$(1-x)Pb(Zn_{1/3}Nb_{2/3})O_{3-x}Pb(Zr_{1-y}Ti_y)O_3$ 강유전 세라믹과 박막의구조 및 전기적 특성에 관한 연구 = The structural and electrical properties of pseudo-ternary $(1-x)Pb(Zn_{1/3}Nb_{2/3})O_{3-x}Pb(Zr_{1-y}Ti_y)O_3$ ceramics and thin films

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릴렉서 강유전체 및 릴렉서 고용계는 응용면에서나 과학적인 면에서나 많은 관심을 받아오고 있다. 최근 릴렉서 강유전체와 그 고용계의 제조 및 특성은 마이크로 액츄에이터, 마이크로 센서 등의 MEMS 에의 많은 응용 가능성을 갖고 있다. 본 연구에서는 $(1-x)Pb(Zn_{1/3}Nb_{2/3})O_3-xPb(Zr_{1-y}Ti_y)O_3$ 3성분 고용계를 전통적인 세라믹 제조 방법으로 상형성하여 구조 변화, 밀도, 유전특성 그리고 E-P hysteresis 등의 전기적 특성과 함께 상태도를 나타내었다. 또한 앞서의 결과에 기초하여 $(1-x)Pb(Zn_{1/3}Nb_{2/3})O_3-xPb(Zr_{0.50}Ti_{0.50})O_3$ (0.6≤x≤0.9) 박막을 졸-겔 법으로 제조하여 보았다. X-ray 회절 결과는 상온에서 PZ의 치환량이 증가함에 따라 구조가 tetragonal에서 rhombohedral 구조로 바뀌어 가는 것을 나타내었다. 이러한 PZ의 치환량 증가는 tetragonal과 rhombohedral의 두 상의 공존을 갖게 하였다(0.60≤x≤0.90, y=0.50, and 0.40≤x≤0.50, y=0.45). 이처럼 두 상이 공존하는 구간을 상공존 구간(MPB)이라 한다. 유전 상수 값은 MPB 영역 근처에서 최대 값을 가졌다. 하지만 PZ의 치환량이 증가함에 따라 상전이 온도는 전 조성에 걸쳐 감소하였다. E-P hysteresis 측정의 경우에도 MPB 영역에서 가장 큰 잔류 분극 값을 가졌다. 하지만 PT가 많은 조성에서는 MPB 영역 근처라 할지라도 낮은 잔류 분극 값을 가졌다. 이는 PT 치환에 따른 낮은 밀도로 인해 특성 저하가 나타난 것으로 보인다. 이러한 최대 유전 상수 값과 잔류 분극 값을 3성분계 표에 나타내었다. MPB 영역 근처에서의 상공존 현상은 Landau-Devonshire 식을 이용하여 자발 분극 값으로 계산해 나타낼 수 있다. 4차항과 6차항은 자발분극-온도 곡선에서 확인할 수 있다. 이러한 방법으로 Landau-Devonshire 식을 이용하여 상태도를 나타낼 수 있다. $(1-x)Pb(Zn_{1/3}Nb_{2/3})O_3-xPb(Zr_{0.50}Ti_{0.50})O_3$ 박막은 졸-겔 법을 이용하여 증착하였다. 지난 수년동안 릴렉서를 기초로 한 박막을 만들기 위한 많은 시도가 있었다. 하지만 pyrochlore가 없는 순수한 perovskite $(1-x)Pb(Zn_{1/3}Nb_{2/3})O_3-xPb(Zr_{0.50}Ti_{0.50})O_3$ 박막은 만들기가 매우 어려운 것으로 알려져 있다. 본 연구의 목적은 상경계 구간 근처의 $(1-x)Pb(Zn_{1/3}Nb_{2/3})O_3-xPb(Zr_{0.50}Ti_{0.50})O_3$ (0.6≤x≤0.9) 박막을 제조하고 그 결정 구조와 미세구조, 그리고 전기적 특성을 살펴보고자 하고 있다. 따라서 제2상이 없는 순수한 perovskite $(1-x)Pb(Zn_{1/3}Nb_{2/3})O_3-xPb(Zr_{0.50}Ti_{0.50})O_3$ 박막을 만들기 위해서는 정제 공정이 매우 중요하다. 또한 pyrochlore가 없는 순순한 상을 만들기 위해서는 새로운 열처리의 방법 및 다양한 기판을 도입하여 보았다. (a) S1: $TiO_2/Pt(111)/Ti/SiO_2/Si$, (b) S2: $Pt(111)/TiO_2/SiO_2/Si$, and (c) S3: $Pt(200)/TiO_2/SiO_2/Si$. 2단계 열처리 방법을 이용하여 결정구조의 배향성과 미세구조를 개선할 수 있었으며 또한 S3 기판 위에 증착된 박막이 가장 높은 (001) 우선 배향성을 나타내며 Ec와 Pr 모두 가장 높게 나타났다. $SrTiO_3 (STO)$, $LaA1O_3$ (LAO), MgO and Nb doped STO (NSTO) 등의 단결정 산화물 기판위에 $0.4Pb(Zn_{1/3}Nb_{2/3})O_3-0.6Pb(Zr_{0.50}Ti_{0.50})O_3$ 박막을 epit
Advisors
주웅길researcher배병수researcherChoo, Woong-KilresearcherBae, Byeong-Sooresearcher
Description
한국과학기술원 : 신소재공학과,
Publisher
한국과학기술원
Issue Date
2006
Identifier
254286/325007  / 020025200
Language
kor
Description

학위논문(박사) - 한국과학기술원 : 신소재공학과, 2006.2, [ xvi, 185 p. ]

Keywords

(1-x)Pb(Zn1/3Nb2/3)O3-xPb(Zr1-yTiy)O3 3성분계; 강유전체; (1-x)Pb(Zn1/3Nb2/3)O3-xPb(Zr1-yTiy)O3 ternary; ferroelectrics

URI
http://hdl.handle.net/10203/49636
Link
http://library.kaist.ac.kr/search/detail/view.do?bibCtrlNo=254286&flag=dissertation
Appears in Collection
MS-Theses_Ph.D.(박사논문)
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