KR20190106726A - 세라믹 유전체 및 그 제조 방법, 세라믹 전자 부품 및 전자장치 - Google Patents

세라믹 유전체 및 그 제조 방법, 세라믹 전자 부품 및 전자장치 Download PDF

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Abstract

바륨(Ba) 및 티타늄(Ti)을 포함하는 벌크 유전체, 세라믹 나노시트, 그리고 상기 벌크 유전체와 상기 세라믹 나노시트의 복합 유전체를 포함하는 세라믹 유전체 및 그 제조 방법, 세라믹 유전체를 포함하는 세라믹 전자 부품 및 전자 장치에 관한 것이다.

Description

세라믹 유전체 및 그 제조 방법, 세라믹 전자 부품 및 전자장치{CERAMIC DIELECTRIC AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME AND CERAMIC ELECTRONIC COMPONENT AND ELECTRONIC DEVICE}
세라믹 유전체 및 그 제조 방법, 세라믹 전자 부품 및 전자장치에 관한 것이다.
세라믹을 사용하는 전자 부품으로 커패시터, 인덕터, 압전 소자, 바리스터 또는 서미스터 등이 있다. 이 중 커패시터는 정전 용량을 얻기 위해 사용되는 전자 부품으로 전자회로를 구성하는 중요한 소자이다. 커패시터의 일 예인 적층 세라믹 커패시터(multi-layer ceramic capacitor, MLCC)는 복수의 커패시터를 포함하며 예컨대 칩 형태로 제조되어 액정표시장치 등의 영상 기기, 컴퓨터 및 모바일 폰 등 다양한 전자 장치의 인쇄회로기판에 장착되어 전기를 충전 또는 방전시키는 역할을 할 수 있고, 커플링(coupling), 디커플링(decoupling), 임피던스 매칭(impedance matching)용 소자 등에 사용될 수 있다.
최근 전자기기에 고기능화, 고효율화 및 소형화가 요구됨에 따라 전자 장치 내에 장착되는 적층 세라믹 커패시터와 같은 세라믹 전자 부품 또한 고성능화 및 소형화가 요구되고 있다.
일 구현예는 높은 유전율 및 높은 비저항을 동시에 갖는 세라믹 유전체를 제공한다.
다른 구현예는 상기 세라믹 유전체의 제조 방법을 제공한다.
또 다른 구현예는 상기 세라믹 유전체를 포함하는 세라믹 전자 부품을 제공한다.
또 다른 구현예는 상기 세라믹 전자 부품을 포함하는 전자 장치를 제공한다.
일 구현예에 따르면, 바륨(Ba) 및 티타늄(Ti)을 포함하는 벌크 유전체, 세라믹 나노시트, 그리고 상기 벌크 유전체와 상기 세라믹 나노시트의 복합 유전체를 포함하는 세라믹 유전체를 제공한다.
상기 복합 유전체의 상(phase)은 상기 벌크 유전체 및 상기 세라믹 나노시트의 상과 각각 다를 수 있다.
상기 복합 유전체는 복수의 상(phase)을 포함할 수 있다.
상기 세라믹 나노시트의 상은 하기 화학식 1 내지 3 중 어느 하나로 표현될 수 있다.
[화학식 1]
Xm[A(n-1)MnO(3n+1)]
[화학식 2]
Xr[ApM(p-1)O3p]
[화학식 3]
Xr[MpO(2p+1)]
상기 화학식 1 내지 3에서,
X는 H, 알칼리 금속, 양이온, 양이온성 화합물 또는 이들의 조합이고,
A는 Ca, Na, Ta, Bi, Ba 및 Sr에서 선택된 적어도 하나이고,
M은 A와 다르고, W, Mo, Cr, Ta, Nb, V, Zr, Hf, Pb, Sn, La 및 Ti 에서 선택된 적어도 하나이고,
0≤m≤2, 0≤r≤2, n≥1 및 p≥1이다.
상기 복합 유전체의 상은 하기 화학식 4로 표현될 수 있다.
[화학식 4]
BaaTibAcMdQeOf
상기 화학식 4에서,
A는 Ca, Na, Ta, Bi, Ba 및 Sr에서 선택된 적어도 하나이고,
M은 A와 다르고, W, Mo, Cr, Ta, Nb, V, Zr, Hf, Pb, Sn, La 및 Ti 에서 선택된 적어도 하나이고,
Q는 Si, Mn, Al, Fe, Zn, Ga, Dy 및 In에서 선택된 적어도 하나이고,
0<a≤4, 0<b≤4, 0≤c≤8, 0<d≤8, 0≤e≤0.5 및 0<f≤30이다.
상기 세라믹 나노시트는 아우리빌리우스 상(Aurivilius phase), 루들스덴-파퍼 상(Ruddlesden-Popper phase), 디온-제이콥슨 상(Dion―Jacobson phase) 및 티타노 니오베이트 상(Titano-Niobate phase)의 유전체의 박리 구조체일 수 있다.
상기 세라믹 나노시트는 Ca2Nb3O10, Ca2NaNb4O13, Ca2Na2Nb5O16, Sr2Nb3O10, SrBi4Ti4O15, Ti2NbO7, LaNb2O7 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
상기 세라믹 유전체는 상기 벌크 유전체를 포함하는 복수의 반도체성 결정립, 그리고 인접한 상기 반도체성 결정립 사이에 위치하고 상기 세라믹 나노시트를 포함하는 절연성 결정립계를 포함할 수 있다.
상기 복합 유전체는 상기 반도체성 결정립 및 상기 절연성 결정립계 중 적어도 하나에 포함될 수 있다.
상기 세라믹 유전체는 상기 벌크 유전체보다 유전율 및 비저항이 높을 수 있다.
상기 세라믹 유전체의 유전율은 상기 벌크 유전체의 유전율보다 약 2배 이상 높을 수 있다.
상기 세라믹 유전체는 상온에서 유전율 약 9,000 이상 및 비저항 약 1x109 Ωㆍ㎝ 이상 중 적어도 하나를 만족할 수 있다.
다른 구현예에 따르면, 복수의 결정립, 그리고 인접한 상기 결정립 사이에 채워진 결정립계를 포함하고, 상기 결정립 및 상기 결정립계 중 적어도 하나는 바륨(Ba); 티타늄(Ti); 칼슘(Ca), 나트륨(Na), 탄탈륨(Ta), 비스무스(Bi), 바륨(Ba) 및 스트론튬(Sr)에서 선택된 적어도 하나; 및 텅스텐(W), 몰리브덴(Mo), 크롬(Cr), 탄탈륨(Ta), 니오븀(Nb), 바나듐(V), 지르코늄(Zr), 하프늄(Hf), 납(Pb), 주석(Sn), 란탄(La) 및 티타늄(Ti)에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 복합 유전체를 포함하는 세라믹 유전체를 제공한다.
상기 결정립은 바륨(Ba) 및 티타늄(Ti)을 포함하는 벌크 유전체를 포함할 수 있다.
상기 결정립계는 세라믹 나노시트를 포함할 수 있다.
상기 세라믹 나노시트는 Ca2Nb3O10, Ca2NaNb4O13, Ca2Na2Nb5O16, Sr2Nb3O10, SrBi4Ti4O15, Ti2NbO7, LaNb2O7 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
상기 복합 유전체는 Si, Mn, Al, Fe, Zn, Ga, Dy 및 In에서 선택된 적어도 하나를 더 포함할 수 있다.
또 다른 구현예에 따르면, 바륨 전구체 및 티타늄 전구체를 포함한 금속 전구체를 열처리하여 벌크 유전체를 얻는 단계, 층상의 세라믹 분말을 박리하여 세라믹 나노시트를 준비하는 단계, 상기 벌크 유전체의 표면에 상기 세라믹 나노시트를 코팅하는 단계, 상기 세라믹 나노시트 코팅된 벌크 유전체를 소결하여 상기 벌크 유전체와 상기 세라믹 나노시트의 복합 유전체를 포함하는 세라믹 유전체를 얻는 단계를 포함하는 세라믹 유전체의 제조 방법을 제공한다.
상기 세라믹 나노시트 코팅된 벌크 유전체를 소결하는 단계는 약 1100도 내지 1400도에서 1차 열처리하는 단계, 그리고 약 600도 내지 800도에서 2차 열처리하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 1차 열처리는 환원 분위기에서 수행될 수 있고, 상기 2차 열처리는 산화 분위기에서 수행될 수 있다.
상기 제조 방법은 상기 세라믹 나노시트 코팅된 벌크 유전체를 소결하는 단계 전에 Si, Mn, Al, Fe, Zn, Ga, Dy 및 In에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 하나 또는 둘 이상의 산화물을 첨가하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 세라믹 나노시트는 Ca2Nb3O10, Ca2NaNb4O13, Ca2Na2Nb5O16, Sr2Nb3O10, SrBi4Ti4O15, Ti2NbO7, LaNb2O7 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
상기 세라믹 나노시트는 상기 벌크 유전체 100 중량부에 대하여 약 1 내지 15 중량부로 포함할 수 있다.
또 다른 구현예에 따르면, 서로 마주하는 한 쌍의 전극, 그리고 상기 한 쌍의 전극 사이에 위치하는 세라믹 유전체 층을 포함하고, 상기 세라믹 유전체 층은 상기 세라믹 유전체를 포함하는 세라믹 전자 부품을 제공한다.
상기 세라믹 전자 부품은 상기 한 쌍의 전극과 상기 세라믹 유전체 층을 포함하는 단위 커패시터가 복수 개 적층되어 있는 적층 세라믹 커패시터일 수 있다.
또 다른 구현예에 따르면, 상기 세라믹 전자 부품을 포함하는 전자 장치를 제공한다.
세라믹 전자 부품의 높은 유전율 및 높은 비저항을 동시에 구현할 수 있다.
도 1은 일 예에 따른 세라믹 유전체의 일부분을 보여주는 개략도이고,
도 2는 일 구현예에 따른 세라믹 전자 부품을 보여주는 개략도이고,
도 3은 또 다른 구현예에 따른 세라믹 전자 부품을 개략적으로 보여주는 사시도이고,
도 4는 도 3의 세라믹 전자 부품을 A-A’ 방향으로 자른 단면도이고,
도 5는 제조예 1에서 얻은 세라믹 유전체의 파단면의 SEM 사진이고,
도 6은 제조예 1에서 얻은 세라믹 유전체의 결정립 부분의 원소 분석 결과이고,
도 7은 제조예 1에서 얻은 세라믹 유전체의 X선 회절(X-ray diffraction, XRD) 그래프이고,
도 8은 제조예 1에서 얻은 세라믹 유전체의 투과전자현미경(transmission electron microscope, TEM) 사진이다.
이하, 구현예들에 대하여 본 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 권리 범위는 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 구현예에 한정되지 않는다.
도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다. 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우 뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다.
이하 일 구현예에 따른 세라믹 유전체를 설명한다.
일 구현예에 따른 세라믹 유전체는 벌크 유전체; 세라믹 나노시트; 및 벌크 유전체와 세라믹 나노시트의 복합 유전체를 포함한다.
벌크 유전체는 예컨대 삼차원 구조의 금속 산화물일 수 있고 예컨대 약 100 이상의 유전율을 가지는 금속 산화물일 수 있다. 일 예로, 벌크 유전체의 유전율은 약 100 내지 10,000, 약 150 내지 5000 또는 약 200 내지 1000일 수 있다. 벌크 유전체는 예컨대 바륨(Ba) 및 티타늄(Ti)을 포함하는 금속 산화물일 수 있으며, 예컨대 BaTiO3 또는 Ba0 . 5Sr0 . 5TiO3일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 벌크 유전체는 소정의 결정 구조를 가질 수 있으며, 예컨대 페로브스카이트 구조를 가질 수 있다.
세라믹 나노시트는 예컨대 이차원 구조의 금속 산화물일 수 있고 예컨대 층상 구조의 벌크 세라믹 분말로부터 얻어진 박리 구조체(exfoliated nanostructure) 일 수 있다. 세라믹 나노시트는 예컨대 절연성 금속 산화물일 수 있다. 일 예로, 세라믹 나노시트는 아우리빌리우스 상(Aurivilius phase), 루들스덴-파퍼 상(Ruddlesden-Popper phase), 디온-제이콥슨 상(Dion―Jacobson phase) 또는 티타노 니오베이트 상(Titano-Niobate phase)의 유전체의 박리 구조체일 수 있다.
일 예로, 세라믹 나노시트는 예컨대 약 50 이상의 유전율을 가지는 세라믹 물질로 만들어질 수 있으며, 예컨대 약 50 내지 1000, 약 100 내지 500, 약 150 내지 250의 유전율을 가지는 세라믹 물질로 만들어질 수 있으며, 예컨대 Ca, Na, Ta, Bi, Ba, Sr, W, Mo, Cr, Nb, V, Zr, Hf, Pb, Sn, La 및 Ti 에서 선택된 하나 또는 둘 이상을 포함하는 산화물일 수 있다.
일 예로, 세라믹 나노시트의 상(phase)은 하기 화학식 1 내지 3 중 어느 하나로 표현될 수 있다.
[화학식 1]
Xm[A(n-1)MnO(3n+1)]
[화학식 2]
Xr[ApM(p-1)O3p]
[화학식 3]
Xr[MpO(2p+1)]
상기 화학식 1 내지 3에서,
X는 H, 알칼리 금속, 양이온, 양이온성 화합물 또는 이들의 조합이고,
A는 Ca, Na, Ta, Bi, Ba 및 Sr에서 선택된 적어도 하나이고,
M은 A와 다르고, W, Mo, Cr, Ta, Nb, V, Zr, Hf, Pb, Sn, La 및 Ti 에서 선택된 적어도 하나이고,
0≤m≤2, n≥1, 0≤r≤2 및 p≥1이다.
일 예로, 세라믹 나노시트는 Ca2Nb3O10, Ca2NaNb4O13, Ca2Na2Nb5O16, Sr2Nb3O10, SrBi4Ti4O16, Ti2NbO7, LaNb2O7 또는 이들의 조합을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
각 세라믹 나노시트는 소정의 평균 면방향 크기(lateral dimension)를 가진 얇은 판상 모양을 가질 수 있다. 면방향 크기는 두께에 수직한 폭 또는 길이일 수 있다. 세라믹 나노시트의 평균 면방향 크기는 예컨대 약 0.1㎛ 내지 30㎛일 수 있고, 상기 범위 내에서 예컨대 약 0.2㎛ 내지 20㎛일 수 있고, 0.3㎛ 내지 15㎛일 수 있고, 약 0.5㎛ 내지 10㎛일 수 있다. 세라믹 나노시트의 평균 두께는 예컨대 약 5nm 이하일 수 있으며, 상기 범위 내에서 예컨대 약 3nm 이하, 예컨대 약 2nm 이하, 예컨대 약 1.5nm 이하, 예컨대 약 0.01nm 내지 5nm, 예컨대 약 0.01nm 내지 3nm, 예컨대 약 0.01nm 내지 2nm 또는 약 0.01nm 내지 1.5nm 일 수 있다. 세라믹 나노시트의 평균 면방향 크기 및 평균 두께는 벌크 세라믹 분말의 합성 및 박리 단계에서 합성 및 박리 조건에 따라 결정될 수 있다.
복합 유전체는 벌크 유전체와 세라믹 나노시트의 소결물을 포함할 수 있으며, 벌크 유전체 및 세라믹 나노시트의 상과 각각 다른 복수의 상을 포함할 수 있다.
일 예로, 복합 유전체는 바륨(Ba), 티타늄(Ti), 그리고 세라믹 나노시트의 유전체에 포함된 원소를 포함한 소결물을 포함할 수 있으며, 예컨대 Ba; Ti; 및 Ca, Na, Ta, Bi, Ba, Sr, W, Mo, Cr, Nb, V, Zr, Hf, Pb, Sn, La 및 Ti 에서 선택된 하나 또는 둘 이상을 포함하는 소결물일 수 있다.
일 예로, 복합 유전체의 상은 벌크 유전체 및 세라믹 나노시트의 성분에 따라 결정될 수 있으며, 예컨대 하기 화학식 4로 표현될 수 있다.
[화학식 4]
BaaTibAcMdQeOf
상기 화학식 4에서,
A는 Ca, Na, Ta, Bi, Ba 및 Sr에서 선택된 적어도 하나이고,
M은 A와 다르고, W, Mo, Cr, Ta, Nb, V, Zr, Hf, Pb, Sn, La 및 Ti에서 선택된 적어도 하나이고,
Q는 Si, Mn, Al, Fe, Zn, Ga, Dy 및 In에서 선택된 적어도 하나이고,
0<a≤4, 0<b≤4, 0≤c≤8, 0<d≤8, 0≤e≤0.5 및 0<f≤30이다.
도 1은 일 예에 따른 세라믹 유전체의 일부분을 보여주는 개략도이다.
도 1을 참고하면, 일 구현예에 따른 세라믹 유전체(10)는 복수의 결정립(grains)(10a)과 인접한 결정립(10a) 사이에 위치하는 결정립계(grain boundary)(10b)를 포함한다.
결정립(10a)은 전술한 삼차원 구조의 벌크 유전체를 포함할 수 있고 예컨대 바륨(Ba) 및 티타늄(Ti)을 포함하는 벌크 유전체를 포함할 수 있으며, 예컨대 BaTiO3 또는 Ba0 . 5Sr0 . 5TiO3을 포함할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 결정립(10a) 내의 벌크 유전체는 결정 구조 내에 산소 공공(oxygen vacancy)을 가질 수 있고 이에 따라 반도체 특성을 나타낼 수 있다.
결정립(10a)의 입경은 약 0.001㎛ 내지 10㎛의 범위 내에서 다양할 수 있으며, 예컨대 약 0.001㎛ 내지 8㎛, 예컨대 약 0.01㎛ 내지 7㎛, 예컨대 약 0.01㎛ 내지 6㎛, 예컨대 약 0.01㎛ 내지 5㎛, 예컨대 약 0.01㎛ 내지 4㎛, 예컨대 약 0.01㎛ 내지 3㎛ 범위 내에서 다양할 수 있다.
결정립(10a)의 평균 입경은 예컨대 약 2.0㎛ 이하, 약 1.8㎛ 이하, 약 1.7㎛ 이하, 약 1.5㎛ 이하, 예컨대 약 1.4㎛ 이하, 예컨대 약 1.3㎛ 이하, 예컨대 약 1.2㎛ 이하, 예컨대 약 1.1㎛ 이하, 예컨대 약 1.0㎛ 이하, 예컨대 약 900nm 이하, 예컨대 약 800nm 이하, 예컨대 약 700nm 이하, 예컨대 약 600nm 이하, 예컨대 약 500nm 이하, 예컨대 약 300nm 이하일 수 있으며, 예컨대 약 50nm 이상, 예컨대 약 60nm 이상, 예컨대 약 70nm 이상, 예컨대 약 80nm 이상, 예컨대 약 90nm 이상, 예컨대 약 100nm 이상일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
결정립계(10b)는 세라믹 유전체(10) 내에서 인접한 결정립(10a) 사이에 위치하고 예컨대 연속적으로 연결된 구조를 가질 수 있다. 결정립계(10b)는 결정립(10a)의 입경보다 얇은 폭을 가질 수 있으며 예컨대 결정립(10a)의 입경의 약 20% 이내, 예컨대 약 15% 이내, 예컨대 약 10% 이내의 폭을 가질 수 있고, 상기 범위 내에서 약 0.1% 내지 20%, 약 0.1% 내지 15% 또는 약 0.1% 내지 10%의 폭을 가질 수 있다.
결정립계(10b)는 전술한 세라믹 나노시트를 포함할 수 있고, 예컨대 칼슘(Ca), 나트륨(Na), 탄탈륨(Ta), 비스무스(Bi), 바륨(Ba), 스트론튬(Sr), 텅스텐(W), 몰리브덴(Mo), 크롬(Cr), 니오븀(Nb), 바나듐(V), 지르코늄(Zr), 하프늄(Hf), 납(Pb), 주석(Sn), 란탄(La) 및 티타늄(Ti)에서 선택된 하나 또는 둘 이상을 포함하는 산화물을 포함할 수 있고, 예컨대 전술한 화학식 1 내지 3 중 어느 하나로 표현되는 유전체를 포함할 수 있고, 예컨대 Ca2Nb3O10, Ca2NaNb4O13, Ca2Na2Nb5O16, Sr2Nb3O10, SrBi4Ti4O15, Ti2NbO7, LaNb2O7 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 세라믹 나노시트는 인접한 결정립(10a) 사이를 채울 수 있다. 전술한 세라믹 나노시트는 절연성 금속 산화물일 수 있으며, 이에 따라 결정립계(10b)는 절연성 결정립계일 수 있다.
결정립(10a)과 결정립계(10b) 중 적어도 하나는 전술한 복합 유전체를 포함할 수 있다. 복합 유전체는 벌크 유전체와 세라믹 나노시트의 소결물을 포함할 수 있으며, 예컨대 바륨(Ba); 티타늄(Ti); 및 칼슘(Ca), 나트륨(Na), 탄탈륨(Ta), 비스무스(Bi), 바륨(Ba), 스트론튬(Sr), 텅스텐(W), 몰리브덴(Mo), 크롬(Cr), 니오븀(Nb), 바나듐(V), 지르코늄(Zr), 하프늄(Hf), 납(Pb), 주석(Sn), 란탄(La) 및 티타늄(Ti)에서 선택된 하나 또는 둘 이상을 포함할 수 있다. 예컨대, 복합 유전체는 바륨(Ba); 티타늄(Ti); 칼슘(Ca), 나트륨(Na), 탄탈륨(Ta), 비스무스(Bi), 바륨(Ba) 및 스트론튬(Sr)에서 선택된 적어도 하나; 및 텅스텐(W), 몰리브덴(Mo), 크롬(Cr), 탄탈륨(Ta), 니오븀(Nb), 바나듐(V), 지르코늄(Zr), 하프늄(Hf), 납(Pb), 주석(Sn), 란탄(La) 및 티타늄(Ti)에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다. 예컨대 복합 유전체는 예컨대 상기 화학식 4로 표현될 수 있다. 복합 유전체는 예컨대 규소(Si), 망간(Mn), 알루미늄(Al), 철(Fe), 아연(Zn), 갈륨(Ga), 디스프로슘(Dy) 및 인듐(In)에서 선택된 적어도 하나를 더 포함할 수 있다.
일 예로, 복합 유전체는 결정립(10a)에 존재할 수 있다.
일 예로, 복합 유전체는 결정립계(10b)에 존재할 수 있다.
일 예로, 복합 유전체는 결정립(10a)과 결정립계(10b)에 존재할 수 있다.
이와 같이 세라믹 유전체(10)는 반도체 특성을 가진 결정립(10a)과 인접한 결정립(10a) 사이에 절연 특성을 가진 얇은 결정립계(10b)를 포함함으로써 높은 유전율 및 비저항을 확보할 수 있다.
일 예로, 세라믹 유전체(10)는 결정립(10a)에 포함된 벌크 유전체보다 유전율 및 비저항이 높을 수 있으며, 예컨대 세라믹 유전체(10)의 유전율은 결정립(10a)에 포함된 벌크 유전체의 유전율보다 약 2배 이상 높을 수 있다.
일 예로, 세라믹 유전체(10)는 유전율 약 9,000 이상 및 비저항 약 1x109Ωㆍ㎝ 이상 중 적어도 하나를 만족할 수 있으며, 예컨대 상기 유전율 및 비저항을 동시에 만족할 수 있다. 상기 범위 내에서 세라믹 유전체(10)는 예컨대 유전율 약 10,000 이상 및/또는 비저항 약 1x1010Ωㆍ㎝ 이상을 만족할 수 있고, 예컨대 유전율 약 11,000 이상 및/또는 비저항 약 1x1011Ωㆍ㎝ 이상을 만족할 수 있고, 예컨대 유전율 약 12,000 이상 및/또는 비저항 약 1x1011Ωㆍ㎝ 이상을 만족할 수 있다.
이하 세라믹 유전체의 일 구현예에 따른 제조 방법을 설명한다.
일 구현예에 따른 세라믹 유전체의 제조 방법은 벌크 유전체를 준비하는 단계, 세라믹 나노시트를 준비하는 단계, 벌크 유전체의 표면에 세라믹 나노시트를 코팅하는 단계, 그리고 세라믹 나노시트 코팅된 벌크 유전체를 소결하여 벌크 유전체와 세라믹 나노시트의 복합 유전체를 얻는 단계를 포함한다.
벌크 유전체는 예컨대 바륨 전구체 및 티타늄 전구체를 포함한 금속 전구체를 열처리하여 얻을 수 있다. 여기서 바륨 전구체는 예컨대 바륨 산화물, 바륨 탄산염 및/또는 수산화 바륨일 수 있으며, 예컨대 BaCO3, BaO 및/또는 Ba(OH)2 일 수 있고, 티타늄 전구체는 예컨대 티타늄 산화물, 티타늄 탄산염, 수산화 티타늄 또는 티타늄 초산염일 수 있으며, 예컨대 TiO2 및/또는 Ti(OH)4 일 수 있다.
바륨 전구체와 티타늄 전구체는 예컨대 약 0.8:1.2 내지 1.2:0.8의 몰비로 포함될 수 있고, 상기 범위 내에서 예컨대 약 0.9:1.1 내지 1.1:0.9의 몰비로 포함될 수 있고 상기 범위 내에서 예컨대 약 1:1의 몰비로 포함될 수 있다.
열처리는 예컨대 공기(air) 중에서 수행될 수 있으며, 예컨대 약 700℃ 내지 1200℃, 예컨대 약 600℃ 내지 1000℃, 예컨대 약 600℃ 내지 800℃의 온도에서 수행될 수 있다.
세라믹 나노시트는 예컨대 층상의 세라믹 재료로부터 얻을 수 있으며, 예컨대 층상의 세라믹 재료는 예컨대 전이금속 산화물과 알칼리금속 화합물 및/또는 알칼리토금속 화합물을 포함하는 혼합물을 열처리하여 얻을 수 있다.
전이금속 산화물은 예컨대 Nb, Sr, Bi, Ti, Re, V, Os, Ru, Ta, Ir, W, Ga, Mo, In, Cr, Rh, Mn, Co, Fe 또는 이들의 조합을 포함하는 산화물에서 선택될 수 있으며, 예컨대 Nb2O5 등일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 알칼리금속 화합물 및/또는 알칼리토금속 산화물은 예컨대 Ca, K 또는 이들의 조합을 포함하는 화합물에서 선택될 수 있으며, 예컨대 CaCO3, K2CO3 등일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
전이금속 산화물과 알칼리금속 화합물 및/또는 알칼리토금속 화합물의 혼합 비율은 제조하고자 하는 세라믹 재료의 조성을 고려하여 적절히 선택될 수 있으며, 예컨대 전이금속 산화물 1몰당 알칼리금속 화합물 및/또는 알칼리토금속 화합물 0.1몰 내지 1몰을 혼합할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 열처리는 예컨대 대기 분위기, 질소 분위기, 아르곤 분위기 또는 진공과 같은 분위기에서 약 750 내지 1500도에서 약 10시간 내지 50시간 수행할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
층상의 세라믹 재료는 분쇄하여 층상의 세라믹 분말로 얻을 수 있다. 층상의 세라믹 분말은 다양한 방법으로 박리될 수 있으며, 예컨대 삼투압 현상을 이용한 양성자산, 유기 양이온의 순차적 이온교환과 층간삽입반응을 통해 박리될 수 있다.
일 예로, 층상의 세라믹 분말은 염산, 황산과 같은 산성 용액으로 산 교환처리되어 알칼리금속의 적어도 일부가 프로톤(H+)으로 교환된 층상 프로톤 교환 세라믹 분말을 얻을 수 있다. 산성 용액의 농도, 처리 온도 및 처리 시간 등은 적절히 선택될 수 있으며, 특별히 제한되지 않는다.
이어서 얻어진 층상 프로톤 교환 세라믹 분말은 인터칼레이션 처리되어 인터칼레이션된 층상 세라믹 분말을 얻을 수 있다. 인터칼레이션은 예컨대 C1 내지 C20 알킬암모늄염 화합물을 인터칼런트로서 사용하여 수행될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 알킬암모늄염 화합물은 예컨대 테트라메틸암모늄 하이드록사이드와 같은 테트라메틸암모늄 화합물, 테트라에틸암모늄 하이드록사이드와 같은 테트라에틸 암모늄 화합물, 테트라프로필암모늄 하이드록사이드와 같은 테트라프로필암모늄 화합물, 테트라부틸암모늄 하이드록사이드와 같은 테트라부틸암모늄 화합물 및/또는 벤질메틸암모늄 하이드록사이드와 같은 벤질알킬암모늄 화합물일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
알킬암모늄염 화합물은 수용액 형태로 제공될 수 있으며, 알킬암모늄염 수용액의 농도는 층상 프로톤 교환 세라믹 분말의 프로톤을 기준으로 약 0.01 내지 20mol%일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 인터칼레이션 처리의 온도 및 시간은 특별히 제한되지 않으며, 예컨대 약 25도 내지 80도에서 약 1일 내지 5일 동안 수행될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 인터칼런트는 층상 프로톤 교환 세라믹 분말의 층들 사이에 삽입되어 세라믹 나노시트로 쉽게 분리될 수 있도록 한다. 효과적인 박리를 위해 원심분리, 초음파 또는 이들의 조합을 수행할 수 있다.
층상의 세라믹 분말로부터 박리된 세라믹 나노시트는 단결정의 세라믹 나노시트일 수 있으며 용매 상에 안정하게 분산되어 콜로이드 형태로 존재할 수 있다. 용매는 예컨대 고유전율 용매일 수 있으며, 예컨대 물 또는 극성 용매일 수 있으며, 예컨대 물, 알코올, 아세트니트릴, 디메틸설폭사이드, 디메틸포름아미드, 프로필렌카보네이트 또는 이들의 조합일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기에서 얻어진 벌크 유전체와 세라믹 나노시트를 혼합하여 벌크 유전체의 표면에 세라믹 나노시트를 코팅할 수 있다. 이때 세라믹 나노시트는 벌크 유전체보다 적게 포함될 수 있고, 예컨대 세라믹 나노시트는 벌크 유전체 100 중량부에 대하여 약 0.1 내지 20 중량부로 포함될 수 있으며, 상기 범위 내에서 약 0.5 내지 20 중량부, 약 1 내지 20 중량부, 약 1 내지 15 중량부로 포함될 수 있다.
벌크 유전체와 세라믹 나노시트를 혼합시 소결 첨가제(sintering agent)를 더 포함할 수 있다. 소결 첨가제는 예컨대 Si, Mn, Al, Fe, Zn, Ga, Dy 및/또는 In을 포함하는 산화물 또는 글라스 화합물일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 소결 첨가제는 예컨대 SiO2 일 수 있다. 소결 첨가제는 벌크 유전체 100몰에 대하여 약 0.1 내지 5몰로 제공될 수 있고, 상기 범위 내에서 예컨대 약 0.3 내지 2몰, 약 0.1 내지 1.5몰로 제공될 수 있다.
세라믹 나노시트 코팅된 벌크 유전체를 소결하는 단계는 서로 다른 분위기 및/또는 온도에서 연속적으로 수행될 수 있으며, 예컨대 환원 분위기에서 1차 열처리하는 단계 및 산화 분위기에서 2차 열처리하는 단계를 포함할 수 있다. 여기서 환원 분위기는 강 환원 분위기일 수 있고 산화 분위기는 약 산화 분위기일 수 있다.
강 환원 분위기에서 1차 열처리는 건조 가스 분위기에서 1000℃ 이상의 고온일 수 있고 약 산화 분위기에서 2차 열처리는 예컨대 공기 및/또는 습식 가스 분위기에서 강 환원 분위기보다 낮은 온도일 수 있다. 예컨대 강 환원 분위기에서 1차 열처리는 건조 H2 가스 또는 건조 N2/H2 혼합 가스 분위기에서 1000℃ 이상의 고온일 수 있고 약 산화 분위기에서 2차 열처리는 예컨대 공기 및/또는 습식 N2 분위기에서 강 환원 분위기보다 낮은 온도일 수 있다. 예컨대 강 환원 분위기는 100% 건조 H2 가스이거나 N2:H2 의 부피비가 예컨대 약 1:99 내지 99:1, 약 10:90 내지 90:10, 약 20:80 내지 80:20, 약 30:70 내지 70:30, 약 40:60 내지 60:40, 약 50:50인 건조 N2/H2 혼합 가스 분위기일 수 있고, 약 산화 분위기는 100% 습식 N2 가스이거나 N2:H2 의 부피비가 예컨대 약 1:99 내지 99:1, 약 10:90 내지 90:10, 약 20:80 내지 80:20, 약 30:70 내지 70:30, 약 40:60 내지 60:40, 약 50:50인 습식 N2/H2 혼합 가스 분위기일 수 있다. 1차 열처리와 2차 열처리는 각각 독립적으로 약 1시간 내지 6시간 동안 수행할 수 있으며, 예컨대 약 2시간 내지 4시간 동안 수행할 수 있다.
일 예로, 강 환원 분위기는 예컨대 N2/H2 혼합 가스 분위기 및 약 1100℃ 내지 1400℃의 온도일 수 있으며, 약 산화 분위기는 예컨대 공기 및/또는 습식 N2 분위기 및 약 600℃ 내지 800℃의 온도일 수 있다. 상기 범위 내에서 강 환원 분위기는 약 1200 내지 1300℃의 온도일 수 있고 약 산화 분위기는 예컨대 약 650 내지 800℃의 온도일 수 있다. 1차 열처리와 2차 열처리는 각각 독립적으로 약 1시간 내지 6시간 동안 수행할 수 있으며, 예컨대 약 2시간 내지 4시간 동안 수행할 수 있다. 강 환원 분위기 및 약 산화 분위기에서의 열처리 온도 및 시간은 원하는 유전율 및 비저항에 따라 다양하게 조절될 수 있다.
이와 같이 강 환원 분위기에서 열처리 후에 약 산화 분위기에서 연속적으로 열처리함으로써 결정립(10a) 내의 산소공공의 소실을 방지하거나 줄여 충분한 산소 공공을 확보할 수 있고 이에 따라 반도체성 결정립을 포함하는 고유전율 세라믹 유전체(10)를 얻을 수 있다.
얻어진 세라믹 유전체(10)는 벌크 유전체로부터 형성된 복수의 결정립(10a)과 인접한 결정립(10a) 사이에 채워져 있고 세라믹 나노시트로부터 형성된 결정립계(10b)를 포함할 수 있고, 결정립(10a)과 결정립계(10b) 중 적어도 하나는 벌크 유전체와 세라믹 나노시트의 복합 유전체를 포함할 수 있다.
이하 일 구현예의 세라믹 전자 부품을 설명한다.
도 2는 일 구현예에 따른 세라믹 전자 부품을 보여주는 개략도이다.
도 2는 세라믹 전자 부품의 일 예인 캐패시터(50)를 보여준다.
도 2를 참고하면, 일 구현예에 따른 캐패시터(50)는 서로 마주하는 한 쌍의 전극(51, 52) 및 세라믹 유전체(10)를 포함한다.
한 쌍의 전극(51, 52)은 금속과 같은 도전체를 포함하며, 예컨대 니켈(Ni), 금(Au), 백금(Pt), 팔라듐(Pd), 구리(Cu), 은(Ag), 주석(Sn), 이들의 합금 또는 이들의 조합을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 한 쌍의 전극(51, 52)은 예컨대 금속판일 수도 있고 예컨대 기판(도시하지 않음) 위에 형성된 도전층일 수도 있고 예컨대 기판(도시하지 않음) 위에 도금된 금속 도금판일 수도 있다. 여기서 기판은 예컨대 유리 기판, 반도체 기판, 고분자 기판 또는 이들의 조합일 수 있다.
세라믹 유전체(10)는 전술한 바와 같다.
도 3은 또 다른 구현예에 따른 세라믹 전자 부품을 개략적으로 보여주는 사시도이고, 도 4는 도 3의 세라믹 전자 부품을 A-A’ 방향으로 자른 단면도이다.
본 구현예에 따른 세라믹 전자 부품은 도 2의 캐패시터를 단위 캐패시터로 하여 복수 개 적층된 구조를 가지는 적층 세라믹 캐패시터(multilayer ceramic capacitor, MLCC)(100)이다.
도 3 및 도 4를 참고하면, 적층 세라믹 캐패시터(100)는 캐패시터 바디(61)와 외부 전극(62,63)을 포함한다. 캐패시터 바디(61)는 도 4에 도시된 캐패시터(50)가 복수 개 적층된 구조를 가지며, 각 캐패시터는 전술한 바와 같이 전극(내부 전극)(51, 52)과 세라믹 유전체(10)을 포함한다. 구체적인 설명은 전술한 바와 같다.
상기에서는 세라믹 전자 부품의 일 예로 캐패시터 및 적층 세라믹 캐패시터를 설명하였지만 이에 한정되지 않고 예컨대 인덕터, 압전 소자, 바리스터 또는 써미스터 등과 같은 세라믹을 사용하는 모든 전자 부품에 적용될 수 있다.
전술한 캐패시터, 적층 세라믹 캐패시터와 같은 세라믹 전자 부품은 다양한 전자 장치에 포함될 수 있으며 예컨대 액정표시장치 등의 영상 기기, 컴퓨터 및 모바일 폰 등에 포함될 수 있다.
이하 실시예를 통하여 상술한 구현예를 보다 상세하게 설명한다. 다만, 하기의 실시예는 단지 설명의 목적을 위한 것이며 권리범위를 제한하는 것은 아니다.
합성예
합성예 1: 바륨 티탄 산화물의 합성
BaCO3 1 mol, TiO2 1 mol 및 디스프로슘(Dy) 0.0025 mol을 에탄올을 넣고 볼밀(Ball Mill)을 사용하여 24시간 혼합한다. 이어서 혼합한 분말을 비커에서 마그네틱 바와 핫 플레이트를 이용하여 혼합하면서 건조한다. 건조된 분말을 오븐에서 80℃에서 하루 추가 건조한다. 이어서 혼합물을 공기 중에서 1000℃에서 4시간 하소하여 바륨 티탄 산화물을 준비한다.
합성예 2: 세라믹 나노시트(Ca 2 Na 2 Nb 5 O 16 )의 합성
K2CO3, CaCO3, Nb2O5 및 NaO를 1.1:2:5:2의 몰비로 준비한다. 이어서 상기 분말을 에탄올을 넣고 볼밀을 사용하여 24시간 혼합한다. 이어서 혼합한 분말을 비커에서 마그네틱 바와 핫 플레이트를 이용하여 혼합하면서 건조한다. 충분한 건조를 위하여 추가적으로 100도 오븐에서 1일간 건조한다. 이어서 공기 분위기에서 1200도에서 10시간 하소를 하여 KCa2Na2Nb5O16 모상을 준비한다.
이어서 KCa2Na2Nb5O16 모상을 HCl 용액 또는 HNO3 용액에 넣어 교반한 후 여과하여 HCa2Na2Nb5O16 분말을 얻는다. 얻어진 HCa2Na2Nb5O16 분말을 테트라부틸암모늄 수용액(tetrabutylammonium hydroxide solution, TBAOH)에 넣어 교반하고 원심 분리하여 2차원 세라믹 나노 시트들로 박리한다. 이때 HCa2Nb3O10·1.5H2O와 TBAOH는 1:1의 비율로 혼합한다. 박리는 상온에서 7일 동안 150rpm으로 기계적으로 흔들면서 진행한다. 이어서 비커의 바닥 침전물을 제거한 후, 원심 분리기를 이용하여 2,000rpm의 조건에서 30분 동안 원심분리한 후 상등액(2/3)만 사용하고 가라앉은 잔류물은 버린다. 이어서 원심분리된 상등액을 멤브레인을 사용하여 투석하여 테트라부틸암모늄 수용액을 제거하여 Ca2Na2Nb5O16 세라믹 나노시트를 포함하는 나노시트 용액을 제조한다. Ca2Na2Nb5O16 세라믹 나노시트는 약 2.5nm의 평균 두께와 약 500nm의 평균 면방향 크기를 갖는다.
제조예
제조예 1
합성예 1에서 얻은 바륨 티탄 산화물 100 중량부 및 합성예 2에서 얻은 Ca2Na2Nb5O16 세라믹 나노시트 1중량부를 각각 준비한다.
먼저, 양이온성 화합물인 폴리에틸렌이민 1중량부 수용액에 합성예 1에서 얻은 바륨 티탄 산화물을 담근 후 초음파 처리를 통해 표면 처리한다. 이어서 원심 분리기를 사용하여 상등부 용액을 제거한다. 이어서 합성예 2에서 얻은 Ca2Na2Nb5O16 나노시트 용액에 표면 처리된 바륨 티탄 산화물을 담근 후 초음파 처리를 수행하여 바륨 티탄 산화물 표면에 Ca2Na2Nb5O16 세라믹 나노시트를 코팅한다. 이어서 원심 분리를 통하여 상등액을 제거한다. 이어서, Ca2Na2Nb5O16 세라믹 나노시트 코팅된 바륨 티탄 산화물에 Mn2O3 1몰% 및 SiO2 1몰%를 첨가하여 혼합한 후, 습식 H2 분위기 하에서 약 1250℃로 2시간 환원소결하고, 습식 N2 분위기 하에 700℃로 2시간 재산화하여 세라믹 유전체를 제조한다.
제조예 2
Ca2Na2Nb5O16 세라믹 나노시트를 4중량부로 포함한 것을 제외하고 제조예 1과 동일한 방법으로 세라믹 유전체를 제조한다.
제조예 3
Ca2Na2Nb5O16 세라믹 나노시트를 7중량부로 포함한 것을 제외하고 제조예 1과 동일한 방법으로 세라믹 유전체를 제조한다.
제조예 4
Ca2Na2Nb5O16 세라믹 나노시트를 15중량부로 포함한 것을 제외하고 제조예 1과 동일한 방법으로 세라믹 유전체를 제조한다.
비교제조예 1
Ca2Na2Nb5O16 세라믹 나노시트를 포함하지 않은 것을 제외하고 제조예 1과 동일한 방법으로 세라믹 유전체를 제조한다.
평가 I
제조예 1에서 얻은 세라믹 유전체의 파단면을 주사전자현미경(SEM)으로 관찰한다.
도 5는 제조예 1에서 얻은 세라믹 유전체의 파단면의 SEM 사진이고, 도 6은 제조예 1에서 얻은 세라믹 유전체의 결정립 부분의 원소 분석 결과이다.
도 5를 참고하면, 세라믹 유전체는 복수의 결정립과 이들 사이에 위치하는 결정립계를 가지는 구조인 것을 확인할 수 있다.
도 6을 참고하면, 세라믹 유전체의 결정립 부분에서 바륨(Ba) 및 티타늄(Ti) 외에 칼슘(Ca), 나트륨(Na) 및 니오븀(Nb)이 검출 된 것을 확인할 수 있으며, 이로부터 세라믹 유전체에 바륨 티타늄 산화물(벌크 유전체)과 Ca2Na2Nb5O16 세라믹 나노시트의 복합 유전체가 존재하는 것을 확인할 수 있다.
평가 II
도 7은 제조예 1에서 얻은 세라믹 유전체의 X선 회절(X-ray diffraction, XRD) 그래프이다.
도 7을 참고하면, 세라믹 유전체는 CaBa2TiNb4O15로 표현되는 상 및 그 외의 복수의 신규 상을 포함함을 확인할 수 있으며, 상기 신규 상은 합성예 1에서 얻은 바륨 티탄 산화물 및 합성예 2에서 얻은 Ca2Na2Nb5O16 세라믹 나노시트와 다름을 각각 확인할 수 있다.
평가 III
도 8은 제조예 1에서 얻은 세라믹 유전체의 투과전자현미경(transmission electron microscope, TEM) 사진이다.
도 8을 참고하면, 바륨 티탄 산화물의 상 내에 Ca2Na2Nb5O16 세라믹 나노시트의 성분인 Ca, Nb 등이 공존하는 것을 확인할 수 있으며, 이로부터 세라믹 유전체는 바륨 티탄 산화물과 다른 신규 상을 포함함을 확인할 수 있다.
실시예
실시예 1
제조예 1에서 얻은 세라믹 유전체의 양쪽 면에 In-Ga을 도포하여 전극을 형성하여 캐패시터를 제조한다.
실시예 2
제조예 2에서 얻은 세라믹 유전체의 양쪽 면에 In-Ga을 도포하여 전극을 형성하여 캐패시터를 제조한다.
실시예 3
제조예 3에서 얻은 세라믹 유전체의 양쪽 면에 In-Ga을 도포하여 전극을 형성하여 캐패시터를 제조한다.
실시예 4
제조예 4에서 얻은 세라믹 유전체의 양쪽 면에 In-Ga을 도포하여 전극을 형성하여 캐패시터를 제조한다.
비교예 1
비교제조예 1에서 얻은 세라믹 유전체의 양쪽 면에 In-Ga을 도포하여 전극을 형성하여 캐패시터를 제조한다.
평가 IV
실시예 1 내지 4와 비교예 1에 따른 캐패시터의 유전율, 유전 손실 및 비저항을 평가한다.
유전율 및 유전 손실은 4284A LCR meter을 사용하여 평가하고, 비저항은 Keithley 2400을 사용하여 평가한다.
그 결과는 표 1과 같다.
유전율(1kHz) 유전 손실(tanδ, %) 비저항(Ωㆍ㎝)
실시예 1 11,000 7.8 1x109
실시예 2 13,000 7.1 1x1011
실시예 3 18,000 6.4 3x1011
실시예 4 9,000 6.8 1x1010
비교예 1 6,000~7,000 5.0 1x106
표 1을 참고하면, 실시예 1 내지 4에 따른 캐패시터는 유전율 9,000 이상, 유전 손실 8% 이하 및 비저항 1x109 Ωㆍ㎝ 이상을 만족하며 높은 유전율 및 높은 비저항을 동시에 만족하는 것을 확인할 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예들에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구 범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
10: 세라믹 유전체
10a: 결정립 10b: 결정립계
51, 52: 전극 61: 캐패시터 바디
62, 63: 외부 전극 100: 적층 세라믹 캐패시터

Claims (26)

  1. 바륨(Ba) 및 티타늄(Ti)을 포함하는 벌크 유전체,
    세라믹 나노시트, 그리고
    상기 벌크 유전체와 상기 세라믹 나노시트의 복합 유전체
    를 포함하는 세라믹 유전체.
  2. 제1항에서,
    상기 복합 유전체의 상(phase)은 상기 벌크 유전체 및 상기 세라믹 나노시트의 상과 각각 다른 세라믹 유전체.
  3. 제1항에서,
    상기 복합 유전체는 복수의 상(phase)을 포함하는 세라믹 유전체.
  4. 제1항에서,
    상기 세라믹 나노시트의 상은 하기 화학식 1 내지 3 중 어느 하나로 표현되는 세라믹 유전체:
    [화학식 1]
    Xm[A(n-1)MnO(3n+1)]
    [화학식 2]
    Xr[ApM(p-1)O3p]
    [화학식 3]
    Xr[MpO(2p+1)]
    상기 화학식 1 내지 3에서,
    X는 H, 알칼리 금속, 양이온, 양이온성 화합물 또는 이들의 조합이고,
    A는 Ca, Na, Ta, Bi, Ba 및 Sr에서 선택된 적어도 하나이고,
    M은 A와 다르고, W, Mo, Cr, Ta, Nb, V, Zr, Hf, Pb, Sn, La 및 Ti에서 선택된 적어도 하나이고,
    0≤m≤2, 0≤r≤2, n≥1 및 p≥1이다.
  5. 제1항에서,
    상기 복합 유전체의 상은 하기 화학식 4로 표현되는 세라믹 유전체:
    [화학식 4]
    BaaTibAcMdQeOf
    상기 화학식 4에서,
    A는 Ca, Na, Ta, Bi, Ba 및 Sr에서 선택된 적어도 하나이고,
    M은 A와 다르고, W, Mo, Cr, Ta, Nb, V, Zr, Hf, Pb, Sn, La 및 Ti 에서 선택된 적어도 하나이고,
    Q는 Si, Mn, Al, Fe, Zn, Ga, Dy 및 In에서 선택된 적어도 하나이고,
    0<a≤4, 0<b≤4, 0≤c≤8, 0<d≤8, 0≤e≤0.5 및 0<f≤30이다.
  6. 제1항에서,
    상기 세라믹 나노시트는 아우리빌리우스 상(Aurivilius phase), 루들스덴-파퍼 상(Ruddlesden-Popper phase), 디온-제이콥슨 상(Dion―Jacobson phase) 또는 티타노 니오베이트 상(Titano-Niobate phase)의 유전체의 박리 구조체인 세라믹 유전체.
  7. 제1항에서,
    상기 세라믹 나노시트는 Ca2Nb3O10, Ca2NaNb4O13, Ca2Na2Nb5O16, Sr2Nb3O10, SrBi4Ti4O15, Ti2NbO7, LaNb2O7 또는 이들의 조합을 포함하는 세라믹 유전체.
  8. 제1항에서,
    상기 벌크 유전체를 포함하는 복수의 반도체성 결정립, 그리고
    인접한 상기 반도체성 결정립 사이에 위치하고 상기 세라믹 나노시트를 포함하는 절연성 결정립계
    를 포함하는 세라믹 유전체.
  9. 제8항에서,
    상기 복합 유전체는 상기 반도체성 결정립 및 상기 절연성 결정립계 중 적어도 하나에 포함되는 세라믹 유전체.
  10. 제1항에서,
    상기 세라믹 유전체는 상기 벌크 유전체보다 유전율 및 비저항이 높은 세라믹 유전체.
  11. 제1항에서,
    상기 세라믹 유전체의 유전율은 상기 벌크 유전체의 유전율보다 2배 이상 높은 세라믹 유전체.
  12. 제1항에서,
    상온에서 유전율 9,000 이상 및 비저항 1x109 Ωㆍ㎝ 이상 중 적어도 하나를 만족하는 세라믹 유전체.
  13. 복수의 결정립, 그리고
    인접한 상기 결정립 사이에 채워진 결정립계
    를 포함하고,
    상기 결정립 및 상기 결정립계 중 적어도 하나는
    바륨(Ba); 티타늄(Ti); 칼슘(Ca), 나트륨(Na), 탄탈륨(Ta), 비스무스(Bi), 바륨(Ba) 및 스트론튬(Sr)에서 선택된 적어도 하나; 및 텅스텐(W), 몰리브덴(Mo), 크롬(Cr), 탄탈륨(Ta), 니오븀(Nb), 바나듐(V), 지르코늄(Zr), 하프늄(Hf), 납(Pb), 주석(Sn), 란탄(La) 및 티타늄(Ti)에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 복합 유전체
    를 포함하는 세라믹 유전체.
  14. 제13항에서,
    상기 결정립은 바륨(Ba) 및 티타늄(Ti)을 포함하는 벌크 유전체를 포함하는 세라믹 유전체.
  15. 제13항에서,
    상기 결정립계는 세라믹 나노시트를 포함하는 세라믹 유전체.
  16. 제15항에서,
    상기 세라믹 나노시트는 Ca2Nb3O10, Ca2NaNb4O13, Ca2Na2Nb5O16, Sr2Nb3O10, SrBi4Ti4O15, Ti2NbO7, LaNb2O7 또는 이들의 조합을 포함하는 세라믹 유전체.
  17. 제13항에서,
    상기 복합 유전체는 규소(Si), 망간(Mn), 알루미늄(Al), 철(Fe), 아연(Zn), 갈륨(Ga), 디스프로슘(Dy) 및 인듐(In)에서 선택된 적어도 하나를 더 포함하는 세라믹 유전체.
  18. 바륨 전구체 및 티타늄 전구체를 포함한 금속 전구체를 열처리하여 벌크 유전체를 얻는 단계,
    층상의 세라믹 분말을 박리하여 세라믹 나노시트를 준비하는 단계,
    상기 벌크 유전체의 표면에 상기 세라믹 나노시트를 코팅하는 단계, 그리고
    상기 세라믹 나노시트 코팅된 벌크 유전체를 소결하여 상기 벌크 유전체와 상기 세라믹 나노시트의 복합 유전체를 포함하는 세라믹 유전체를 얻는 단계
    를 포함하는 세라믹 유전체의 제조 방법.
  19. 제18항에서,
    상기 세라믹 나노시트 코팅된 벌크 유전체를 소결하는 단계는
    1100도 내지 1400도에서 1차 열처리하는 단계, 그리고
    600도 내지 800도에서 2차 열처리하는 단계
    를 포함하는 세라믹 유전체의 제조 방법.
  20. 제19항에서,
    상기 1차 열처리는 환원 분위기에서 수행되고,
    상기 2차 열처리는 산화 분위기에서 수행되는
    세라믹 유전체의 제조 방법.
  21. 제18항에서,
    상기 세라믹 나노시트 코팅된 벌크 유전체를 소결하는 단계 전에
    Si, Mn, Al, Fe, Zn, Ga, Dy 및 In에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 하나 또는 둘 이상의 산화물을 첨가하는 단계를 더 포함하는 세라믹 유전체의 제조 방법.
  22. 제18항에서,
    상기 세라믹 나노시트는 Ca2Nb3O10, Ca2NaNb4O13, Ca2Na2Nb5O16, Sr2Nb3O10, SrBi4Ti4O15, Ti2NbO7, LaNb2O7 또는 이들의 조합을 포함하는 세라믹 유전체의 제조 방법.
  23. 제18항에서,
    상기 세라믹 나노시트는 상기 벌크 유전체 100 중량부에 대하여 1 내지 15 중량부로 포함하는 세라믹 유전체의 제조 방법.
  24. 서로 마주하는 한 쌍의 전극, 그리고
    상기 한 쌍의 전극 사이에 위치하는 세라믹 유전체 층
    을 포함하고,
    상기 세라믹 유전체 층은 제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 따른 세라믹 유전체를 포함하는 세라믹 전자 부품.
  25. 제24항에서,
    상기 세라믹 전자 부품은
    상기 한 쌍의 전극과 상기 세라믹 유전체 층을 포함하는 단위 커패시터가 복수 개 적층되어 있는 적층 세라믹 커패시터인
    세라믹 전자 부품.
  26. 제24항에 따른 세라믹 전자 부품을 포함하는 전자 장치.



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