is Na, K, Li Alkali element comprising) a method for producing a multi-rigid structure, characterized in that the composition comprising at least one selected from the group consisting of ceramics. 제7항에 있어서,The method of claim 7, wherein 상기 강자성체 분말은 Ni 페라이트, NiZn 페라이트 및 Co 페라이트로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상을 포함하는 조성으로 되는 것을 특징으로 하는 다강성 구조체의 제조방법.The ferromagnetic powder is a method of producing a multi-rigid structure, characterized in that the composition containing one or more selected from the group consisting of Ni ferrite, NiZn ferrite and Co ferrite. 제7항에 있어서,The method of claim 7, wherein 상기 버퍼 분말의 조성에서 상기 강유전체 분말이 전체 조성 대비 50-70wt%로 혼합되는 것을 특징으로 하는 다강성 구조체의 제조방법.The ferroelectric powder in the composition of the buffer powder is a method for producing a multi-rigid structure, characterized in that the mixture of 50-70wt% relative to the total composition. 제7항에 있어서,The method of claim 7, wherein 상기 강유전체 필름의 조성에만 SiO2, LiF, Li2CO3 및 BN으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 소결조제를 첨가하는 것을 특징으로 하는 다강성 구조체의 제조방법.SiO 2 , LiF, Li 2 CO 3 only in the composition of the ferroelectric film And at least one sintering aid selected from the group consisting of BN. 제11항에 있어서,The method of claim 11, 상기 소결조제는 상기 강유전체의 전체 조성 대비 0wt%보다 크고 1wt% 이하로 첨가되는 것을 특징으로 하는 다강성 구조체의 제조방법.The sintering aid is a method for producing a multi-rigid structure, characterized in that the addition of greater than 0wt% and less than 1wt% relative to the total composition of the ferroelectric. 제7항에 있어서,The method of claim 7, wherein 상기 소성의 온도는 930-1400℃로 되는 것을 특징으로 하는 다강성 구조체의 제조방법.The firing temperature is 930-1400 ℃ manufacturing method of a multi-rigid structure. 제7항에 있어서,The method of claim 7, wherein 상기 소성은 환원분위기로 되는 것을 특징으로 하는 다강성 구조체의 제조방법.The firing is a method for producing a multi-rigid structure, characterized in that the reducing atmosphere. 제14항에 있어서,The method of claim 14, 상기 환원분위기는 10%의 수소가스가 첨가된 질소분위기로 되는 것을 특징으로 하는 다강성 구조체의 제조방법.The reducing atmosphere is a method for producing a multi-rigid structure, characterized in that the nitrogen atmosphere is added to the hydrogen gas of 10%.
KR1020090009523A 2009-02-06 2009-02-06 Multiferroic structure and manufacturing method thereof KR101024391B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020090009523A KR101024391B1 (en) 2009-02-06 2009-02-06 Multiferroic structure and manufacturing method thereof

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020090009523A KR101024391B1 (en) 2009-02-06 2009-02-06 Multiferroic structure and manufacturing method thereof

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20100090326A true KR20100090326A (en) 2010-08-16
KR101024391B1 KR101024391B1 (en) 2011-03-23

Family

ID=42755908

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020090009523A KR101024391B1 (en) 2009-02-06 2009-02-06 Multiferroic structure and manufacturing method thereof

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101024391B1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10629801B2 (en) * 2017-05-31 2020-04-21 Tdk Corporation Laminated structure and spin modulation element

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9130144B2 (en) * 2012-05-31 2015-09-08 Rhode Island Board Of Education, State Of Rhode Island And Providence Plantations Multiferro-heterostructure composition having tunable magnetic coupling at room temperature

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8124254B2 (en) * 2006-12-19 2012-02-28 Boston Applied Technologies, Inc Heterostructure of ferromagnetic and ferroelectric materials with magneto-optic and electro-optic effects

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10629801B2 (en) * 2017-05-31 2020-04-21 Tdk Corporation Laminated structure and spin modulation element

Also Published As

Publication number Publication date
KR101024391B1 (en) 2011-03-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101318516B1 (en) Ceramic, piezoelectric device, and production method thereof
JP4929522B2 (en) Piezoelectric ceramic composition
KR100905886B1 (en) Piezoelectric ceramic composition and piezoelectric ceramic electronic component
Dinh et al. Effect of lanthanum doping on the structural, ferroelectric, and strain properties of Bi 1/2 (Na 0.82 K 0.18) 1/2 TiO 3 lead-free ceramics
US10217566B2 (en) Ceramic material and capacitor comprising the ceramic material
JP5150101B2 (en) Ceramic material
WO2010128647A1 (en) Piezoelectric ceramic, method for producing same, and piezoelectric device
JP5259718B2 (en) Ceramic material, method of manufacturing ceramic material, and electroceramic component comprising ceramic material
CN101200369A (en) Titanium niobic zincic acid bismuth sodium system leadless piezo-electric ceramic and preparation method thereof
US20160340255A1 (en) Oxygen conducting bismuth perovskite material
JP2010052999A (en) Piezoelectric ceramics and method for producing the same, and piezoelectric device
Jain et al. Improvement in dielectric, ferroelectric and ferromagnetic characteristics of Ba0. 9Sr0. 1Zr0. 1Ti0. 9O3-NiFe2O4 composites
CN104609859A (en) Method for preparing 0-3 magnetic-electricity composite ceramic through low-temperature sintering realized by induction of nanometer sintering additive through self-propagating
KR101183031B1 (en) Manufacturing method of multiferroic structure
CN107986770A (en) Doping vario-property bismuth ferrite-lead titanate piezoelectric ceramics and preparation method thereof
KR101024391B1 (en) Multiferroic structure and manufacturing method thereof
JP2013155079A (en) Piezoelectric ceramic composition and piezoelectric element
US20160149119A1 (en) Piezoelectric ceramic composition, piezoelectric element, and method for the same
JP2011088786A (en) Piezoelectric ceramic
JP2009532324A (en) Multi-strength film, structure including the same, and method for manufacturing the film and structure
CN105732024A (en) Novel binary K0.5Bi0.5TiO3-BiMg0.5Zr0.5O3 leadless piezoelectric ceramic material and preparation
CN107840659A (en) A kind of tungsten bronze pure phase room temperature multiferroic ceramics and preparation method thereof
KR100875479B1 (en) Lead-free piezoelectric ceramic composition and its manufacturing method
JP4370135B2 (en) Piezoelectric ceramic composition
US11812665B1 (en) Hard piezoelectric ceramic composition for multilayer piezoelectric transformers

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
N231 Notification of change of applicant
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20140306

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20150306

Year of fee payment: 5

LAPS Lapse due to unpaid annual fee