초록 ▼

본 연구의 최종 목표는 강유전성이 우수한 환경 친화적인 (K,Na)NbO₃ 계 강유전체 박막을 제작하여 강유전 및 압전 특성을 규명하고 중금속인 납을 포함하고 있는 PZT계 박막을 대체할 FRAM 및 MEMS용 소재를 찾는 것이다. 연구자는 KNN계 박막의 강유전 및 압전 특성을 안정적으로 개선시키고 생산성을 향상시킬 수 있도록 sol-gel 방법을 이용하여 다양한 조성의 KNN 계 박막을 제작하여 강유전, 압전, 전도 및 열화 특성을 조사를 통한 강유전체 메모리소자, 압전소자 등과 같은 무연계 전자소재로서의 응

본 연구의 최종 목표는 강유전성이 우수한 환경 친화적인 (K,Na)NbO₃ 계 강유전체 박막을 제작하여 강유전 및 압전 특성을 규명하고 중금속인 납을 포함하고 있는 PZT계 박막을 대체할 FRAM 및 MEMS용 소재를 찾는 것이다. 연구자는 KNN계 박막의 강유전 및 압전 특성을 안정적으로 개선시키고 생산성을 향상시킬 수 있도록 sol-gel 방법을 이용하여 다양한 조성의 KNN 계 박막을 제작하여 강유전, 압전, 전도 및 열화 특성을 조사를 통한 강유전체 메모리소자, 압전소자 등과 같은 무연계 전자소재로서의 응용성을 확보하기 위한 연구를 진행하였다.
본 연구를 위하여 연구교수 1명, 박사과정 2명, 석사과정 5명, 등 총 8명의 연구 인력이 투입되었다. 이 연구 인력들은 본 연구 과제를 통하여 PLD, sol-gel, RF-magnetron sputtering 장비를 이용한 박막 증착에 관한 전문 지식과 기술을 축적할 수 있었으며, 또한 강유전체 박막에 대한 학문적 지식 습득과 함께 다양한 물리적 측정 기술도 향상시킬 수 있었다.
미국과 일본, 독일 등과 같은 선진국을 중심으로 한 무연계 압전 세라믹 연구는 활발하게 진행되고 있으나 무연계 압전 박막소재 개발은 이루어지지 않고 있다. 본 연구는 Na와 K 조성비에 따른 (K_1-xNa_x)NbO₃ (x=0~1, KNN) 세라믹 표적을 자체 제작하여 Na와 K 휘발성을 보상하기 위한 실험을 토대로 A-자리 과잉첨가를 기준으로 A 또는 B 자리에 불순물을 첨가하여 Sol-gel 방법으로 박막을 제작하여 우수한 강유전 특성을 확인하였다. 대면적의 박막을 얻기 위하여 sol-gel 방법으로 KNN계 무연 박막을 성장시켜 강유전, 전기적 특성 및 열화 현상에 관한 체계적인 연구를 수행하였다.
연구에서 개발된 (K_0.5-x/2Na_0.5-x/2Li_x)(Nb_1-y-zMn_yTa_z)O₃ (KNLNMT) 박막의 압전계수 값 (Ta=8 mol%, d*₃₃ = 48 pm/V)은 현재 상용화되고 있는 Pb계 압전 박막소재의 압전 특성과 유사하며 세계적으로 발표되고 있는 무연계 강유전체 박막의 압전 계수 값보다 우수한 특성을 나타내었다. 그러므로 본 연구에서 개발된 KNLNMT 박막은 PZT계 압전 박막 소재로 대체 가능하다.
KNN계 박막의 강유전 및 압전 특성 연구로부터 KNN계 박막은 반도체, 마이크로일렉트로 닉스, 나노 스케일의 미세 구동, 미세 구동기의 위치검출 그리고 IT 및 유비쿼터스 환경에 요구되는 다기능 액츄에이터와 센서 분야에 활용 가능하다. 또한 KNN계 박막은 고기능 및 신기능을 가진 첨단소재 개발에 따른 IT, BT 등과 같은 신산업의 기반 기술로써 기존 기술의 발전뿐만 아니라 아직 발현되지 않은 신기술 개발이 가능하기 때문에 산업 전반에 파급효과가 높다.

목차 Contents

• 일반연구자지원사업 최종(결과)보고서 ... 1
• 목차 ... 3
• I. 연구결과 요약문 ... 4
• II. 연구내용 및 결과 ... 5
• 1. 연구과제의 개요 ... 5
• 2. 국내외 기술개발 현황 ... 5
• 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 6
• 4. 목표 달성도 및 관련 분야에의 기여도 ... 7
• 5. 연구결과의 활용계획 ... 7
• 6. 연구과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 8
• III. 연구성과 ... 10