[논문]<tex> $Ba(Mg_{1/3}Ta_{2/3})O_3$</tex> 세라믹의 미세구조 및 고주파 유전 특성에 대한 <tex> $B_2O_3$</tex>의 영향

김범종; 김민한; 이우성; 박종철; 이확주; 남산

$Ba(Mg_{1/3}Ta_{2/3})O_3$ 세라믹의 미세구조 및 고주파 유전 특성에 대한 $B_2O_3$의 영향
Effect of $B_2O_3$ on the Microstructure and the Microwave Dielectric Properties of the $Ba(Mg_{1/3}Ta_{2/3})O_3$ Ceramics 원문보기

김범종 (고려대학교) , 김민한 (고려대학교) , 이우성 (한국전자부품연구원) , 박종철 (한국전자부품연구원) , 이확주 (한국표준과학연구원) , 남산 (고려대학교)

본 논문에서는 $B_2O_3$ 첨가가 Ba$(Mg_{1/3}Ta_{2/3})O_3$ (BMT)의 유전특성 및 미세구조의 변화에 미치는 영향에 대해 연구하였다 $B_2O_3$가 소량 첨가되었을 때는 결정립의 성장을 야기하여 치밀한 미세구조를 보였지만, 다량이 첨가된 경우 비정상 결정립 성장을 야기하여 치밀화가 떨어지는 미세구조를 보임과 동시에 $Ba_3Ta_5O_{15}$의 2차상을 형성했다. 이는 소량의 $B_2O_3$ 첨가가 유전특성의 향상을 가져왔지만, 다량의 첨가는 오히려 특성의 악화를 가져온 결과의 원인이라 생각된다. 0.5mol%의 $B_2O_3$를 첨가하여 $1500^{\circ}C$에서 6시간 소결한 경우 ${{\varepsilon}_r}=24$, $Q{\times}f=210,000GHz$의 유전 특성 값과 $4.74ppm/^{\circ}C$의 $T_{cf}$ 값을 얻었다.

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문제 정의

그러므로 B2O₃를 BMT에 첨가한 경우 소결온도를 낮출 것이라 예상된다. 이에 본 연구에서는 B2O₃ 첨가가 BMT의 소결온도 및 유전 특성에 미치는 영향에 대하여 연구하였다.

제안 방법

BaCOM고순도 화학, 99.95%)와 MgO(고순도 화학, 99.9%), T&O₅(고순도 화학, 99.9%)을 3:1:1 몰 비율로 배치하여 24시간 동안 1차 볼 밀링을 한 후 120(기C에서 2시간 동안 하소하여 BMT 상을 합성하였다. 합성된 BMT 분말에 B2O₃(JUNSEI, >99%) 분말을 Omol%에서 까지 변화시키 면서 첨가하여 24시간 동안 2차 볼 밀링 후 건조하여 B2O₃가 첨가된 BMT합성 분말을 얻었다.
복합 페로브스카이트 구조의 BMT에 B2O₃를 첨가하여 온도를 변화시켜가면서 소결을 하였다. XRD 와 SEM 및 EDX 분석을 통해 B2O₃ 가 첨가된 BMT의 고온 소결시 생기는 2차상은 Ba3Ta5Oi5 상으로 생각된다.
소결된 BMT 의 성분 맟 구조는 XRD(Rigaku D/max~RC, Japan)와 SEM(Hitachi S-4300, Japan) 을 사용하여 분석하였다.
9%)을 3:1:1 몰 비율로 배치하여 24시간 동안 1차 볼 밀링을 한 후 120(기C에서 2시간 동안 하소하여 BMT 상을 합성하였다. 합성된 BMT 분말에 B2O₃(JUNSEI, >99%) 분말을 Omol%에서 까지 변화시키 면서 첨가하여 24시간 동안 2차 볼 밀링 후 건조하여 B2O₃가 첨가된 BMT합성 분말을 얻었다. 이렇게 얻어진 분말을 지름이 lOmm인 몰드에 넣고 두께가 4【祯 정도가 되도록 100kg/cnf 의 압력을 가하여 디스크 형태의 시 편을 만든 후 부터 1500X:까지 온도를 변화시켜가면서 6시간 소결하였다.

이론/모형

소결된 시편의 Qxf 값 및 유전상수는 Hakki Coleman⑹에 의해 제안된 평행판법으로 측정하였고, 밀도는 아르키메데스 법으로 측정하였다. 소결된 BMT 의 성분 맟 구조는 XRD(Rigaku D/max~RC, Japan)와 SEM(Hitachi S-4300, Japan) 을 사용하여 분석하였다.

성능/효과

B2O₃가 20mol% 첨가되어 1500C에서 소결된 시편의 SEM 이미지에서 발견된 2차상의 EDX 분석 결과로 Ba와 Ta가 풍부한 상이 나타났는데(그림 3), 그 정량비가 Ba:Ta 그3:5와 비슷했다(표 1). 이는 B2O₃가 첨가된 BMT가 고온에서 소결되는 경우에 나타나는 2차상이 Ba3TasOi5라는 앞의 결론과 일치한다.
5mol%가 첨가된 경우 1400C와 150CTC에서 소결하여 각각 146, 000GHz와 210, 000GHz의 최대값을 얻었다. B2O₃이 5mol% 이상이 첨가되면서 Qxf 값이 급격히 감소하지만 유전 상수 값의 감소는 크지 않았으며, 동일 온도 상에서의 Qxf 값의 변화와 유전상수의 변화는 1300V, 14001C 그리고 15001 모두에서 비숫한 경향을 보였다. 반면, 같은 첨가량에 대하여 온도가 증가할수록 Qxf 값은 중가하지만 유전상수 값은 오히려 감소하는 상반된 결과를 얻었다.

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