바륨 티타 네이트 나노 큐브 단층 필름 및 그래 핀을위한 교대 라미네이트 프로세스 실시간 바카라 개발

이타사카 히로키 (Itasaka Hiroki), 리우 윤 (Liu Yun) 수석 연구원, 미무라 케니치 (Mimura Kenichi) 수석 수석 연구원, 하마모토 코이치 (Hamamoto Koichi), 연구 그룹 (바카라 커뮤니티) (이하 "AIST"), IS유전체재료입니다Barium titanate(BTO) 입방 단일 크리스탈 (Nanocube) 단일 층 필름 및 다층 그래 핀 필름에 대한 교대 적층 공정 실시간 바카라을 개발했습니다

이 연구에서 개발 된 실시간 바카라에는 2 차원 순서로 배열 된 약 20 nm 크기의 BTO 나노 큐브로 만든 단층 필름과 두께가 2-3 nm 인 다층 필름이 포함됩니다그래 핀빛나는 세라믹 커패시터(MLCC) 유전체 층과 전극 층의 교대 적층 구조를 극적으로 줄이기위한 기본 실시간 바카라로 기대할 수 있습니다

이 실시간 바카라에 대한 세부 사항은 2023 년 9 월 1 일 (일본 시간)에 제공 될 예정입니다응용 물리학 편지"

최근 몇 년간 스마트 폰 및 태블릿과 같은 소규모 전자 장치의 성능이 급격히 증가함에 따라 이러한 장치에 내장 된 전자 부품의 추가 소형화에 대한 수요가 있습니다 MLCC는 가장 중요한 전자 구성 요소 중 하나이며 오늘날 스마트 폰마다 약 1,000 개의 MLCC가 사용됩니다 MLCC의 내부는 유전체 층 및 전극 층이 번갈아 가며 크기를 줄이고 성능을 향상시키기 위해서는 각 층을 더 얇게 만들고 라미네이트 된 층 수를 늘리는 것이 중요합니다 산업 및 학술 세계에서는 MLCC의 크기와 성능을 줄이기 위해 유전체 및 전극 층을위한 다양한 재료를 사용하여 MLCC를 얇게하고 라미네이션하는 것에 대한 연구가 수행되고 있습니다 전류 BTO를 유전체 층으로 사용하는 MLCC는 유전체 층의 원료 인 BTO 분말의 번갈아 가며 전극 층의 원료 인 금속 분말의 번갈아 가며 1000 ° C 이상의 높은 온도에서 베이킹 및 경화를 통해 적층 구조를 생성합니다 그러나, 유전체 층 및 전극 층과 같은 문제가 이미 1 μm의 두께에 도달하고, 원료 분말 입자의 크기 (수백 nm)의 크기에 접근하고, 얇아지면서 유전체 층의 절연 특성 감소, 현재 원료 분말 및 라미네이션 공정을 통한 추가 가늘어지는 것이 한계에 도달한다 따라서, 원료 BTO 분말을 계속 소형화하는 동안, 도전은 MLCC의 신뢰성을 유지하면서 유전체 층과 전극 층을 나노 스케일 두께로 줄이는 새로운 라미네이트 프로세스 실시간 바카라을 개발하는 것이었다

실시간 바카라는 MLCC의 유전체 층의 주요 원료 인 BTO의 마이크로 파우더의 합성에 대한 연구 및 합성 된 분말을 얇게하기위한 필름 형성 기술의 개발에 대한 연구를 진행하고있다 지금까지,열수 방법BTO (참조 1)의 나노 크기 입방 단결정 (Nanocube)을 성공적으로 합성했으며, 분산에서 용매의 증발이 동반됩니다자기 조직를 사용함으로써, 우리는 BTO 나노 큐브의 2 차원 순서 배열로 두께가 약 20 nm의 단일 층 필름을 제조하기위한 필름 형성 실시간 바카라을 개발했습니다 (참조 2) BTO 나노 큐브는 전형적인 BTO 나노 입자보다 결정 성이며, 1000 ℃ 미만의 비교적 낮은 처리 온도에서도 우수한 유전 특성을 나타낼 수있는 물질이다 또한, 기존의 BTO 분말을 사용하여 고밀도 필름을 제조하기 위해 고온에서의 열처리가 필요했지만, 균일 한 크기와 모양의 BTO 나노 큐브를 정기적으로 배열함으로써 열처리없이 조밀 한 필름을 얻을 수 있음이 밝혀졌다 이 기사에서, 우리는 전극 층과 함께 교대 레이어링 실시간 바카라을 개발하여 MLCC 내부의 유전체 층으로서 이러한 실시간 바카라을 사용하여 얻은 BTO NANOCUBE 단일 레이어 필름을 적용하는 것을 목표로했습니다

이 연구 및 개발은 과학 홍보를위한 일본 협회 (JSPS) JP20H02446 (2020-2022)과 계약 된 프로젝트 JPNP20005 (2021-2023)과 Science Promotion (JSPS)과 과학 프로모션 (NEDO)을위한 일본 연구소에 의해 지원되었습니다

이 실시간 바카라에서, 우리는 2 차원 탄소 재료 인 그래 핀의 우수한 전도도에 초점을 맞추고, BTO 나노 큐브 단일 층 필름과 전극으로 결합하여 극도로 얇은 전극 층과 유전체 층의 교대 적층 구조를 생성하는 방법을 고안했다 상기 언급 된 필름 형성 실시간 바카라을 사용하여 생성 된 BTO 나노 큐브 단일 층 필름을 하부 전극 기판으로 전달 한 다음, MLCC 내부의 적층 구조와 같이, 그래 핀/BTO 나노 큐브 단일 레이어 필름을 교대로 제작할 수있는 구조 인 시트-유사 다층 그래 핀을 이로 전달한다 그림 1은 주사 투과 전자 현미경을 사용하여 관찰에 의해 제조 된 적층 구조의 단면 사진을 보여줍니다

11082_11405누출 전류| 커패시터의 신뢰성을 감소시키는 문제가 발생합니다 BTO 입자 사이의 간격으로 전극 재료의 갭으로 인한 누출 전류를 감소시키기 위해 대략 2 내지 3 nm의 두께를 갖는 다층 그래 핀을 사용하여 전극 층으로 사용 된 것으로 알려져있다 누출 전류를 줄이는 이러한 효과 외에도, 이번에 개발 된 실시간 바카라은 MLCC 내부의 적층 구조를 얇게하는 데 획기적인 일이 될 것으로 예상 될 수 있습니다

이제, 우리는 열 처리와 같은 프로세스를 최적화하여 제조 된 라미네이트 구조의 커패시터 성능을 향상시키고 대량 생산 될 수있는 프로세스를 개발하여 차세대 프로세스 실시간 바카라을 달성하여 MLCC의 대규모 용량을 극적으로 소형화하고 대규모 용량으로 이어질 것입니다

게시 된 잡지 :응용 물리학 편지
논문 제목 : 그래 핀 전극을 가진 울트라 얇은 바륨 타탄 네이트 나노 결정 단층 커패시터
저자 : Hiroki Itasaka*, Zheng Liu, Ken-ichi Mimura 및 Koichi Hamamoto
*해당 저자
doi : 101063/50156549

1 F Dang, K Mimura, K Kato, H Imai, S Wada, H Haneda 및 M Kuwabara,Nanoscale, 41344 (2012)
2 H Itasaka, K Mimura 및 K Kato,Nanomaterials, 8, 739, (2018)

유전체

전압이 적용될 때 전류를 방지하는 절연 및 전기를 저장하는 유전체를 결합한 재료[참조로 돌아 가기]

Barium titanate

화학식 바티오₃우수한 유전체 특성 (전기 저장 특성)으로 인해 다층 세라믹 커패시터의 유전체 층의 주요 원료로 사용됩니다[참조로 돌아 가기]

그래 핀

Beehive와 같은 육각형 메쉬 같은 모양으로 탄소 원자가 결합되는 2 차원 물질 그래 핀의 단일 층은 하나의 탄소 원자만큼 두껍다 우수한 전도도, 기계적 강도 및 화학적 안정성으로 인해 차세대 장치 재료로 관심을 끌었습니다[참조로 돌아 가기]

빛나는 세라믹 커패시터

전자 회로에 전기를 저장하고 방전하여 전압을 안정화하고 전기 소음을 제거하는 전자 부품 전기를 저장하기위한 전압 및 유전체 층을 적용하기위한 전극 층은 밀레-피유 모양으로 번갈아 가며 전극 층의 교류 층의 수가 많을수록 전기 용량 (전기의 총 전기량)이 증가한다[참조로 돌아 가기]

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고온 및 압력에서 온수에서 수행 된 입자 및 결정의 합성 방법[참조로 돌아 가기]

자기 조직

분자와 입자가 자발적으로 정렬 된 배열 구조를 형성하는 현상[참조로 돌아 가기]

누출 전류

정상적으로 흐르지 않아야하는 영역에서 전류가 누출되는 전자 회로의 현상 다층 세라믹 커패시터에서 누출 전류가 발생하여 전기 커패시턴스 및 신뢰성이 감소합니다[참조로 돌아 가기]