광대역 주파수 저유전손실을 갖는 다결정 BaTiO3를 위한 입계편석과 입성장 제어

Abstract

BaTiO$_3$는 상상할 수 있는 거의 모든 전자기기에 포함된 유전 물질로서 기기가 안정적으로 작동하도록 제어한다. 유전 손실은 BaTiO$_3$의 성능을 나타내는 핵심 지표로서 유전 물질이 작동할 때 일어나는 에너지 손실 정도를 보여준다. 유전 손실이 높은 물질은 에너지 효율이 낮으며 열과 소음을 발생시키므로, 낮은 유전 손실을 가진 BaTiO$_3$를 개발하기 위한 연구는 꾸준히 이뤄져왔다. 그러나 주파수 변화에 따른 유전 손실 변화를 관찰한 연구는 상대적으로 부족했으며, 특히 1GHz에 달하는 높은 주파수까지 유전 손실을 매우 낮게 제어하는 연구들은 보고된 바가 거의 없었다. 이에 본 논문에서는 나노 크기의 BaTiO$_3$ 사용과 입계 편석 제어라는 두 가지 방법을 통해, 100Hz에서 1GHz에 이르는 넓은 주파수 영역에서 유전 손실이 매우 낮게 유지되는 BaTiO$_3$을 합성하는 데 성공했다. 또한 투과전자현미경을 통해 물질 미세 구조와 원소 미세 분포를 분석하여, 넓은 주파수 영역에서 뛰어난 유전 성능을 갖게 하는 요건을 알아낼 수 있었다. 한편 실제 산업적 공정을 거치더라도 관찰한 유전 성능이 유지되는 것을 증명하여 합성한 BaTiO$_3$가 산업적으로도 유용함을 확인했다.