KR20170045593A - 은이 치환된 스트론튬 나이오베이트 유전체 조성물 및 그 제조방법 - Google Patents

은이 치환된 스트론튬 나이오베이트 유전체 조성물 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

실시예들은 일반식 KSr2(1-x)Ag2xNb3O10로 표시되고, 상기 x는 0 초과 1 이하인 것을 특징으로 하는 은이 치환된 스트론튬 나이오베이트 유전체 조성물 및 이를 제조하는 방법에 관련된다. 또한 다른 실시예에서 상기 K는 H로 치환될 수도 있다.

Description

은이 치환된 스트론튬 나이오베이트 유전체 조성물 및 그 제조방법{SILVER SUBSTITUTED STRONTIUM NIOBATE DIELECTRIC COMPOSITION AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}
본 발명은 유전체 조성물 및 그 제조방법에 관련된 것으로, 더욱 구체적으로는 은이 치환된 스트론튬 나이오베이트 유전체 조성물 및 그 제조방법에 관련된다.
최근 무선 전화기나 이동통신 단말기의 듀플렉서(Duplexer), 대역여파기(Band Pass Filter), 다층 회로 기판, 마이크로파대의 공진기나 필터, 컴퓨터용 DRAM 메모리 같은 전자부품 및 적층세라믹콘덴서(MLCC, multilayer ceramic capacitor)의 집적화, 초소형화에 따라 그 안에 사용되는 유전체 재료 또한 소형 및 고성능화가 요구되고 있다.
MLCC의 경우 소형이면서도 비교적 큰 용량을 나타낼 수 있는 강점을 앞세워 고정콘덴서 시장의 75% 이상을 점하고 있으나MLCC 세라믹 콘덴서의 정전용량 범위는 아직까지도 저 용량 영역에 한정된다. 정전용량은 유전율이 클수록, 극판의 면적이 넓을수록, 극판 사이의 거리가 좁을수록 증가하게 되기 때문에 높은 유전율을 가지는 재료를 사용하거나 극판 사이의 유전체를 보다 얇게 만들어야 하지만 얇은 유전체 두께를 유지하고자 하면 손실값이 증가 하게 되므로 어느 정도의 손실 값을 가지는 범위 내에서도 우수한 유전율을 보이며 넓은 범위의 주파수 영역에서 사용 가능한 재료가 요구된다.
또한 최근 스마트폰과 같은 전자기기들에 블루투스, DMB 등 다양한 부가기능들이 탑재되어 소자의 전력 소모가 커지고 그로 인하여 더 많은 소형의 고용량 MLCC의 사용이 필수적이다.
차세대 디바이스에 적합한 고용량의 MLCC를 구현하기 위해서는 유전체의 용량을 결정하는 내부전극의 면적을 넓히고 전극과 유전체의 두께를 줄여야 함은 필수적이지만 종래 기술에 따르면 유전체의 두께를 줄이는 데에 큰 한계가 있다.
MLCC의 유전체 재료로는 높은 유전상수를 갖는 BaTiO3, SrTiO3, CaTiO3, 혹은 이들을 조합한 조성등의 티타늄 산화물이 주로 사용 되고 있다. 그러나 이러한 티타늄 산화물 유전체 물질의 경우 구형의 입자로 합성되기 때문에 기존의 유전체 막을 성막하는 기술에 따르면 박막 제작 후 열처리 공정 시 기판 계면의 열화, 조성의 어긋남, 많은 입계면을 가지는 문제로 인해 비선형적인 유전특성(non-linear electric property, C/C0)을 야기하며 높은 유전손실을 나타낸다.
또한 유전체층이 1 ~ 3 ㎛ 정도로까지 박층화 되면 절연성이나 고온부하시의 내구성이 악화되어 신뢰성 저하를 초래하게 되므로 이들 재료의 경우에는 고용량화를 목표로 하는 나노 두께 레벨의 MLCC로 적용되기가 어렵다.
또한, 기존의 유전체 재료를 합성하는 고상합성법과 MLCC 구성 단위를 제작하는 스크린 인쇄 방식(시트에 전극 페이스트를 인쇄하여 다층으로 적층 하고 절단 한 뒤 고온 소결을 하는 공정)을 통해서 박막화 및 고적층화, 소형화를 구현하는데에는 한계가 있다.
따라서 차세대 디바이스에 적용이 가능한 고용량의 MLCC 구현을 위해서는 나노 두께 레벨의 박막에서도 선형적이고 우수한 특성을 갖는 유전체 물질의 연구 개발뿐만 아니라 나노 사이즈의 박막을 제작할 수 있는 새로운 제조법의 개발의 필요성이 대두되고 있다.
한국공개특허 10-2010-0014232호
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
따라서 위와 같은 문제를 해결하기 위해 본 발명은 유전율이 크고 유전 손실은 낮으면서 선형적인 유전 특성을 갖는 유전체 조성물을 제공하는 것이다. 또한 본 발명은 나노 레벨의 박막에서도 선형적이고 우수한 유전율을 가지며 절연 특성을 실현할 수 있는 저온 소자 제작에 응용 가능한 나노 시트 형태의 유전 물질을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 은이 치환된 스트론튬 나이오베이트 유전체 조성물은 일반식 KSr2(1-x)Ag2xNb3O10로 표시되고, 상기 x는 0 초과, 1 이하일 수 있다.
일 실시예에 따른 은이 치환된 스트론튬 나이오베이트 유전체 조성물에 있어서 상기 K가 H로 치환되어, 일반식 HSr2(1-x)Ag2xNb3O10로 표시될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 은이 치환된 스트론튬 나이오베이트 유전체 조성물 제조방법은 일반식 KSr2(1-x)Ag2xNb3O10로 표시되고, 상기 x는 0 초과 1 이하인 물질을 HNO3, HCl, H2SO4 중 하나 이상의 용액에서 교반하여 일반식 HSr2(1-x)Ag2xNb3O10로 표시되는 유전체 조성물을 획득하는 단계를 포함한다.
일 실시예에 따른 은이 치환된 스트론튬 나이오베이트 유전체 조성물 제조방법에 있어서, 일반식 HSr2(1-x)Ag2xNb3O10로 표시되는 유전체 조성물의 x는 0 초과 1.0 이하일 수 있다.
일 실시예에 따른 은이 치환된 스트론튬 나이오베이트 유전체 조성물 제조방법에 있어서, 상기 일반식 HSr2(1-x)Ag2xNb3O10로 표시되는 유전체 조성물을 건조시키는 단계 및 건조된 유전체 조성물을 소결시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 따른 은이 치환된 스트론튬 나이오베이트 유전체 조성물 제조방법에 있어서, 소결된 유전체 조성물을 테트라부틸암모니움(TBAOH) 용액에 교반하는 단계 및 교반된 용액을 기판에 적층하여 나노 시트 박막을 획득하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 은이 치환된 스트론튬 나이오베이트 유전체 조성물 제조방법.
일 실시예에 따른 은이 치환된 스트론튬 나이오베이트 유전체 조성물 제조방법에 있어서, 기판은, Au, Pt, ITO, SRO, Nb-STO 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따른 은이 치환된 스트론튬 나이오베이트 유전체 조성물 제조방법에 있어서, 상술한 제조방법에 따라 제조된 유전체 조성물을 마이크로파 유전체 또는 DRAM 커패시터에 적용하는 단계를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면 출발 입자를 구형이 아닌 시트 형태로 제작하는 경우 입계면을 최대한 줄일 수 있을 뿐만 아니라 결정질의 시트를 이용할 경우 열처리 공정이 필요 없어 기판과 유전물질 사이의 열화문제를 해결할 수 있다.
고 유전율 재료는 적층 세라믹 캐패시터, 마이크로파 유전체, 트랜지스터용 게이트 등 다양한 종류의 전자기기에 이용되고 있어 실시예에따라 제조된 유전체 소자는 얇은 두께로 종래의 재료를 대체하기가 가능하고, 또한 높은 유전율과 양호한 절연 특성을 동시에 실현하기 때문에 파급적인 경제적 효과를 기대할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 KSr2(1-x)Ag2xNb3O10의 X-선 회절 분석 특성을 나타낸다.
도 2는 일 실시예에 따른 KSr2(1-x)Ag2xNb3O10 의 주사 전자 현미경 사진이다.
도 3은 KSr2(1-x)Ag2xNb3O10의 유전특성을 측정한 결과를 나타낸다.
도 4는 RAMAN 분석결과를 나타낸다.
도 5는 HSr2(1-x)Ag2xNb3O10의 유전특성을 측정한 결과를 나타낸다.
도 6은 제2 실시예에 따라 얻어진 콜로이드의 AFM 사진이다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시 된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미이다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미인 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다. 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다. 다만, 실시형태를 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그에 대한 상세한 설명은 생략한다. 또한, 도면에서의 각 구성요소들의 크기는 설명을 위하여 과장될 수 있으며, 실제로 적용되는 크기를 의미하는 것은 아니다.
이하에서, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들에 대하여 상세히 살펴본다.
본 발명의 일 실시예에 따른 은이 치환된 스트론튬 나이오베이트 유전체 조성물은 일반식 KSr2(1-x)Ag2xNb3O10로 표시될 수 있다. 여기서 상기 x는 0 초과 1 이하이다.
예컨대 순도 99% 이상의 K2CO3, SrCO3, AgCO3 및 Nb2O5를 이용하여 일반식 KSr2(1-x)Ag2xNb3O10(여기서 0<x≤1.0)를 만족하는 조성비에 따라 칭량한 후 에탄올을 용매로 하여 지르코니아 볼과 함께 볼 밀 공정을 사용하여 습식혼합 후 100oC 오븐에서 건조한 후 1200oC에서 하소하여 상기 일반식 KSr2(1-x)Ag2xNb3O10로 표시되는 유전체 물질을 획득할 수 있다.
일 실시예에서 일반식 KSr2(1-x)Ag2xNb3O10(설명의 편의를 위해 본 명세서에서는 KSANO라 부른다)로 표시되는 유전체 물질에 있어서, K(칼륨)은 H(수소)로 치환될 수 있다. 그 결과 일반식 HSr2(1-x)Ag2xNb3O10(설명의 편의를 위해 본 명세서에서는 HSANO라 부른다)로 표시되는 유전체 조성물이 획득될 수 있다. 여기서 상기 x는 0 초과 1 이하 또는 0 초과 0.2 이하일 수 있으나 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.
일반식 HSr2(1-x)Ag2xNb3O10로 표시되는 유전체 조성물을 획득하기 위해서, 일반식 KSr2(1-x)Ag2xNb3O10로 표시되는 유전체 물질을 고상 합성하여 1200 oC에서 하소하고, 양이온 치환 공정을 통하여 K+이온을 H+이온으로 치환하여 선형적 유전 특성을 보이는 HSr2(1-x)Ag2xNb3O10으로 표시되는 유전체 조성물을 획득할 수 있다. 구체적으로 KSANO 분말의 K+이온은 7 M의 HNO3, HCl, H2SO4 등의 산 용액에서 3-4일 간 교반됨으로써 K+이온이 H+이온으로 치환될 수 있다. 치환이 끝난 용액을 원심분리기를 이용하여 DI Water로 수 차례 세척한 뒤 80oC에서 24 시간 건조하여 HSANO가 얻어질 수 있다.
KSANO와 HSANO조성물은 100 kgf/㎠의 압력으로 지름 12 mm, 높이 0.5 ~ 1 mm의 펠렛으로 성형된 후 전기로를 이용하여 1300 oC의 공기 분위기 하에서 소결(sintering)시킬 수 있다.
위와 같은 HSANO는 H+이온이 Sr2(1-x)Ag2xNb3O10층 사이에 삽입되어 층상구조를 가지고 있다. HSr2(1-x)Ag2xNb3O10시편을 테트라부틸암모니움(TBAOH) 용액에 수 일(예컨대 1 내지 5일)간 교반하면 Sr2(1-x)Ag2xNb3O10층 사이에 존재하고 있는 H+이온을 TBA+이온이 안정화 시키며 벌크 시편이 콜로이드화 될 수 있다. 이에 따라서 Sr2(1-x)Ag2xNb3O10 단결정 시트가 1 장씩 박리될 수 있다.
이렇게 하여 얻어진 나노시트를 가지고 랭뮤어-블로젯(Langmuir-Blodgett, 이하 LB법)법을 이용하여 나노 단층 박막 또는 나노 시트가 적층된 다층 박막을 형성할 수 있다. 예컨대 LB 트러프(trough)의 수면 상에 박리된 나노 시트를 분산한다. 그 후 규칙적인 나노구조의 단층막이 형성되도록 배리어를 이용하여 압축하여 Au, Pt, ITO, SRO 등의 금속 또는 산화물 전극이 증착된 적절한 기판을 수평 또는 수직 하강시켜 단층막을 전이시킴으로써 나노 시트가 적층된 박막이 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 은이 치환된 스트론튬 나이오베이트 유전체 조성물 제조방법은
일반식 KSr2(1-x)Ag2xNb3O10로 표시되는 물질을 HNO3, HCl, H2SO4 중 하나 이상의 용액에서 교반하여 일반식 HSr2(1-x)Ag2xNb3O10로 표시되는 유전체 조성물을 획득하는 단계를 포함할 수 있다. 일반식 KSr2(1-x)Ag2xNb3O10로 표시되는 물질에 있어서 x는 0 초과 1 이하일 수 있고, 일반식 HSr2(1-x)Ag2xNb3O10로 표시되는 유전체 조성물 또한 x는 0 초과 1 이하일 수 있다. 또한 다른 바람직한 실시예에서 상기 x는 0 초과 0.2 이하일 수도 있다.
또한 일 예에서 은이 치환된 스트론튬 나이오베이트 유전체 조성물 제조방법은 일반식 HSr2(1-x)Ag2xNb3O10로 표시되는 유전체 조성물을 건조시키는 단계 및 건조된 유전체 조성물을 소결시키는 단계를 더 포함할 수 있다. 건조시키는 단계는 100oC에서 수행될 수 있으나 이에 본 발명이 제한되는 것은 아니다. 또한 소결시키는 단계는 1300oC의 공기 분위기 하에서 진행될 수 있으나 이에 본 발명이 제한되는 것은 아니다.
은이 치환된 스트론튬 나이오베이트 유전체 조성물 제조방법은 소결된 유전체 조성물을 테트라부틸암모니움(TBAOH) 용액에 교반하는 단계 및 교반된 용액을 기판에 적층하여 나노 시트 박막을 획득하는 단계를 더 포함할 수 있다. 여기서 기판은, Au, Pt, ITO, SRO, Nb-STO 중 적어도 하나를 포함할 수 있으나 이에 본 발명이 제한되는 것은 아니다.
또한 이렇게 제조된 유전체 조성물은 마이크로파 유전체 또는 DRAM 커패시터등에 널리 적용될 수 있다.
이하에서는 예시적인 실시예들에 대하여 설명한다. 아래 실시예들은 발명의 일 특징을 살펴보기 위해 수행된 것으로 아래에서 설명된 수치 및 단계에 본 발명이 제한되는 것은 아니다.
제1 실시예
실시예에서 제조되는 유전체 조성물은 KSr2Nb3O10로 표시되는 주성분에 Sr 자리를 Ag로 치환하여 KSr2(1-x)Ag2xNb3O10(KSANO)으로 표시되는 유전체 물질 및 Sr2(1-x)Ag2xNb3O10층 사이에 한 층씩 존재하고 있는 K+이온 층을 산 용액을 이용하여 H+이온으로 치환하여 HSr2(1-x)Ag2xNb3O10(HSANO)으로 표시되는 유전체 물질이다. KSANO 및 HSANO에서 x는 0 초과 1 미만일 수 있다.
위 실시예에 있어서, 위 유전체 조성물을 제조하기 위해서 순도 99% 이상의 K2CO3, SrCO3, AgCO3 및/또는 Nb2O5를 준비한다. 다음으로, 일반식 KSr2(1-x)Ag2xNb3O10를 만족하는 조성비에 따라 각 물질을 칭량한 후 에탄올을 용매로 하여 지르코니아 볼과 함께 섞어 볼 밀 공정을 사용하여 24 시간 동안 습식혼합한다. 그 후 100oC오븐에서 에탄올을 모두 건조한 후 건식 분쇄하고, 분쇄된 물질을 1200oC에서 10시간 동안 하소하여 KSr2(1-x)Ag2xNb3O10를 얻을 수 있다.
실험에 있어서, Ag 치환량이 1.0 이상인 경우에는 1200oC의 하소온도에서 재료의 멜팅(melting)현상이 나타나기 때문에 x=1.0인 경우 하소온도는 1100 oC로 설정되었다.
합성된 KSr2(1-x)Ag2xNb3O10(x=0~1.0)분말을 7 M의 HNO3용액에 4일 간 마그네틱 교반기를 이용해 교반하여 K+이온을 H+이온으로 치환한다. 여기서 K+이온은 HNO3용액 이외에도 HCl, H2SO4등의 다양한 산을 이용하여 치환을 행할 수 있다.
치환이 끝난 용액은 원심분리기를 이용하여 DI Water로 수차례 세척된다. 세척하는 동안 PH 미터를 이용하여 용액의 PH 농도가 중성에 가까워졌는지를 확인하고, 중성에 가까워졌을 때 세척을 중단한다. 그후 50oC에서 24 시간 건조하면 HSr2(1-x)Ag2xNb3O10를 얻을 수 있다.
실시예에서 얻어진 KSr2(1-x)Ag2xNb3O10와 HSr2(1-x)Ag2xNb3O10 유전체 조성물은 100 kgf/㎠의 압력으로 지름 12 mm, 높이 0.5~1 mm의 펠렛으로 성형되어 1300oC의 공기 분위기 하에서 소결(sintering)하였다. 여기서 x=0.5인 경우 소결온도는 1250 oC이고, x=0.7인 경우 소결온도는 1200oC, x=1.0인 경우 소결온도는 1100 oC로 조절되었다.
소결된 펠렛 형태의 세라믹 유전체를 측정하기 위하여 양 단면에 도전성 페이스트를 도포하고 베이킹 처리하였다. 이와 같이 준비된 소결 시편은 Agilent Technologies 사의 Impedance Analyzer로 측정되었다. 도 1은 본 발명에 따른 KSr2(1-x)Ag2xNb3O10의 X-선 회절 분석 특성을 나타낸다. 도 1의 그래프에서 가로축은 2 theta, 세로축은 회절 피크의 강도를 나타내고 있다.
도 1을 참조하면 Ag의 치환량이 증가하여 0.2에 도달하는 경우에는 Ag이온이 Sr site를 치환하는 것이 아니라 다른 구조의 이차상을 형성하기 시작하는 것을 확인 할 수 있었으며 과량의 Ag가 치환되어 0.5 이상으로 증가하는 경우 Ag와 Sr과의 이온반경 차이 때문에 층상구조가 점차 사라지는 것을 (002) 피크의 사라짐을 통하여 확인 할 수 있다.
도 2는 일 실시예에 따른 KSr2(1-x)Ag2xNb3O10의 주사 전자 현미경 사진이다. 도 2를 참조하면 X-선 회절 분석에서와 마찬가지로 Ag 치환량이 낮은 조성에서는 유전체 조성물이 층상 구조를 가지고 있는 것을 확인할 수 있고, 판상의 입자를 형성한 것이 나타나있다. 하지만 Ag 치환량이 증가함에 따라 판상 입자가 줄어들고 Ag를 포함하는 유전체 물질의 특성인 막대 형태의 입자량이 증가하는 것을 확인할 수 있으며 이는 X-선 회절 분석과 부합한다.
도 3은 KSr2(1-x)Ag2xNb3O10의 유전특성을 측정한 결과를 나타낸다. 도 3(a)는 유전상수값의 변화이고, 도 3(b)는 유전손실의 변화이다. Ag의 치환량이 0.5에 도달할 때까지 유전상수 값이 증가하는 것을 확인 할 수 있었으며, 0.7에서는 유전상수 값이 약간 감소하는 것을 확인 할 수 있다. 또한 유전율 및 유전손실을 측정한 결과 x=0.5 일 때 1KHz에서 1710의 유전상수와 0.045의 낮은 유전손실, 1MHz에서 1640의 유전상수와 0.026의 낮은 유전손실을 나타내고, 몰분율 x=0.7 일 때 1KHz에서 1580의 유전상수와 0.007의 낮은 유전손실, 1MHz에서 1570의 유전상수와 0.003의 낮은 유전손실을 나타내기 때문에 Ag의 치환량을 0.5 ~ 0.7 범위로 조절하는 것이 효율적이다.
이러한 유전 특성을 나타내는 이유를 RAMAN 분석을 통하여도 확인할 수 있다. 도 4는 RAMAN 분석결과를 나타낸다. 도 4(a)는 Raman shift 100 에서 200 까지를 나타내고, 도 4(b)는 200에서 800 까지를 나타낸다.
도 4를 참조하면 KSr2(1-x)Ag2xNb3O10 유전체 조성물에서 Ag의 치환량이 증가 할수록 soft-mode vibration이 감소하여 더 작은값으로 피크가 이동하는 것을 확인할 수 있다. 이는 세라믹 재료의 격자(lattice)내 분극(polarizability)이 증가하는 것을 나타내며 증가한 분극이 조성의 유전특성을 증가시키는 역할을 했음을 알 수 있다. 또한 X-선 회절 분석에 일치하게 Ag의 치환량이 증가할수록 층상구조에 기인하는 NbO6피크가 낮아지는 것이 확인되고 x=0.5인 경우부터는 층상구조가 파괴되는 것이 확인된다.
도 5는 HSr2(1-x)Ag2xNb3O10의 유전특성을 측정한 결과를 나타낸다. 도 5(a)는 유전상수값의 변화이고, 도 5(b)는 유전손실의 변화이다. HSr2(1-x)Ag2xNb3O10 유전체 조성물의 경우 Ag의 치환량이 0.5이 될 때까지 유전율이 증가하는 것을 확인할 수 있다. x=0.5 일 때 1KHz에서 1570의 유전상수와 0.004의 낮은 유전손실, 1MHz에서 1550의 유전상수와 0.002의 낮은 유전손실을 나타낸다. 따라서 마이크로파 유전체 등의 벌크 재료로 사용하는 경우 x=0.5에서 가장 우수한 특성을 나타내는 재료를 얻을 수 있다.
하지만 산치환을 하여 HSr2(1-x)Ag2xNb3O10을 얻고 테트라부틸암모늄(TBAOH)처리를 하여 나노시트를 얻을 수 있는 조성의 범위(x)는 대체적으로 층상 구조를 유지하고 있는 0 ~ 0.2 사이가 바람직하다.
따라서 실시예에 따른 유전체 조성물들은 마이크로파 유전체, 차세대 DRAM 캐패시터 등과 같은 기능성 유전 물질로써 유용하게 사용될 수 있다. 또한 KSr2(1-x)Ag2xNb3O10세라믹의 경우 x=0.5 ~ 0.7에서, HSr2(1-x)Ag2xNb3O10세라믹의 경우 x=0.5에서 벌크 세라믹 재료로 가장 유리하게 적용 될 수 있으며 x=0 ~ 0.2에서 나노시트 제작의 모조성으로 유리하게 적용 될 수 있다.
제2 실시예
실시 예1에서 얻어진 HSr2(1-x)Ag2xNb3O10(여기서 몰분율 x는 0<x≤0.2의 범위) 유전체 조성물을 이용하여 H+:TBA+=1:1의 비로 테트라부틸암모니움 수산화물을 첨가하여 실온에서 7-14일간 교반 반응 시켜 조성식 Sr2(1-x)Ag2xNb3O10으로 나타내어지는 페로브스카이트 나노 시트가 분산된 불투명의 콜로이드 용액을 제작하였다. 도 6은 제2 실시예에 따라 얻어진 콜로이드의 AFM 사진이다. 도 6에서 몰분율 x=0.1이다.
얻어진 나노 시트 콜로이드 용액을 초순수가 채워진 LB 트러프에 분산시킨다. 분산 용액을 전개 후, 수면의 안정 및 하층액의 온도가 일정하게 될 때 까지 30분간 안정화 시간을 가진다. 그 후 Au, Pt, ITO, SRO, Nb-STO등의 준비한 기판을 이용하여 수직 또는 수평 하강시키며 배리어는 양측에서 표면 압력을 유지시킬 만큼 0.5 mm/sec의 속도로 압축하여 기판 표면으로 단층 막을 전이 시킨다. 이러한 방법을 수 회 반복하여 원하는 층수를 갖는 페로브스카이트 나노 시트 박막을 제작할 수 있고, 제조된 박막은 UV 처리를 통하여 유기 폴리머가 제거될 수 있다.
결과적으로 본 발명에 따른 KSANO 및 HSANO 유전체 조성물은 높은 유전상수를 유지하면서 낮은 유전손실을 보인다. 특히, KSr2(1-x)Ag2xNb3O10으로 표시되는 조성식의 경우 몰분율 x=0.5 일 때 1KHz에서 1710의 유전상수와 0.045의 낮은 유전손실, 1MHz에서 1640의 유전상수와 0.026의 낮은 유전손실을 나타내고, 몰분율 x=0.7 일 때 1KHz에서 1580의 유전상수와 0.007의 낮은 유전손실, 1MHz에서 1570의 유전상수와 0.003의 낮은 유전손실을 나타내었다.
K+ 이온을 H+ 이온으로 치환한 경우에는 몰분율 x=0.5 일 때 1KHz에서 1570의 유전상수와 0.004의 낮은 유전손실, 1MHz에서 1550의 유전상수와 0.002의 낮은 유전손실을 나타낸다. 따라서 마이크로파 유전체 등의 벌크 재료로 사용하는 경우 x=0.5에서 가장 우수한 특성을 나타내는 재료를 얻을 수 있다.
하지만 산치환을 하여 HSr2(1-x)Ag2xNb3O10을 얻고 테트라부틸암모늄(TBAOH)처리를 하여 나노시트를 얻을 수 있는 조성의 범위(x)는 대체적으로 층상 구조를 유지하고 있는 0 ~ 0.2 사이가 바람직하다.
KSANO 및 HSANO 유전체 물질은 넓은 범위에서 우수한 유전특성을 나타내므로 적층 세라믹 캐패시터, 마이크로파 유전체, 차세대 TFT의 유전막 등에 사용될 수 있다. 또한 HSr2(1-x)Ag2xNb3O10(여기서 몰분율 x는 0<x≤0.2의 범위)를 이용하여 H+ 이온을 TBA+ 이온으로 양이온 치환하면 Sr2(1-x)Ag2xNb3O10 나노시트를 얻을 수 있었고 전기영동법 및 Langmuir-Blodgett법(이하 LB법)을 이용하여 단층막 혹은 다층막을 제작 할 수 있었다. 이렇게 제작 된 Sr2(1-x)Ag2xNb3O10 박막은 나노 레벨에서 우수한 유전 특성을 가지며 차후 차세대 디바이스에 적용 가능한 나노 레벨의 MLCC에 기능성 유전박막으로 응용될 수 있다.
이상에서 살펴본 본 발명은 도면에 도시된 실시예들을 참고로 하여 설명하였으나 이는 예시적인 것에 불과하며 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 실시예의 변형이 가능하다는 점을 이해할 것이다. 그러나, 이와 같은 변형은 본 발명의 기술적 보호범위 내에 있다고 보아야 한다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해서 정해져야 할 것이다.

Claims (8)

  1. 일반식 KSr2(1-x)Ag2xNb3O10로 표시되고, 상기 x는 0 초과 1 이하인 것을 특징으로 하는 은이 치환된 스트론튬 나이오베이트 유전체 조성물.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 K가 H로 치환되어, 일반식 HSr2(1-x)Ag2xNb3O10로 표시되는 것을 특징으로 하는 은이 치환된 스트론튬 나이오베이트 유전체 조성물.
  3. 일반식 KSr2(1-x)Ag2xNb3O10로 표시되고, 상기 x는 0 초과 1 이하인 물질을 HNO3, HCl, H2SO4 중 하나 이상의 용액에서 교반하여 일반식 HSr2(1-x)Ag2xNb3O10로 표시되는 유전체 조성물을 획득하는 단계를 포함하는 은이 치환된 스트론튬 나이오베이트 유전체 조성물 제조방법.
  4. 제3항에 있어서,
    일반식 HSr2(1-x)Ag2xNb3O10로 표시되는 유전체 조성물의 x는 0 초과 1.0 이하인 것을 특징으로 하는 은이 치환된 스트론튬 나이오베이트 유전체 조성물 제조방법.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 일반식 HSr2(1-x)Ag2xNb3O10로 표시되는 유전체 조성물을 건조시키는 단계; 및
    건조된 유전체 조성물을 소결시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 은이 치환된 스트론튬 나이오베이트 유전체 조성물 제조방법.
  6. 제5항에 있어서,
    소결된 유전체 조성물을 테트라부틸암모니움(TBAOH) 용액에 교반하는 단계; 및
    교반된 용액을 기판에 적층하여 나노 시트 박막을 획득하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 은이 치환된 스트론튬 나이오베이트 유전체 조성물 제조방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 기판은,
    Au, Pt, ITO, SRO, Nb-STO 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 은이 치환된 스트론튬 나이오베이트 유전체 조성물 제조방법.
  8. 제3항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따라 제조된 유전체 조성물을 마이크로파 유전체 또는 DRAM 커패시터에 적용하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 은이 치환된 스트론튬 나이오베이트 유전체 조성물 제조방법.
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