저온동시 소결용 세라믹스, LTCC를 사용한 RF/MW용 고유전율 세라믹을 개발하기 위하여 300이상의 고유전율과 낮은 손실 계수를 가지는 것으로 알려진 $Ag(Nb_{1/4}Ta_{3/4})O_3$ 고용체와 $CaTiO_3$, $TiO_2$를 각각 혼합하여 공진주파수의 온도 계수가 0에 가까운 안정된 유전체 특성을 얻고자 하였다. 유전율의 온도 안정성을 도모하기 위해 음의 온도 계수를 갖는 $CaTiO_3$, $TiO_2$와 양의 온도계수를 갖는 $CaTiO_3$ 및 $TiO_2$를 일정 분율로 혼합한 복합체 구조의 시편을 제작하였다. LTCC 소자로의 적용을 위해 3wt.%의 CuO를 첨가하여 소결 온도를 낮추었으며, 소결 시편의 상 분석, 미세구조 및 전기적 특성을 조사하였다.
PSN-PT-PZ 삼성분계 압전세라믹의 상도로부터 유전적, 압전적 특성이 가장 양호한 MPB부근의 조성을 선택하여 MnO$_{2}$를 0-2[wt.%]첨가하였으며 일반소성법으로 시편을 제작하였다. 소결온도는 1,200-1,280[.deg.C], 시간은 0.5-3[hr]까지 변화시켰으며 MnO$_{2}$의 첨가가 시편의 유전적, 압전적 특성에 미치는 영향을 고찰하였다. 제작된 시편의 비유전상수는 MnO$_{2}$의 첨가량에 따라 증가하였으며 MnO$_{2}$가 2[wt.%]첨가된 시편 S-15(PSN:PT:PZ, 15:48:37)의 경우 605.41, 큐리온도는 MnO$_{2}$의 첨가량이 증가할수록 선형적으로 감소하였다. 각 시편의 전기기계 결합계수와 유전손실은 MnO$_{2}$의 첨가량이 0.5-1.5[wt.%]범위에서 양호한 특성을 나타내었으며 MnO$_{2}$가 0.5[wt.%] 첨가된 시편 S-5(PSN:PT:PZ, 5:48:47)의 경우 전기기계 결합계수는 0.425로 가장 높은 값을 나타내었다. MnO$_{2}$가 1[wt.%] 첨가된 시편 S-10(PSN:PT:PZ, 10:48:42)에서 공진주파수의 온도의존성이 가장 양호하게 나타났으며 각 시편에 대한 MnO$_{2}$의 첨가량이 증가할수록 결정립 크기는 감소하였다.
Trifluoromethyl group을 내열성고분자의 주쇄에 도입하면 내열성의 큰 손실없이 용해도의 증가 및 유전상수의 감소등 절연재료로서의 성능을 향상시켜 주지만, 유연한기의 도입에 따른 $T_g$의 저하등 부정적인 효과도 나타낸다. 분자구조설계에 의해 기존 고분자재료의 성능을 향상시키려는 시도는 흔히 향상되어지는 성질들에 반비례하여 어는 다른 성질의 저하를 초래하는 경향이 있으나, 유전상수나 가공성 이외에도 낮은 열팽창계수를 갖는 polyimides, 열경화성수지인 poly(benzocyclobutene) 등의 packaging 재료로서의 개발등, 낮은 절연율, 내열성, 가공성, 접착력, 적절한 열팽창계수 및 기계적 성질 등 가능한 모든 필요성질을 동시에 최대한 만족시키는 고분자재료에 대한 개발노력이 계속되어지고 있으며 장차 혁신적인 새로운 고분자 재료의 등장도 이루어지리라고 본다.
BST 박막을 Pt/Si$O_{2}$/Si 기판위에 co-sputtering 방법으로 형성할 때 열처리 조건이 BST 박막의 결정성과 전기적 특성에 미치는 영향에 관하여 연구하였다. BST 박막의 특성은 급속 열처리나 관상로 열처리과 같은 후열처리 온도보다 증착시의 기판온도에 따라서 민감하게 변화하였고, 기판 온도를 55$0^{\circ}C$로 하여 증착할대 Perovskite상이 가장 안정적으로 성장하여 유전율 1100, 유전손실계수 0.02로 우수한 유전특성을 나타내는 막을 형성할 수 있었다. BST 박막은 기판온도를 증가하면 정합에너지와 표면에너지를 최소로하는 (111) 방향으로 우선방위를 나타내었고 결정립의 조대화 현상으로 누설전류가 증가하였다.
본 연구에서는 마이크로파 유전체 소자로서의 응용 및 절연 산화막으로의 응용을 위해 마이크로파 유전체 세라믹으로 사용되어 온 MgTiO3 물질을 펄스 레이저로 박막을 제조하였다. MgTiO3 는 주로 고주파에서 높은 유전율을 갖고 높은 품질계수 (22.000 at 5 GHz) 혹은 낮은 유전손실을 갖으며 유전특성의 온도 안정성이 우수하여 유전체 세라믹 재료로 응용된다. MgTiO3 박막의 성장은 KrF(파장:248nm) 엑시머 레이저를 이용했으며 공정조건으로 박막의 성장온도는 500-75$0^{\circ}C$, 산소 압력은 10-5-200mTorr, 성장 후 냉각시 산소분위기는 200Torr, 레이저 에너지 밀도는 1.5-5J/cm2 등의 조건으로 박막을 성장하였다. MgTiO3 박막을 여러 가지 기판, 즉 Al2O3(r-plane), Si, Pt 위에 성장시켰으며 기판에 따라 에픽텍셜 혹은 다결정 상태를 갖는 ilmenite 구조로 성장되었다. PLD(Pulsed laser deposition)법에 의해 형성된 MgTiO3 박막을 보면, 우선 Al2O3(r-plane) 기판위에 성장된 경우 $700^{\circ}C$에서 에픽텍셜하게 성장하였으며, Si 기판 위에 성장된 경우 $650^{\circ}C$에서부터 (003)면으로 우선 배향된 단일상의 ilmenite 구조가 형성된다. Ptdnl에 성장된 경우 $600^{\circ}C$에서부터 (003)면으로 우선배향성을 가지며 $650^{\circ}C$에서 결정의 안정화를 이루었으나, MgTiO3 박막은 전기적 특성으로 유전특성 및 유전분산 특성 등이 측정 분석되어 MgTiO3 박막의 고주파 유전체로의 응용에 관한 가능성을 토의하였다.
Li$_2$CO$_3$가 첨가된 BiNbO$_4$ 세라믹스를 이용하여 후막 모노폴 안테나를 제작하였다. 그 결과 Li 이온이 Bi, Nb 이온과 결합하여 이온간의 거리를 증가시켰다. 이에 따라 이온 분극량이 증가하여 유전율은 증가하였지만 세라믹 내 격자구조의 왜곡이 심해져 유전손실이 증가하였다. 안테나 특성에 있어서는 유전율 보다는 품질계수(Q)의 영향을 직접적으로 받았다. 대역폭을 측정한 결과 Li$_2$CO$_3$ 첨가에 따른 급격한 품질계수의 저하와 함께 37 %에서 81.7 %까지 증가한 반면 안테나 이득은 -5.5 dBi 에서 -10.03 dBi까지 급격히 감소하였다. 이로 인해 방사패턴은 Li$_2$CO$_3$ 미(未)첨가 시 보다 낮은 dBi 값을 보여 주었다. 특히 무 지향성을 보여야될 x-y면 방사패턴의 경우 격자구조의 왜곡으로 인한 파장의 산란과 공기와 유전체의 경계면에서 높은 유전율 차이로 굴절이 일어나 심하게 왜곡되어 있었다. 그러나 낮은 품질계수(Q)로 인하여 모든 조성 범위에서 1 GHz 이상의 우수한 -10 dB 대역폭 특성을 보여주었다.
강유전체 0.65Pb$(Mg_{1/3}Ta_{2/3})O_3-0.35PbTiO_3$ 고용체에 $Ag_2O$를 첨가하여 $1200^{\circ}C$에서 소결하여 시료를 제작하였다. 완성된 시료의 미세구조는 주사 전자현미경(SEM)을 이용하여 관찰하였고, 전기적 특성의 관찰을 위하여 유전상수와 유전손실, 초전계수를 측정하였다. 제작된 시료 중에서 0.2 mol%의 $Ag_2O$를 과잉 첨가한 시료에서 유전상수와 초전계수가 가장 크게 나타났다. 각 시료에서 유전상수와 초전계수의 최대값의 온도는 $Ag_2O$ 첨가량이 증가할수록 저온으로 이동하였다.
본 논문에서는 기존의 알고리즘에서 벗어나 새로이 제안된 유전자 알고리즘을 이용하여 디지털 필터를 설계하는데 목적이 있다. 이 방법은 아날로그 필터에서 디지털 필터로의 전환이 불필요하며, 기존의 디지털 필터 설계방법과는 달리 저역통과(low-pass), 고역통과(high-pass), 대역통과(band-pass), 대역소거(band-stop) 필터와 같은 주파수 선택별 필터를 각각 독립적으로 설계 가능하게 하고, 이에 따른 계산 손실을 줄일 수 있다. 유전자 알고리즘을 사용하는데 있어 적합도 함수는 주파수 응답 크기를 이용한다. 실제로 주파수 응답특성과 디지털 필터의 계수와는 밀접한 관계가 있으므로, 원하는 필터의 주파수응답특성을 통해, 디지털 필터의 계수를 최적화 한다. 또한 필터계수 최적화 과정에 있어, 선택, 교배, 돌연변이와 같은 유전 연산자 적용시 필터의 계수들은 각각 안정도가 보장되어지는 범위내에서 선택되게 한다. 디지털 필터를 설계한 후 기존의 방법과 새로이 제안된 방법의 성능을 비교 평가 한다.
알루미노 보로실리케이트계 유리 기본조성 중 알칼리 토류 산화물의 종류 및 함량 변화에 따른 저유전율/저 LTCC 배선 기판의 저온 소성 거동 및 유전 특성을 조사하였다 알칼리 토류 산화물의 종류 및 함량 변화를 통해서 LTCC의 적정 소성온도인 $875^{\circ}C$ 부근을 포함하는 넓은 대역으로 소성수축이 시작되는 온도를 제어할 수 있었으며 유리 프리트와 알루미나 필러의 배합 비율의 변화에 따른 소성거동 및 유전특성의 변화 거동을 조사하였다. 알칼리 토류 산화물 중 유리 조성내의 CaO의 함량이 증가할수록 유리전이점 및 연화점을 증가하는 경향을 보였으며, 알루미나 필러의 첨가량이 증가할수록 소성수축이 시작되는 온도영역은 상향되고 유전율 및 품질계수는 증가하였다. 알칼리 토류 산화물의 조성과 필러인 알루미나의 함량을 제어함으로서 $875^{\circ}C$에서 18% 이상의 선수축율과 유전율 $5.1\sim5.5$ 및 유전손실 0.1% 이하의 우수한 특성을 갖는 저온소결용 LTCC 배선 기판을 얻을 수 있었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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