유전체(세라믹)의 물성과 응용

1. 유전체(세라믹)의 물성과 응용 2002년 9월, 송 태권 • 유전체(세라믹)란? - 전자 세라믹스 • 생활 속의 유전체 응용 • 유전체의 물성 - 강유전체 • 첨단 과학 기술과 유전체의 응용

2. 도구 재료의 역사 신석기 청동기 철기 구석기 신소재 (반도체, 세라믹, 플라스틱, 복합재료) 도구의 재료가 역사를 나누는 중요한 기준 그러나 전 역사를 통해서 유전체(세라믹)은 사용

3. 유전체란 무엇인가? 도체(금속) 반도체 유전체(절연체) 금속 결합 이온 결합

4. 유전체와 세라믹스 세라믹스(ceramics) : 열처리에 의해 제조된 비금속의 무기 고체재료 (공학에서 많이 사용되는 용어) 소결된 다결정의 무기 재료 유전체는 광범위한 용어 - 단결정, 플라스틱, 나무 등 응집물질(고체) 물리학, 무기 재료(세라믹스) 공학 결정학, 광물학(지질학)

5. 유전체와 절연체 유전체(dielectrics)와 절연체(insulator) 약간의 감각적인 차이 절연체라고 하면 전류를 통하지 않는 물질이라는 것이 머리에 떠오르고, 유전체는 외부의 전기장에 의하여 전기분극(electric polarization)이 생기는 것을 생각하게 한다.

6. 우리 주위의 유전체들 구(old) 세라믹스

7. 뉴세라믹(무기재료)의 종류 • 바이오 세라믹 • 엔지니어링 세라믹 (자동차 엔진, 다이아몬드 코팅) • 고온 초전도체, 자성 재료 • 전자 세라믹

8. 전자 세라 믹스

9. 생활 속의 전자 유전 세라믹스 축전기(capacitor, condenser) MLCC(Multi-Layer Ceramic Capacitor)

10. 생활 속의 전자 유전 세라믹스 온도 조절 장치 : 서미스터, 바이메탈 대체 밥통 헤어드라이어

11. 생활 속의 전자 유전 세라믹스 가스레인지 점화 장치, 가습기, 전자시계(수정 진동자) 압전 현상(壓電, piezoelectricity) 전압을 걸어주면 크기가 줄어들고, 반대로 힘을 가하면 전압이 생기는 현상

12. 유전체의 물성 - 강유전체 이온 결합과 공유 결합의 조화 강유전체(ferroelectrics) 외부의 전기장이 없이도 자발분극이 남아 있는 유전 물질 BaTiO3 - 금속 산화물 고온 초전도체, 보석과 비슷한 구조 비교: 강자성체 (자석)

13. 강유전체의 상전이 e (유전상수) P (자발 분극) TC 온도

14. 강유전체의 특성 Electric Piezoelectric 압전 특성 Electro-Optic 전기 광학 특성 Mechanical Optic

15. 강유전체 박막 제작 펄스 레이저 증착법 스퍼터링 화학기상증착법(CVD)

16. 강유전체 박막 응용

17. 첨단 과학 기술에서의 유전체 • STM (Scanning Tunneling Microscope) • 무선 통신 • 마이크로 머신 (MEMS) • 컴퓨터 메모리 (DRAM, FRAM)

18. STM, SPM, AFM • 원자를 전기적 신호를 이용하여 직접 본다. 1986년 노벨 물리학상 : 비니히, 뢰러

19. STM에서 강유전체 응용 압전 특성 응용

20. 무선 이동 통신 • 주파수가 낮은 영역(라디오 주파수)에서는LCR회로를 이용하여 발진, 수신, 필터 역할 • 이동 통신에서 사용하는 높은 주파수(100 MHz ~ 2 GHz)에서는 유전체 공진기, 필터 등 사용

21. 마이크로 머신 (MEMS) 진딧물 자동차에어백 용 가속도 센서

22. 컴퓨터 기억 소자 응용 • 컴퓨터 메모리 소자(DRAM)는 정보를 캐패시터에 기억 • 전하가 있으면 ‘1’ 없으면 ‘0’ • 그런데 집적도가 높아지면서 캐패시터의 크기가 작아져서 • 정보를 구별하기가 힘듬 (캐패시터에 모아둘 수 있는 전하 • 의 양이 적다.) • 두께(d)를 작게 할 수 없으므로 유전 상수(비유전율)이 • 큰 물질을 찾을 필요가 있음 - 강유전체

23. 강유전체 메모리 (FRAM) 강유전체의 자발 분극 특성을 이용 - 자기 테이프 - 차세대 비휘발성 메모리(플래쉬 메모리 대체)