폴리페닐렌에테르[PPE, poly(phenylene ether)]를 기저수지로 사용하고, 가교제로 N,N'-m-phenylene-dimaleimide(PDMI), 난연제로 decabromodiphenylethane을 첨가하여 고분자 기판을 제작하였으며, 가교제와 난연제가 기판소재의 유전특성 등 물리적 특성에 미치는 영향을 고찰하였다. 개시제의 유무에 따른 PDMI의 열경화 특성을 DSC를 이용하여 분석하였으며, 이를 바탕으로 PPE-PDMI 테스트 조성을 설계하였다. 복합물 시트를 필름 코터로 성형한 후, 진공가압적층하여 테스트 기판을 제작하고, FDMI와 난연제의 함량에 따른 유전율, 유전손실, peel 강도, 납 내열성 및 난연성을 평가하였다. 유전율과 유전손실은 PDMI와 난연제의 함량에 따라 대체로 증가하는 경향을 나타내었으나, 납 내열성과 난연성은 개선된 결과를 나타내었다. Peel 강도는 PDMI가 10 wt% 이상 첨가되면 1 kN/m 이상의 높은 값을 나타내었지만, 난연제의 첨가량에 따라서는 소폭 감소하는 경향을 보였다. Gel content 측정결과로부터, PPE-PDMI의 반응 메카니즘은 semi-IPN 구조의 형성보다는 PPE와 PDMI의 crosslinking에 의한 망상구조 형성에 더 가까운 것으로 판단되었다. 최종적으로 1 GHz에서 유전율이 2.52$\sim$2.65, 유전손실이 0.002 미만으로 작은 고주파 대역용 고분자 복합체 기판소재를 얻을 수 있었다.
강유전성 세라믹스 재료로써는 PZT계열의 세라믹재료가 널리 쓰이고 있다. 이는 우수한 유전 및 압전특성을 가지고 있으나, PbO을 다량 함유하고 있어 $1000^{\circ}C$이상에서 PbO가 급격하게 휘발되는 성질에 따라서 조성의 변동이 생겨 재현성이 어려우며 이를 방지하기 위하여 과잉 PbO를 첨가시키기 때문에 PbO휘발로 인한 강한 독성이 인체에 유해하다. 최근에는 Pb의 환경문제가 대두됨에 따라 이를 대체할 다른 물질의 개발이 활발하게 연구되고 있다. 대표적인 비납계 강유전 세라믹스인 $(Na_{0.5}K_{0.5})NbO_3$ ($d_{33}$ = 120 pC/N, Kp = 39%, Qm = 210, 이하 NKN라 표기) 조성은 $KNbO_3,\;NaNbO_3$ 상태도에 따라 순수한 NKN 세라믹스는 $1140^{\circ}C$에서 안정상을 가지나, 높은 온도로 인하여$Na_2O$와 $K_2O$가 쉽게 휘발됨에 따라 화학량 비의 변화가 생겨 이차 상을 형성하기도 한다. 따라서 본 연구에서는 $LiNbO_3$의 새로운 고용체를 추가시켜 기본 NKN조성에 압전성 및 고온에서의 상안정성을 향상시키고자 하였다. 최적 조성을 설계하기 위하여 (1-x)$(Na_{0.5}K_{0.5})NbO_3-xLiNbO_3$, x=(0,0.02,0.04,0.06,0.08)의 범위에서 조성을 변화시키면서 실험하였다. 시편 제작은 일반적인 세라믹스 소결 공정을 적용하였는데, $850^{\circ}C$에서 5시간 하소 후 $1080^{\circ}C$에서 2시간 소결하였다. 하소 및 소결 후에는 XRD분석을 통해 perovskite구조를 확인하였고, 미세구조 확인을 위해 주사전자현미경 (SEM)으로 관찰하였다. 압전특성을 평가하기 위해 압전 $d_{33}$-meter를 사용하였으며, impedance analyzer (HP 4194A)를 이용하여 전기적 특성을 측정하였다.
Ferroelectric random acess memories (FeRAMs) 재료로 주목받고 있는 강유전 물질은 이미 여러 해 전부터 많은 물질들에 대해 연구가 진행되어 왔다. 그 중 낮은 공정 온도를 가지며 큰 remanent polarization 값을 갖는 lead zirconium titanate (PZT) 박막에 대해 많은 연구가 진행되고 있다. 하지만 Pt 기판위에 증착된 PZT 박막은 높은 피로 현상을 보이는 문제가 있다. 최근 Pulsed laser deposition이나 metal-organic vapor phase epitaxy (MOVPE) 등의 방법에 의해 epitaxial substituted-$Bi_4Ti_3O_{12}$ (La, Nd) 박막에 대해 보고가 되고 있다. 본 연구에서는 높은 remanent polarization 값을 갖는 $(Bi,Ce)_4Ti_3O_{12}$ (BCT) 박막을 pulsed laser deposition 방법을 사용하여 증착하였다. 또한 Bismuth의 양을 변화시켜 Bismuth의 양에 따른 remanent polarization의 변화를 확인하여 보았다. 사용된 기판은 Pt/$TiO_2$/$SiO_2$/Si 기판을 사용하였다.
[ $Ta_2O_5$ ] 절연막을 제조하기 위하여 ANODE OXIDATION 공정을 수립하였다. Electrolyte에서의 전압강하는 정전류 모드에서 예상되는 전압의 변화에는 영향을 주지 않지만, 정전압 모드에서 전류의 변화에 영향을 주는 것으로 나타났다. 전해질에서의 전압 강하가 음극산화 전압과 같은 값을 갖는 경우, 전류는$Ta_2O_5$/전해질 계면에서의 전압강하가 증가함에 따라 logarithmic한 형태로 변화하는 것으로 나타났다. 음극 $Ta_2O_5$ 절연막 제조공정에 있어서 전해질에서의 전압 강하는 정전류 모드에서 두께의 손실을 발생시키지만, 정전압 모드에서 다시 복원되기 때문에, 최종 두께는 음극산화 전압에 비례하는 것으로 나타났다. 음극 $Ta_2O_5$ 절연막의 전기적 특성을 조사한 결과, 항복전압은 Electrolyte의 농도와 Anodization Current에 반비례하는 것으로 나타났다. 절연막의 두께가 $1500\AA$일 때 Breakdown Voltage는 350volt. 유전상수는 29로 측정되었다.
유채(Brassica napus L.)는 식용유 생산을 목적으로 재배되며, 1975년에는 26.8천ha가 재배되어 연간 생산량이 34.7천톤이 생산되었으나, 외국으로부터 값싼 식용유의 대량수입으로 재배면적이 급격하게 감소되었다. 그러나 최근에 지방자치단체를 중심으로 경관용 재배면적이 증가하고 있고, 건강에 대한 관심이 높아짐에 따라 국내산 non-GM 식용유 생산을 목적으로 유채 재배면적이 급격하게 증가하고 있다. 유채의 대량생산을 위해서는 논 재배가 필수적이나 유채와 벼의 이모작 재배 시기가 겹치는 문제점이 발생하고 있어 조생종 유채의 품종개발과 함께 봄 파종이 가능한 유채의 품종 육성에 대한 요구가 매우 높다. 따라서 본 연구에서는 국내 보유 유채를 포함하는 십자화과(Cruciferae) 유전자원의 특성 평가를 통해 극조숙 유채 품종 육성을 조기에 육성하기 위해 실시하였다. 농촌진흥청 국립유전자원센터에서 분양받은 유전자원 146계통을 파종 재배하면서 핵형분석과 외부형질을 기준으로 정확한 종을 동정하였고, 각 유전자원의 생육 및 개화특성을 조사하였다. 유전자원들을 세포분석기를 이용하여 핵형을 분석한 결과, 전체 146개의 유전자원 중 유채(B. napus L.) 128계통, 갓(B. juncea Sinsk) 6계통, 배추(B. campestris Makino) 9계통, 미분류 3계통 등으로 조사되었다. 유전자원을 가을 파종(10월 22일)하였을 때 개화가 가장 빠른 계통(IT 279089)이 파종 후 137일 이후인 3월7일부터 개화가 시작되었고, 가장 늦은 계통(IT 279198)은 191일 후인 4월 30일에 개화가 시작되었다. 봄 파종(2월 4일)하였을 때 개화가 가장 빠른 계통(IT 279089)이 파종 후 79일 이후인 4월 23일부터 개화가 시작되었고 IT 279092 등 29계통은 추대와 개화가 되지 않았다. 위와 같은 연구결과를 토대로 개화시기가 빠른 유전자원을 육종을 위한 인공교배 시화분친이나 종자친으로 이용하면 지방산 품질이 좋고 극조숙성인 유채 품종의 개발이 가능할 것으로 생각된다.
$SiO_2$는 유전체 물질로서 고온에 강하고 열 변화에 민감하지 않으며 자외선을 잘 투과시키는 특성 때문에 각종 광전자 소자에 많이 응용되고 있다. 최근에는 classical thermal oxidation 방식을 이용하여 태양전지의 효율을 증가하기 위한 표면 보호막, 유기발광다이오드의 보호막 및 barrier로 적용되고 있다. $SiO_2$ 박막의 경우 RF-DC sputtering, thermal evaporation, plasma enhanced chemical vapor deposition, E-beam evaporation 등의 다양한 방법을 통하여 제작되고 있다. 이들 중 E-beam evaporation 법은 높은 증착속도, 증착방향성, 낮은 불순물농도 등 많은 장점을 가지고 $SiO_2$ 박막 증착이 가증하다. 따라서 본 연구에서는 Si 기판위에 $SiO_2$를 증착각도를 0$^{\circ}$, 25$^{\circ}$, 50$^{\circ}$, 70$^{\circ}$로 변화시켜 증착하였고, 증착속도, 빔 세기, 기판 회전속도 등을 변화시켰다. 또한, 증착 각도에 따른 유전율 차이를 무반사 특성 향상에 응용하기 위해 다양한 layer 층을 순차적으로 성장시켰다. 제작된 $SiO_2$의 나노구조의 구조적, 광학적 특성은 field emission scanning microscopy, atomic force microscopy, UV-VIS-NIS spectrophotometer를 이용하여 분석되었다.
In this study, we prepared Pb-Ti stock solution by sol-gel processing and deposited PbTiO3 thin film on a Pt coated SiO2/Si wafer by spin coating using the stock solution. We used lead acetate trihydrate and titanium isopropoxide. The stock solution was partially hydrolized and finally a 0.25M coating solution was prepared. We achieved spin coating at 4000rpm for 30 seconds and heated the thin film at 375$^{\circ}C$ for 5 minutes and at $600^{\circ}C$ for 5 minutes successively, first and second heating state. And the thin film was finally sintered at 90$0^{\circ}C$ for 1 hour in the air. The upper electrode of the thin film was made by gold sputtering and was cricle shape with radius 0.4mm. Measured dielectric constant, dissipation factor and phase transition temperature(Cuire Temp.) were about 275, 0.02 and 521$^{\circ}C$ respectively. To observe ferroelectric characteristics we calculated Pr(remnant polarization) and Ec(coercive field) byhysteresis curve. Ec was 72kV/cm and Pr was 11.46$\mu$C/$\textrm{cm}^2$.
Ferroelectric lean-titanate thin films were fabricated by sol-gel processing. Sol-gel derived $PbTiO_3$ thin films crystallized into the expected tetragonal perovskite structure when heated to $600^{\circ}C$ and above. The effects of annealing temperature on grain size made with SEM observation are reported. The films heated at $650^{\circ}C$ for 30min showed a square-type hysteresis loop with $P_r$ and $E_c$ of $11.5{\mu}C/cm^2$, 115kV/cm, respectively.
$Bi_{3.25}Y_{0.75}Ti_3O_{12}$[BYT] ferroelectric thin films were deposited by RF-Sputtering method on the $Pt/Ti/SiO_2/Si$. We investigated the effects of processing condition (especially post-annealing) on the structural and dielectric properties of the BYT thin films. The BYT thin films were crystallized well at annealing temperature of $750^{\circ}C$ for 30min. Increasing the annealing temperature, the peak intensity of (117) and c-axis orientation were increased. The calculated lattice constants of BYT thin films were a=0.539nm, b=0.536nm, c=3.288nm. The thickness of the BYT thin films were 350nm. The dielectric constant and dielectric loss at a frequency of 100KHz were 73.3 and 0.021, respectively. The BYT thin films can be used as capacitors in the Ferroelectric Random Access Memory device.
기능성 소재연구에서 in situ 분석 기법은 외부 자극 (전기장, 자기장, 빛, 등) 또는 주변 환경 (온도, 습도, 압력, 등)과 같이 주어진 자극에 의해 소재의 물리적 특성이 어떻게 활성화/진화되는지 분석하는데 있어서 매우 중요하다. 특히, 전기장 인가에 따른 in situ X-선 회절(XRD) 실험은 다양한 강유전체, 압전체, 전왜 재료의 외부 전기장 인가에 따른 전기-기계적 반응의 기본 원리를 이해하기 위해 광범위하게 활용되었다. 본 튜토리얼 논문에서는 일반 실험실 규모의 XRD 장비를 이용하여 전기장 인가에 따른 in situ XRD 분석의 기본 원리/핵심 개념을 간략하게 소개한다. In situ XRD 측정법은 외부 전기장을 인가하여 구동되는 다양한 전기-기계 재료의 구조적 변형을 체계적으로 식별/모니터링하는 데 매우 유용할 것으로 기대한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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