2022. 2. 19. 15:17ㆍMaterial
Chaoqiong Zhu, Qiancheng Zhao , Ziming Cai, Limin Guo , Longtu Li , Xiaohui Wang
고성능 다층 세라믹 커패시터(MLCC)는 현대 전자 제품의 급속한 발전에 따라 수요가 많이 증가하였다. 오늘날 MLCC는 대용량, 소형화, 저비용, 초신뢰성, 고온 안정성이 발전 추세이다. MLCC에서 적층된 유전층은 소형화 요건을 충족시키기 위해 두께가 1mm 이하로 감소하므로, 각 층 두께에 걸쳐 최소 5개의 알갱이가 필요하기 때문에 유전 나노결정 세라믹의 입자 크기가 200nm 미만으로 감소게되었다.
일반적으로 나노 세라믹 파우더를 합성하기 위해 다양한 방법이 수행되는데, 그 중 고상법과 수열합성법이 유망하고 대량생산에 적합하다. 나노 세라믹 분말 합성법이 특히 초미세 입자 크기의 나노 세라믹 파우더가 최종소결된 세라믹의 유전 특성에 큰 영향을 미친다는 것은 말할 나위가 없다. Yoon 등 연구진은 수열합성성 BaTiO3 분말의 질량손실이 큰것은 수열합성 BaTiO3 분말의 열중량곡선 측정에 따라 나타났듯이, 양성자, 하이드록시 이온, 탄산 이온 등의 결함 방출에 기인한다고 보고했다.
수열합성 공정에서 높은 수압 하에서 용해-재흡수 반응 중 많은 수의 결함이 BaTiO3 격자에 형성되었다. 열처리를 하면 수분과 함께 결함이 방출되고 나노미터 크기의 작은입자간 공극이 남아 모이게 되는데, 이는 소결 과정에서 더 많이 이동하게 된다. 게다가, 이 포어들은 분말 밀도를 낮추고 페로브스카이트 Unit cell의 정방정 변형을 억제할 것이다.
Hennings 등은 MLCC의 소결 마지막 단계에서 비정상적인 "Bloating"이 관찰되어는데 이들이 MLCC의 균열 또는 전극 박리로 이어지는 것을 관찰하였다. 이에 비해 결정화가 우수한 고상 분말에서는 비정상적인 "Bloating"이 거의 관찰되지 않는다. 열처리는 분말 성능을 향상시키는 효과적인 방법이다. 수열합성분말의 경우 적절한 열처리를 통해 하이드록시 양성자 결함을 어느 정도 줄여야 결정구조와 전기화학적 특성을 개선할 수 있다. 이번 작업에서는 입자 크기가 120nm 미만인 고상의 BaTiO3 분말, 열처리에 따른 수열합성 BaTiO3 분말을 선별해 나노결정성 비환원성 BaTiO3 기반 세라믹을 제조하였다. 미세구조에 미치는 합성 방법의 영향, 전기적 특성 및 비환원성 BaTiO3 계 세라믹의 신뢰성에 대해 조사하였다.
Journal of Alloys and Compounds, Volume 829, 15 July 2020