KIC News, Volume 20, No. 5, 2017
KIC News, Volume 20, No. 5, 2017 71
NIMS, 세계 최고 성능의 원자층 유전체 개발 - 페로브스카이트 원자층 제어로 고유전율화 실현 -
일본 물질⋅재료연구기구 국제나노아키텍토닉스연구거점(MANA)의 오사다 미노루(長田 実) MANA 연 구원 등 연구그룹은 층상 페로브스카이트 구조를 갖는 나노시트를 제작하여 원자 수준의 계층 구조 제어를 통해 두께 10 nm 이하의 나노 스케일 영역에서 세계 최고 성능(유전율 : 470)의 유전체 필름을 개발하는 데 성공했다.
연구진은 산화물 나노시트를 기반으로 한 유전체 재료를 개발해 오고 있으며, 이번 연구에서 고유전체로 알려진 층상 페로브스카이트 구조를 갖는 일련의 물질군 중에서 세계 최고의 유전율을 갖는 ‘유전체 나노 시트(Ca2Nam-3NbmO3m+1; m = 3-6)’를 개발했다. 본 유전체는 원자 수준에서 구조를 제어함으로써 유전 율을 컨트롤 할 수 있다는 특징이 있다. 실제로 m을 변화시켜 단위 유닛에 해당하는 금속 산소 팔면체(두 께 : 0.4 nm)를 1개 늘리면, 8면체가 3개인 3층형 유전체(유전율 : 210)로부터 유전율이 약 80씩 증가했으 며, 8면체 수가 6개인 6층형 유전체는 두께 10 nm 이하의 나노 스케일 영역에서 안정적인 유전 특성, 절 연성을 나타내 세계 최고의 유전율 470 및 높은 전기 용량(203 µF/cm2)을 실현했다. 이상의 특성을 이용 하면 기존의 높은 유전체와 비교하여 크기는 1/100이면서, 1000배 이상의 대용량화가 가능한 고성능 콘덴 서 소자의 개발을 기대할 수 있다.
본 성과는 고유전체 재료 개발을 위해 새로운 설계 지침을 부여하는 동시에 나노 시트가 갖는 고용량, 고절연성이라는 특징을 이용한 고용량 콘덴서 등으로의 응용이 기대된다.
본 연구 성과는 2017년 7월 27일 미국 화학지 Journal of the American Chemical Society 온라인판에 게재되었다(※발표논문참조).
※ 발표논문 : Bao-Wen Li, Minoru Osada, Yoon-Hyun Kim, Yasuo Ebina, Kosho Akatsuka, and Takayoshi Sasaki, “Atomic Layer Engineering of High-κ Ferroelectricity in 2D Perovskites”, J. Am. Chem., July 12, 2017
DOI: 10.1021/jacs.7b05665
Figure. 페로브스카이트의 원자층 제어를 통한 고유전율화의 이미지.
출처 : 2017.08.03. NIMS(http://www.nims.go.jp/news/press/2017/08/201708030.html) 작성 : 소 대 섭 (한국과학기술정보연구원)
