• 한국전기전자재료학회논문지
• /
• 제31권2호
• /
• pp.112-116
• /
• 2018

Electric double layer capacitors (EDLCs) are promising candidates for energy storage devices in electronic applications. An EDLC yields high power density but has low specific capacitance. Carbon material is used in EDLCs owing to its large specific surface area, large pore volume, and good mechanical stability. Consequently, the use of carbon materials for EDLC electrodes has attracted considerable research interest. In this paper, in order to evaluate the electrochemical performance, graphene is used as an EDLC electrode with flake sizes of 3, 12, and 60 nm. The surface characteristic and electrochemical properties of graphene were investigated using SEM, BET, and cyclic voltammetry. The specific capacitance of the graphene based EDLC was measured in a 1 M $TEABF_4/ACN$ electrolyte at the scan rates of 2, 10, and 50 mV/s. The 3 nm graphene electrode had the highest specific capacitance (68.9 F/g) compared to other samples. This result was attributed to graphene's large surface area and meso-pore volume. Therefore, large surface area and meso-pore volume effectively enhances the specific capacitance of EDLCs.

• 한국전기전자재료학회논문지
• /
• 제13권1호
• /
• pp.66-74
• /
• 2000

The structural and electrical characteristics of SBT thin films, fabricated on Pt/Ti/SiO\ulcorner/Si substrates by a pulsed laser deposition(PLD), were investigated to develop ferroelectric thin films for capacitor lay-ers of FRAM. EFfects of target composition on the characteristics of SBT thin films were examined. Target were prepared by mixed oxide method, and composition of Sr/Bi/Ta on SBT was changed to 1/2/2, 1/2.4/2, 1/2.8/2, 0.8/2/2 and 1.2/2/2. SBt thin films were fabricated, as a function of substrate temperature and oxygen pressure, by PLD. The optimized ocndition, to fabricate high quality SBT thin films, was 700 $^{\circ}C$ of substrate temperature, 200 mTorr of oxygen pressure, and 2 J/$\textrm{cm}^2$ of laser energy density. Maximum remnant value(2Pr) of 9.0 $\mu$C/$\textrm{cm}^2$, coercive field value(Ec) of 50 kV/cm, dielectric constant value of 166, and leakage current densities of <10\ulcorner A/$\textrm{cm}^2$ were observed for the films with 1/2/2 composition, which was prepared at the above PLD condition.

• 한국전기전자재료학회:학술대회논문집
• /
• 한국전기전자재료학회 2010년도 춘계학술회의 초록집
• /
• pp.21-21
• /
• 2010

(Ba,Sr)$TiO_3$ (BST) thin film with a perovskite structure has potential for the practical application in various functional devices such as nonvolatile-memory components, capacitor, gate insulator of thin-film transistors, and electro-optic devices for display. Normally, the BST thin films derived from sol-gel and sputtering are amorphous or partially crystalline when processed below $600^{\circ}C$. For the purpose of integrating BST thin film directly into a Si-based read-out integrated circuit (ROIC), it is necessary to process the BST film below $400^{\circ}C$. The microstructural and electrical properties of low-temperature crystallized BST film were studied. The BST thin films have been fabricated at $350^{\circ}C$ by UV-assisted rapidly thermal annealing (RTA). The BST films are in a single perovskite phase and have well-defined electrical properties such as high dielectric constant, low dielectric loss, low leakage current density, and high breakdown voltage. Photoexcitation of the organics contained in the sol-gel-derived films by high-intensity UV irradiation facilitates elimination of the organics and formation of the single-crystalline phase films at low temperatures. The amorphous BST thin film was transformed to a highly (h00)-oriented perovskite structure by high oxygen pressure processing (HOPP) at as low as $350^{\circ}C$. The dielectric properties of BST film were comparable to (or even better than) those of the conventionally processed BST films prepared by sputtering or post-annealing at temperature above $600^{\circ}C$. When external pressure was applied to the well-known contractive BST system during annealing, the nucleation energy barrier was reduced; correspondingly, the crystallization temperature decreased. The UV-assisted RTA and HOPP, as compatible with existing MOS technology, let the BST films be integrated into radio-frequency circuit and mixed-signal integrated circuit below the critical temperature of $400^{\circ}C$.

• 전기화학회지
• /
• 제20권2호
• /
• pp.34-40
• /
• 2017

높은 출력의 장점을 가지는 전기이중층 커패시터 (EDLC: electric double layer capacitors)는 이차 전지와 더불어 차세대 에너지 저장장치로서 각광받고 있으나 낮은 에너지 밀도로 인해 그 사용처가 제한적이다. 본 연구에서는 EDLC의 에너지 밀도 향상 방법 중의 하나인 고전압화 구현 시 적합한 전해액을 연구하기 위해 AN (acetonitrile)용매에 $SBP-BF_4$ (spirobipyrrolidinium tetrafluoroborate), $TEA-BF_4$ (tetraethylammonium tetraflouroborate), $EMI-BF_4$ (1-ethyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate)의 세가지 염을 각각 선정하여 다양한 전해액의 조성에 따른 전기화학 특성을 비교 평가하였다. LSV (linear sweep voltammetry)측정에서 1.5M SBP-BF4/AN 전해액은 넓은 전위영역에서 안정함을 보였고, 고전압의 환경 (3.0 V 이상)에서 다른 조합의 전해액들과 비교하여 가장 우수한 전기화학적 성능을 보였다. 또한, 장기적으로 안정적인 성능을 유지하기 위해 리튬이온전지시스템에서 기능성 첨가제 효과가 입증된 TMSP (tris(trimethylsilyl)phosphite) 첨가제를 적용 했을 때 고전압의 환경 (3.3 V)에서 10,000 cycle 후 93%의 높은 용량 유지율을 얻을 수 있었다.

• 한국재료학회지
• /
• 제33권12호
• /
• pp.517-524
• /
• 2023

BaTiO₃-Poly vinylidene fluoride (PVDF) solution was prepared by adding 0~25 wt% BaTiO₃ nanopowder and 10 wt% PVDF powder in solvent. BaTiO₃-PVDF film was fabricated by spreading the solution on a glass with a doctor blade. The output performance increased with increasing BaTiO₃ concentration. When the BaTiO₃ concentration was 20 wt%, the output voltage and current were 4.98 V and 1.03 ㎂ at an applied force of 100 N. However, they decreased when the over 20 wt% BaTiO₃ powder was added, due to the aggregation of particles. To enhance the output performance, the generator was poled with an electric field of 150~250 kV/cm at 100 ℃ for 12 h. The output performance increased with increasing electric field. The output voltage and current were 7.87 V and 2.5 ㎂ when poled with a 200 kV/cm electric field. This result seems likely to be caused by the c-axis alignment of the BaTiO₃ after poling treatment. XRD patterns of the poled BaTiO₃-PVDF films showed that the intensity of the (002) peak increased under high electric field. However, when the generator was poled with 250 kV/cm, the output performance of the generator degraded due to breakdown of the BaTiO₃-PVDF film. When the generator was matched with 800 Ω resistance, the power density of the generator reached 1.74 mW/m². The generator was able to charge a 10 ㎌ capacitor up to 1.11 V and turn on 10 red LEDs.

• 한국진공학회:학술대회논문집
• /
• 한국진공학회 2014년도 제46회 동계 정기학술대회 초록집
• /
• pp.389.1-389.1
• /
• 2014

최근의 환경 및 에너지에 대한 관심으로 수요가 증가하고 있는 하이브리드 및 전기 자동차나 태양광발전, 풍력발전용의 인버터기기에는 고에너지밀도 커패시터가 필수적이 되었다. 높은 에너지 밀도를 요구하는 전력전자, 펄스파워 등의 응용분야에 사용되는 고에너지밀도 커패시터는 PET (Polyethylene terephtalate)와 PP (Polypropylene)와 같은 폴리머 유전체를 사용하는 범용 필름 커패시터가 사용되었으나 사용 요구 조건의 한계에 도달하여, 새로운 유전체를 적용하는 커패시터가 절실히 필요한 상황이다. PET와 PP와 같은 유전체는 유전상수가 2~3의 낮은 값을 가지고 있어 고에너지밀도를 구현하기가 어렵다. 본 연구에서는 새롭게 요구되고 있는 고에너지 밀도 커패시터의의 성능을 만족시키기 위하여 $20{\sim}50{\mu}m$ 두께의 PET 필름상에 세라믹 유전체인 $ZrO_2$ 박막을 스퍼터(Sputter) 증착법에 의해 코팅하여 종래의 필름 커패시터와 세라믹 커패시터의 장점을 갖는 커패시터를 제조하기 위한 박막 유전재료의 개발을 목표로 하였다. 수백 nm~수 ${\mu}m$ 두께의 $ZrO_2$ 박막을 스퍼터링 공정조건에 따라 증착한 후 박막의 결정성, 기판과의 부착성, 증착속도, 유전상수, 절연파괴강도, 온도안정성 등을 XRD, SEM, AFM, EDS, XPS, Impedance analyzer 등에 의해 평가하였다. $ZrO_2$ 유전체막은 상온에서 증착하였음에도 정방정(tetragonal)구조의 결정질로 성장하였고 증착압력이 증가함에 따라 주피크의 세기가 감소하였다. 증착 중 산소가스를 주입하였을 경우에도 결정질막으로 성장하였다. 증착막들은 산소가스의 양이 증가함에 따라 짙은 흰색으로 변하였으며 PET 기판과의 접착력도 약해졌다. 또한 거칠기는 Ar가스만으로 증착한 경우보다 증가하였으며 24~66 nm의 평균 거칠기값을 보였다. PET위에 Ar가스만으로 증착한 $ZrO_2$의 비유전율은 1kHz에서 116~87의 비유전율을 보여 PET에 비해 매우 우수한 특성을 보였다. $ZrO_2$ 막들은 300kV/cm의 전계에서 대략 10-8A 이하의 누설전류를 보였다. 증착가스비를 달리하여 제조된 시편에서도 유사한 누설전류값을 나타내었다. 300 kV/cm 전후의 전계까지 측정한 $ZrO_2$ 막의 P-E (polarization-electric field) 특성을 확인하였는데, 5 mTorr의 압력에서 증착한 막은 253 kV/cm에서 $5.5{\mu}C/cm^2$의 분극값을 보였다. P-E커브의 기울기와 분극량에 따라 에너지밀도가 달라지므로 공정조건에 따라 에너지밀도가 변화됨을 예측할 수 있었다. PET위에 스퍼터 증착한 $ZrO_2$ 유전체막은 5mTorr의 Ar가스분위기에서 제조할 때 가장 안정적인 구조를 보였으며, 고에너지밀도 커패시터에의 적용가능성을 보였다.