초록 ▼

□ 연구개요
본 연구과제는 환경에 유해한 납계 강유전 세라믹스를 대체하기 위해 BiFeO₃ 기반비납계 강유전 세라믹스 벌크 및 박막을 개발하고 압전성, 강유전성, 강유전 상전이 온도에 관한 연구를 통한 소자로의 응용 가능성을 평가하는 것이다. 현재 상업적으로 가장 많이 사용되고 있는 강유전 세라믹스는 Pb(Zr,Ti)O₃ 계열인데 우수한 압전성을 보이지만 환경에 유해한 납을 포함하고 있어 비납계 강유전 세라믹스의 개발이 요구된다. 본 연구과제에서는 고온 비납계 압전체의 개발을 위해 BiF

□ 연구개요
본 연구과제는 환경에 유해한 납계 강유전 세라믹스를 대체하기 위해 BiFeO₃ 기반비납계 강유전 세라믹스 벌크 및 박막을 개발하고 압전성, 강유전성, 강유전 상전이 온도에 관한 연구를 통한 소자로의 응용 가능성을 평가하는 것이다. 현재 상업적으로 가장 많이 사용되고 있는 강유전 세라믹스는 Pb(Zr,Ti)O₃ 계열인데 우수한 압전성을 보이지만 환경에 유해한 납을 포함하고 있어 비납계 강유전 세라믹스의 개발이 요구된다. 본 연구과제에서는 고온 비납계 압전체의 개발을 위해 BiFeO₃-BaTiO₃ 기반 강유전 세라믹스 벌크 및 박막을 개발하고 압전성 및 강유전성 평가에 관한 연구를 수행한다. 이러한 연구결과를 바탕으로 소자로의 응용가능성을 평가한다.

□ 연구 목표대비 연구결과
본 연구과제의 연구목표는 “BiFeO₃ 기반 비납계 강유전성 세라믹스 개발과 친환경 압전소자 및 차세대 메모리 소자로의 활용 가능성 평가”이다. 연구를 통해 400℃ 이상의 고온에서 사용가능하고 200 pC/N 이상의 압전성을 가지는 비납계 압전 세라믹과 메모리 소자로의 응용이 가능한 박막을 개발하고자 한다. 이를 위해 수행한 연구범위는 다음과 같다.
① 0.67BiFeO₃-0.33BaTiO₃ 제조 및 압전성 등 평가
② 0.97(0.67BiFeO₃-0.33BaTiO₃)-0.03Bi(Ni_0.5Ti_0.5)O₃ 제조 및 압전성 등 평가
③ (0.67BiFeO₃-0.33BaTiO₃)+x(MnO, Mn₂O₃, MnO₂) (x=0.1, 0.3, 0.5wt%) 제조 및 압전성 등 평가
④ 0.67BiFeO₃-0.33BaTiO₃ 박막 제조 및 강유전성 등 평가
본 연구과제의 세부 연구목표로는 200 pC/N 이상의 정압전 계수(d₃₃)와 400℃이상의 강유전 상전이 온도를 가지는 압전체와 강유전 박막을 제조하는 것이다.
본 연구과제의 수행 결과 0.67BiFeO₃-0.33BaTiO₃에 0.03 mol% Bi(Ni_0.5Ti_0.5)O₃가 치환된 경우와 Mn₂O₃가 첨가된 경우 200 pC/N 이상의 정압전 계수와 400℃이상의 강유전 상전이 온도를 가지는 것으로 확인하였다. 이와 더불어 920℃에서 소결한 압전체에서 우수한 압전성과 400℃이상의 강유전 상전이 온도를 확인하였다. 이는 승온속도 조절 및 소결 후 수냉 등 기존과 다른 소결방법을 사용하여 저온 소결이 가능한 비납계 압전체 개발이라는 관점에서 상당한 의의가 있다고 판단된다.
0.67BiFeO₃-0.33BaTiO₃ 박막을 RF magnetron sputtering을 이용하여 증착하였으며, 강유전성을 이용한 메모리소자로의 응용 가능성을 확인하였다.

□ 연구개발결과의 중요성
Pb(Zr,Ti)O₃ 계열의 압전체는 우수한 압전성 및 고온에서 사용이 가능하지만 환경에 유해한 납을 포함하고 있어 비납계 강유전 세라믹스의 개발이 요구되고 있는 현실이다. 현재 많은 연구가 진행되고 있는 비납계 압전 세라믹은 BaTiO₃, (Bi,Na)TiO₃ 및 (K,Na)NbO₃ 계열이다. 하지만 이러한 압전 세라믹은 조성 제어의 어려움과 1000℃이상의 고온 소결이 필요하다는 것이다. 본 연구에서는 소결 공정 제어를 통해 400℃ 이상의 고온에서 사용가능하고 200 pC/N 이상의 압전성을 보이는 단일상 비납계 압전체를 제조하였으며, 920℃의 저온에서 소결이 가능한 압전체를 개발하였다.
이러한 제조 기술은 다른 기능성 산화물 제조에 응용할 수 있을 것이다. 기존과 다른 세라믹 제조법을 이용하여 기존에 해결이 어려운 부분의 문제를 해결할 수 있는 가능성이 있을 것이다. 또한 우수한 압전성을 보이는 BiFeO₃ 기반 비납계 압전 세라믹의 물성을 이해함으로써 관련 학문 분야의 발전에 기여할 것이다.

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 3
• 가. 연구개발의 필요성 ... 3
• 나. 연구개발의 최종목표 ... 3
• 다. 연구개발의 연구범위 ... 4
• 2. 연구수행내용 및 연구결과 ... 4
• 가. 압전 세라믹 제조 및 특성 평가 ... 4
• 나. 박막 제조 및 특성 평가 ... 6
• 3. 연구개발결과의 중요성 ... 8
• 4. 참고문헌 ... 8
• 5. 연구성과 ... 9
• 끝페이지 ... 9