Technology Brief

  첨단세라믹스  해외기술정보

아연니오브산납-티탄산납 박막 성장 성공,
기존재료 대비 10배 이상의 압전성
東京工業大學의 舟窪造 조교수 등은 上智大學, 부르카AXS(사장 植木定雄)와 공동으로, 대표적 압전체인 티탄산 지르콘산납(PZT)의 10배 이상의 거대 압전성이 전망되는 아연니오브산납-티탄산납(PZT-PT)의 에피택시얼막 성장에 최초로 성공했다. 이 압전체는 만들기 어려워 지금까지 액상으로 단결정만 만들 수 있었다. 박막성장에 의해 마이크로 머신인 액추에이터 등에 대한 응용이 가능해지며, 마이크로머신의 소형화와 고감도 압전센서의 실현 이외에 납 사용량의 삭감으로도 이어진다.
공동연구는 舟窪조교수 등이 박막성장, 上智大學의 內田寬 조교, 幸田淸一郞 교수 등이 조성분석, 부르카가 구조해석을 담당했다. PZT-PT는 PZT과 PT가 혼합한 고용체 결정이다. 알려져 있는 물질로서는 최대급의 압전 특성을 보인다. 액상으로 단결정을 얻을 수는 있었지만, 응용에 있어 중요한 소결체나 박막은 실현하지 못했다. 따라서 결정구조에 착목하여 유기금속기상성장(MOCVD)의 원료가스를 어느 결정 사이트(격자점)에 넣는 원료마다에 교체하여 공급하는 ‘결정사이트 원료공급 MOCVD 법’을 개발했다. 예를 들면 납 소스를 공급한 후, 정지하고 아연, 니오브, 티탄소스를 공급하도록 사이트 별로 원료를 교체하는 새로운 방법으로 실현했다.
기판 선택에서도 ‘상대격자정합’이라는 새로운 방법을 개발했다. 보통은 성잘물지로가의 격정정합만을 고려한다.
이번에 그뿐 아니라 적극적으로 성장을 저해하려는 불순물상과의 격자부정합도 고려하여 산화마그네슘 기판을 선택했다. 즉 PZT-PT과 격자정수가 가깝고, 불순물상과는 격자정수가 먼 기판을 상대적으로 고려하여 선택했다.
이들 두 개의 신기술로 가장 만들기 어려운, PT가 들어가지 않는 순수한 PZT까지 폭넓게 조성을 바꾼 에피탁셜 성장을 가능하게 했다.
PZT의 10배 이상의 압전특성은 PZT-PT의 벌크 단결정에서의 성질이다. 박막화에 의해 벌크보다도 큰 특성을 얻을 가능성도 있다. 특성이 우수할수록 같은 뒤틀림이라면 10분의 1 이하의 사용량이면 된다. 또 큰 뒤틀림을 이용하는 용도로도 확대할 수 있다.건물의 뒤틀림 센서 등에 응용하면 10배 이상의 고감도화도 가능하게 된다고 한다.  (NK)