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Darken Equation

◎ Darken Equation→ Kirkendall effect가 확산이 vacancy mechanism을 통해 일어나고, 두 성분이 다른 확산계수를 갖는 즉 DA ≠ DB를 갖는 모든 계에서 나타남을 증명그림 확산의 원리0. 확산실험 출발시의 marker position1. 확산 후 position- marker position이 공간상에서 고정되어 있으며, 그 결과로 couple 끝이 shift2. 확산 후 position- couple이 original position으로 옮겨졌고 그 결과로 marker plane이 shift◎ Cu-brass system 경우? Cu와 Zn는 같은 격자에서 vacancy를 통해 이동.? Zn의 이동도가 Cu 것보다 더 크다.? Cu-rich part에서 vacancy수는 감소할 것 이며, 국부적인 평형농도를 유지하기 위해 new vacancy가 시료표면에 생성되어야 한다.? couple의 Zn-rich part에서는 반대현상이 일어난다.농도 합은 일정. 즉 CA + CB = CT.따라서 ∂CA = -∂CB. DA ≠ DB이므로 JA ≠ JB만약 DA > DB이라면 오른 쪽에 도달하는 A 원자수는 이 side를 떠나는 B 원자수를 능가한다. Flux의 차이는 오른쪽에서 왼쪽으로의 vacancy flux JV에의해 보상된다. 즉, 격자자리의 보존으로부터JA + JB + JV =0.Marker의 displacement rate vK는 JV를 단위부피 당의 total atom number로 나누어서 얻을 수 있다. 즉Matano plane에 대한 flux를 고려해 보자.은 Kirkendall plane을 통한 flux JA와 matano (z=0) plane에 대한 Kirkendall plane 의 변위로 생기는 flux, 즉로 구성된다. 즉위의 vK의 식을 대입하면몰분율을 도입하면따라서실험적으로따라서이 식은 화학확산계수와 intrinsic확산 계수간의 관계를 나타낸다.◎ 페로프스카이트 구조 (Perovskite Structure)Perovskite 구조 (ABO3) : A2+B4+O3 : BaTiO3, CaTiO3, SrTiO3, PbTiO3, PbZrO3, BaZrO3A3+B3+O3 : LaGaO3, LaAlO3A1+B5+O3 : KNbO3Mixed typeA(B2+1/3 B5+2/3)O3 : Pb(Mg2+1/3 Nb5+2/3)O3A2+(B3+1/2 B5+1/2)O3 : Pb2+(Sc3+1/2 Ta5+1/2)O3ABO3의 화학식을 가지는 물질 중에서 A와 B 양이온의 크기가 클 때, perovskite구조를 형성한다.음이온이나 양이온이 최밀충진구조를 형성하지는 않지만 이온 크기가 큰 A와 음이온 O가 같이 FCC를 형성한다고 볼 수 있다.이렇게 형성된 FCC-derivative 구조에서 작은 크기의 양이온 B가 octahedral site를 채운다.rBa2+ / rO2- 의 범위 : 0.96 - 1.15산화물 BaO는 rBa2+ / rO2- 의 값이 크지만 화학식에서 A:X=1:1을 만족시켜야 하는데octahedral site의 수: 원자수 = 1:1을 만족시키므로 rock-salt 구조(CN=6)를 가진다.BaTiO3에서는 Ba가 CN=12의 넓은 공간에 위치한다.즉, 1개의 Ba와 3개의 O가 같이 FCC를 형성하고 cube의 꼭지점에 Ba가 위치하면 Ba는 총 12개의 O와 배위를 하게 된다.Charge NeutralityBa2+의 Bond strength = 2/12Ti4+의 Bond strength = 4/6O2-는 4개의 Ba2+와 2개의 Ti4+와 배위bond sum = 4 x 2/12 + 2 x 4/6 = 2 = O의 하전가Oxygen이 형성하는 octahedron은 인접한 Ba2+ ion에 의하여 팽창되기 때믄에 Ti4+ ion의 크기에 비하여 크다.rattling 따라서 Ti4+ 이온은 body-center의 위치에서 약 12A만큼 shift되어 있다.Permanent electrical dipole 형성이웃한 단위포에서도 같은 방향의 dipole을 형성하여 분극(polarization) 발생Curie temperature : Cubic Tetragonal transformation 온도?BaTiO3 : 130℃?PbTiO3 : 490℃(rPb > rBa Ti4+ more unstable)?SrTiO3 : -55℃(rSr < rBa Ti4+ more stable)Curie temp.는 고용체를 형성하여 원하는 온도로 조절이 가능하다.Perovskite 구조 화합물의 응용permanent electrical diple이 존재하므로 전기장(electric field)을 가하면 dielectric (유전성), mechanical(기계적 물성), optical properties(광학적 물성)등이 변화함을 이용.Piezoelectric effect (압전성) :인가된 전장 ↔crystal dimension전기적 에너지 ↔기계적 에너지ex) PZT (PbTiO3-PbZrO3 고용체) ; speaker, microphone, sonar transducer, ultrasonic cleaner, actuator for high-precision positioningelectric polarizationoptical refractive index 의 anisotropy ( = birefringence )ex) PLZT (La-substituted PbTiO3-PbZrO3 고용체)Switchable birefringence optical shutters, displays, optical memoryCurie temp. 이하로 냉각시 spontaneous polarization을 grain boundary가 제거되어 전기저항이 갑자기 떨어짐.Positive-Temperature-Coefficient Resistor (PTC)에 이용.ex) temperature sensors, self-regulating heating elements.◎ 스피넬 구조 (Spinel Structure)O2-가 FCC 최밀충진을 하고 1/2 octahedral site와 1/8 tetrahedral site의 일부를 양이온이 채우는 구조.Normal spinel 구조:B3+ ion 1/2 octahedral site (bond strength = 3/6)A2+ ion 1/8 tetrahedral site (bond strength = 2/4)Pauling's 2nd rule을 만족시키기 위해서 O는 3개의 octahedral cation과 1개의 tetrahedral cation과 배위하여야 한다.와 같이 일반식이 가 되는 대개의 산화물은 암염구조와 섬아연광 구조를 짝지운 것이라고 볼 수 있는 입방정 구조를 갖고 있다. 스피넬은 산소 이온이 면심입방 최밀충진구조 FCC를 이루고 4배위 빈자리와 6배위 빈자리에 양이온을 채우는 구조이다. 한 개의 부격자에는 산소가 4개 들어간다. 또, 부격자 중에는 4배위 빈자리 8자리에 8개 원자가, 6배위 빈자리 13자리에 4개의 원자가 들어갈 수 있어 총 12개의 간격이 있다. 따라서, 산소가 4개 들어가면 12개의 간격에 양이온 3개가 따라 들어간다. 그 중 한 개는 2가 두 개는 3가가 된다. 개개의 부격자 중에서 한 개는 4배위 자리에 두 개는 6배위 자리에 들어간다.

공학/기술| 2012.11.15| 6페이지| 1,000원| 조회(396)

확산, 스피넬, 페로브스카이트, Darken, perovskite, Darken ..

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마이크로 유전체

목 차0. 유전체란?1. 유전체의 분극- 극성분자- 무극성 분자2. 유전체의 기술개발 동향- 초고주파용 유리 기반 LTCC 소재 연구- 초저손실 유전체 소재 연구3. 마이크로 유전체 응용4. 마이크로 유전체 이론적 배경- 공진 주파수 온도계수- 손실과 품질계수5. 실험 방법 및 고찰◎ 유전체란?모든 물질은 원자나 분자로 되어 있으며 이를 전기장 속에 넣으면 전기장의 영향을 받아 분자나 원자의 전자와 원자핵들이 서로 반대쪽으로 끌려서 약간 일그러짐으로써 쌍극자 현상을 일으키게 된다. 이 때문에 물질속에서의 전기장은 실제 외부에서 걸어준 전기장보다 낮게 되어 물질속에서 전하가 받는 힘이 작아진다. 이렇게 쌍극자 형태로 분극(편극, polarization)되는 물질을 유전체라고 하며, 일반적으로 진공 및 도체를 제외한 모든 물질을 유전체라고 부른다. 특별히 분극이 큰 물질을 강유전체라 한다.◎ 유전체의 분극그림 유전체의 분극● 극성분자 (Polar Molecules)극성 분자(Polar Molecules)는 분자 구조상 극성을 가질 수 밖에 없는 형태다. 물(H2O)이 대표적인 극성 분자이다. 물은 산소가 음극(-)성이며 양쪽에 위치한 수소가 양극성(+)을 가지기 때문에 평소에도 분자 자체가 극성을 가지고 있다. 극성 분자는 평소에는 무질서하게 배열되어 있어서 전체적으로 봤을 때는 서로 상쇄되어 버린다. 그러나 양 극에서 전압을 가하면 일정하게 배열되어 버린다. 왼쪽 그림에서 물의 분자와 전기쌍극자가 전기적으로 같은 것으로 표시하고 있다. 앞으로는 물 분자대신 전기적으로 등가인 전기쌍극자(Electric Dipole) 형태로 표시한다.● 무극성분자 (Non-Polar Molecules)무극성 분자(Non-Polar Molecules)는 어느 한쪽으로 치우지지 않고 전기적 극성을 가지지 않는다. 그러나 양 극단에 전압을 가해주면 전자가 한쪽으로 치우치게 된다. 전자가 빠져나간 곳은 자연스럽게 양극(positive)을 가지게 된다. 이것은 양쪽으로 길게 잡아 끌어 당기화의 장점을 지닌waveguide를 대체하는SiP (System In Package)형태의 세라믹 패키지 기술 응용 개발뿐 아니라, 새로운 저온 소성 유전체 기판 재료에 대한 연구를 활발히 진행하고 있어서 이러한 응용 시장이 빠른 속도로 창출될 것으로 기대하고 있다. Fig. 1은 다양한 고주파대역의 응용 기술 동향을 나타낸 그림이고, Fig. 2는mm파 관련 기판 물량 및 시장 예측을 나타낸 그림이다. 이를 보면 향후 mm파 관련한 시장의 지속적인 성장 가능성을 파악 할수 있다.현재와 같은 시장 초기에 맞추어 mm파 응용을 위한 SiP 세라믹 패키지 기술 개발 및 관련 소재 원천 기술력 확보는, 기존의 포화 상태와 치열한 경쟁이 진행되는 수 기가 주파수 대역의 세라믹 패키징 관련 국내 업계의 새로운 전기를 마련할 것이다. mm파 대역의 주파수를 이용한 SiP 모듈을 진행 중인회사로는 LTCC 기술의 선두회사인 DuPont/Heraeus/Kyocera 등을 들 수 있다. Passive embedding 기술 중 가장 효과적이라고 인정받고 있는LTCC 기술의 다양한 solution을 최초로 공급한 선두적인 위치에 있는 DuPont사의 경우 초정밀 패턴 구현이 가능한 무수축 소성 원천 기술과 고용량 내장 소자를 위한 고유전율 이종 재료기술을 보유하고 있으며, 독일의 IMST, MSE와 핀란드의 VTT는24GHz 대역의LMDS용 고집적 모듈 뿐 아니라 77GHz 대역의 자동차용radar 센서 개발 등LTCC 기술을 이용한mm파 대역 응용 기술을 확보 하고 있으며, 독일의 Heraeus와 같은 소재 원천기술을 보유한 기업들도 무수축공정을 이용한 초고주파대역에서 요구되는 재료개발을 진행 중이다. 일본의 Kyocera는 high TCE(Temperature Coefficient of Expansion) LTCC 기술을통하여, 세라믹 모듈과 PCB board 사이의 solder joint 신뢰성을 개선하여, Intel의 Wimax RF FEM 공급 업체로 선정된바 있으며,서개발한 calcium borosilicates, DuPont에서 개발한 leadborosilicates가 있다. 상용화 된 소재를 제외하고 활발히연구되고 있는 물질에는 희토류 원소가 첨가된borate 유리가 있다. 이들의 유전상수와Q 값의 범위는 그림 4에서 나타내고 있다. 우수한 유전성질을 가지는 새로운 유리로 lanthanum borate (La2O3-B2O3) 유리가 보고되었으며 Chakraborty 그룹에서20-28 mol% La2O3 첨가로 안정적인 이성분계의 유리 제조가 가능하다고 보고 하였다.그림 4 상용화 물질과 La2O3-B2O3 유리 기반 물질의 유전특성● 초저손실 유전체 소재 연구최근 휴대폰, 무선랜 그리고 지능형 교통 시스템(ITS ; intelligent transport systems) 등과 같은 이동통신분야에 널리 적용될 수 있는 마이크로파(microwave)와 밀리미터파(millimeterwave) 대역의 유전체 재료 연구 개발이 활발히 진행되고 있다. 특히 밀리미터파 대역의 통신분야는 많은 정보를 빠른 속도로 전송할 수 있는 특성을 발현하기위하여높은품질계수(Q×f, Q: quality factor), 낮은 유전상수(εr: dielectric constant), 그리고 공진주파수에서 낮은 온도계수(τf : thermal coefficient in resonant frequency)를 요구한다. 특히 품질계수는 회로의 전자기파로 인한 분극의 변화에 따라 발생하는 유전손실(tanδ: dielectric loss)의 역수에 해당하며 주파수에 따른 높은 품질계수는 회로의 높은 선택도(selectivity)를 얻게 하는 중요 인자가 된다. 공진주파수에서 거의 0에 가까운 온도계수는 소자의 열적 안정성을 높여준다. 현재까지 위에 나열한 특성들을 갖는 새로운 마이크로파와 밀리미터파 대역에의 초저손실 저유전율 세라믹 재료로서 silicate계forsterite(Mg2SiO4), willemite(Zn2SiO4), corundum 구조를 갖는altile의 첨가를 통한 온도계수의 향상이 가능하나 1300℃ 이상의 소결온도에서 alumina와 rutile이 반응하여 음의 온도계수를 갖는aluminum-titanate(Al2TiO5)을 생성한다. 최근annealing을 통하여Al2TiO5 decomposition을 유도하여 공진주파수에서의 온도계수가 0ppm/℃, 주파수에 따른 품질계수가 170000GHz그리고 12.4의 유전상수 값을 얻어 재료의 성질을 향상시킨 연구가 보고된 바 있다.그림 6 소결 온도에 따른 alumina 세라믹스의 유전 특성그림 7 Alumina에 rutile첨가에 따른 온도계수의 변화 및 annealing의 영향◎ 마이크로 유전체 응용광촉매 재료 개발 및 응용에 관한 연구이산화티타늄(TiO2)은 자외선을 받으면 전자(electron)와 정공(hole)을 생성함으로서 강한 산화력을 지니게 되어 수중과 공기 중에 존재하는 각종 환경오염물질을 무해한 이산화탄소와 물 등으로 분해시키고, 각종 바이러스와 병균 등에 대해 살균력이 뛰어난 대표적인 광촉매 소재이다.MEMS 공정 및 응용에 관한 연구MEMS(Micro Electro Mechanical System) 기술은 소형이면서 고성능을 발휘하는 시스템 또는 부품을 저비용, 대량으로 생산할 수 있는 초소형 정밀기계 제작 기술을 총칭하는 것으로서 응용범위가 전자, 통신, 자동차, 의료 및 바이오, 멀티미디어, 정보기기 등 광범위하다.디스플레이용 형광재료 개발에 관한 연구형광물질은 태양광 등의 빛에너지를 흡수한 후 이를 가시광선으로 환원하여 어두운 곳에서 발광하는 특성을 가진 축광성 재료이며, 야광표시판, 형광램프, TV 브라운관, Color CRT, 형광도료, FED, PDP, EL display 등 각종 디스플레이 소재로서 널리 사용되고 있다.자성페라이트 및 이동통신 소재에 관한 연구산화철(Fe2O3)을 기본으로 하는 페라이트(Ferrites) 자성체는 자발자성 특성을 지닌 세라믹 자성체로서 통신부품 및 각종 전자기기에 필수적으로 사용되는 다 반 강 유전체의 흥미 있는 특징으로 큐리 온도부근에 강 전계를 인가하면 강 유전상이 유기되는 것이다 (전계 인가형 상전이 강제상전이라 부르기도 한다)▷ 유전 분극량● 유전체의 유전율ε(이시론 단위 F/m) 비유전율(단위 없음) 유전체 분극P(단위 C/m2)외부로 부터 인가전압 E(단위 V/m) 전장 밀도 D(단위V/m2) 진공중 유전율(정수)로 할 때 유전체 분극 P는로 정의되어,의 관계가 있다. 여기서 χe는 전기적 감수율 이라 부른다 즉 유전체의 분극량은가되어 유전체의 분극량은 비유전율과 인가전장에 비례하여 커진다.◎ 공진주파수 온도계수공진 주파수 온도계수(τf)는 microwave재료의 온도특성을 나타내는 지표로 사용된다. 즉, 온도에 대하여 마이크로파 유전체의 공진주파수가 어느정도 변화하는지를 나타내는 지표로서 일반적으로 넓은 온도범위에서 공진주파수의 변화가 작을수록 좋은 특성을 나타낸다. 공진주파수가 온도에 따라 변화하는 이유는 다음과 같다. 온도가 바뀌게 되면 유전체의 유전율이 바뀌게 되고, 유전체가 가진 열팽창계수로 인하여 유전체의 격자 사이즈도 바뀌게 된다. 따라서 공진 주파수도 변화하게 된다.따라서 τf 값은 온도변화에 대한 유전율 변화 항인 τε과 열팽창계수의 항을 고려하여 다음과 같이 정의된다.따라서 τf값이 0이 되기 위해서는 유전율의 온도계수 τε이 -2α가 되어야 한다. 그러나 대부분의 경우 결정구조가 같은 재료에 대해서는 선팽창계수(α) 값의 차이가 무시할 만큼 작기 때문에 일반적으로 τf값은 τε에 의해 결정되는 것으로 알려져 있다. τε의 경우 Clausius- Mosotti의 관계식을 입자당 부피로 환산한 후 온도로 미분할 경우 다음과 같은 결과가 나온다. 이때 A, B, C는 각각 다음과 같다.A : 부피 팽창에 의한 이온 밀도의 감소를 나타내 는 항 (음의 값을 가짐B : 열팽창에 따른 이온간 거리 증대에 의한 분극 률의 증가를 나타내는 항C : 부피가 일정할 때 이온 및 전자 자체의 고유 한 분극이 온도 증가에 따른 변 된다.

공학/기술| 2012.11.15| 15페이지| 1,500원| 조회(154)

유전체, 마이크로 유전체, 테이프 케스팅, 유전체 동향, 마이크로 유전체 이론적..

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강유전체

◎ 강유전체란?강유전체(ferroelectrics)는 외부의 전기장이 없이도 스스로 분극(자발 분극, Spontaneous polarization, Ps)을 가지는 재료로서 외부 전기장에 의하여 분극의 방향이 바뀔 수(switching) 있는 물질을 뜻한다. 주로 산화물이 많이 응용되고 있으며 BaTiO3가 가장 대표적인 재료이다. 전기적으로는 절연체인 유전체의 일종으로서, 특수한 물리적 성질을 가진 물질이다. 이 물질들의 특징적인 물성은 자발분극(spontaneous polarization)을 가지고 있을 뿐만 아니라 이 자발분극이 전기장에 의해 역전(polarization reversal)되는 현상을 보이는 것이다. 유전체 중에서 자발분극을 가지는 물질은 많지만 전기장으로 분극의 방향을 바꿀 수 없으면 이는 강유전체라고 할 수 없다.◎ 강유전체 특징● 압전성 : 압전성이라고 하는 것은 물질의 전기적 성질과 기계적 성질의 결합에 의해 나타나는 현상으로서, 물질에 압력을 가해서 변형을 일으키면 전기장이 형성되어 전극을 통해 전압이 발생한다.● 초전성 : 초전성이라는 것은 자발분극의 크기가 온도에 따라 변화하는 성질 때문에 물질에 온도의 변화를 주면, 자발분극의 크기가 변하기 때문에 공간전하의 변화가 생겨 전극 사이에 전류가 흐르게 되는 성질을 말한다.● 큐리 온도 (Curie temperature) : 강유전체는 특정한 온도에서 상전이 현상을 보이는데, 상전이 온도 아래에서는 전기 쌍극자끼리의 상호작용을 통해 자발 분극이 특정한 방향으로 배열하고 있다가, 그 온도 이상에서는 열적 요동에 의해 자발 분극을 잃게 되는 현상을 보인다. 큐리 온도 아래에서는 자발 분극이 일정한 방향으로 배열을 하게 되지만, 소위 구역(domain)이라는 것이 함께 형성되게 된다. 구역 구조는 전기 쌍극자의 배열로 인해 depolarization field가 형성되기 때문에 나타나는 것으로서, 형태에 따라 90도 구역과 180도 구역으로 구분된다.● 그림 강유전체 이력곡선D-E 이력 곡선(hysteresis loop) : 강유전체의 자발분극이 외부 전기장에 의해 역전되는 현상을 나타내는 것으로서 전기장의 방향과 세기에 따라 분극 상태의 변화를 보여주는 것이다. 이력 곡선의 내부 면적은 분극의 반전(switching)에 필요한 전기에너지의 크기를 나타낸다.강자성체의 자기유도(B) - 자장(H) 곡선과 매우 유사한 모습을 갖는다.☞ P-E Loop에서의 대상은 유전체로 강유전체는 강자성체와는 다르게 철을 함유하지 않는다. (유전체는 절연체이기 때문)▷ perovskite구조는 8군데의 모서리에 각각 1/8씩 1개의 음이온(A), 면심에 한 개의 다른 음이온(B), 그리고 6군데의 체심에 3개의 양이온(O3)을 지니고 있다. 이 물질은 큐리온도(TC) 이상에서 Cubic구조, TC 이하에서 Tetragonal 또는 Rhombohedral 구조를 갖는다. 이 때 TC 이하의 온도에서 가운데 위치한 이온(Ti 또는 Zr)이 결정의 중심에 위치하지 않고 "위(+Pr)" 혹은 "아래(-Pr)"쪽에 위치하여 분극(Polarization)을 가지게 된다(이와 같은 분극을 자발 분극(Spontaneous Polarization) 이라고 한다) 즉 양이온의 중심과 음이온의 중심이 일치하지 않기 때문에 자발분극이 일어나는 것이다. 또한 B위치의 음이온이 외부전계의 방향에 따라 두 가지의 안정한 상태(Up & Down)를 가지게 되고 전계를 제거하였을 때에도 분극을 유지하는 비휘발성 특성을 지니고 있어 FeRAM의 기억소자로 사용할 수 있는 것이다.그림 페로브스카이트(perovskite) 구조◎ FeRAM이란?□ DRAM이란?디지털 정보는 0과1로 표현 된다. 0 또는 1을 나타내는 한 개의 정보 단위를 비트라 한다. 디램은 이 비트를 집적회로(IC) 안에 각기 분리된 축전지에 담긴 전하량에 의해 기록한다. 시간이 지남에 따라 축전기의 전자가 누전됨으로써 기억된 정보를 잃게 된다. 이를 방지하기 위해 기억장치의 내용을 주기적으로 재생시켜야 한다. 이 리프레시(refresh)를 위한 제어회로가 컴퓨터 시스템에 탑재되어야 한다. 이렇게 동적으로 재생키므로 동적(dynamic)이란 명칭은 붙여졌다.□ FeRAM 이란 Ferroelectric Random Access Memory의 약자로서, 기존의 DRAM과 거의 똑같은 구조와 동작원리를 가진 기억소자이다. DRAM과 다른 점은 강유전체 (Ferroelectrics) 라는 재료를 캐퍼시터 재료로 사용하여 전원이 없이도 Data를 유지할 수 있는 비휘발성메모리라는 점이다. 현재는 비접촉 IC 카드, MP3 플레이어용 메모리 등의 제한된 분야에 응용되고 있다. 그러나 본질적으로 DRAM수준의 고속성을 가지면서도 Hard disk와 같은 비휘발성을 겸비하고 있어, 향후 모든 기억소자에 응용될 수 있는 ‘이상적인 기억소자(Universal Memory)’에 가장 근접한 메모리라 할 수 있다.◎ FeRAM의 종류● 그림 반전 분극 전류형 FRAM의 소자 및 회로구조그림 반전 분극 전류형 FRAM의 동작원리반전분극 전류형(Capacitor형)반전분극 전류형이란 그림과 같이 기존의 DRAM과 거의 똑같은 소자구조를 가지면서 캐퍼시터 재료를 상유전체에서 강유전체로 대체한 것이다. 그림에는 캐퍼시터형 FRAM의 동작원리를 나타내었다. "0" ,"1" 의 정보를 기록하기 위하여 각각 +. - 의 pulse를 캐퍼시터에 인가하면, 캐퍼시터는 각각 +Pr(0) 과 -Pr(1)의 상태를 갖게 된다. 정보를 읽을 때는 항상 +Pulse를 인가한다. 만약에 캐퍼시터가 "0"의 정보를 갖고 있었다면, 그림과 같이 pulse가 가해졌을 경우 발생하는 분극량의 차이는 작다. 반면에 "1"의 정보를 갖고 있었다면, 분극반전이 생겨, 그때 발생하는 분극량의 차이는 매우 크다. 따라서 이와 같은 분극량의 차이를 Sense amplifier가 검출하여 정보가 "0" 이었는지 혹은 "1"이었는지를 구분해낸다. 여기서 주의해야 할 것은 정보가 "1"인 경우 정보를 읽은 후에 원래의 정보가 "0"으로 바뀌게 된다. 즉 원래의 정보가 파괴된다(Destructive Read). 따라서 정보가 "1"인 경우에는 정보를 읽은 후 곧바로 반대pulse를 인가하여, 원래의 정보를 재기입하여야 한다.● 그림 FET형 FRAM의 구조(MFS type)FET(Field Effect Transistor)형FET형 FRAM은 기존의 MOS FET에서 Gate oxide를 SiO2 대신에 Ferroelectric Material로 대체한 것이다. 그림 5 와 같이 Ferroelectric gate oxide 의 분극 방향에 따라서 Source, Drain 간에 conductance의 차이가 생겨서 이 차이로부터 정보가 "0" 혹은 "1" 이었는지를 판단해 내는 것이다. 이와 같은 FET형은 캐퍼시터형과는 달리 정보를 읽어낼 때 정보가 파괴되지 않는 (Non-destructive) 즉, 분극반전이 일어나지 않기 때문에 분극반전의 반복에 따른 강유전체막의 피로현상을 염려하지 않아도 되는 고내구성의 소자를 실현시킬 수 있으며, 별도의 캐퍼시터를 필요로 하지 않기 때문에 소자의 집적도를 높이는데 유리하다.◎ 실험 방법 및 절차0. 우선 실험에 앞서 실험 도구를 준비한다. (오실로스코프, 회로 시험기, 유전체(Sample), 콘덴서 등)1. 구성 회로도 대로 회로를 연결한다.2. 오실로스코프에 나타난 D-E 이력 곡선(hysteresis loop)을 보고 분석한다.그림 회로 구성BDGHCFAOOE◎ 실험결과 및 그래프그림 7 실험 그래프실험을 통해 얻은 Vx, Vy를 실험식에 대입하여 E, P 값을 구하고 이 값을 통해서 그래프를 그릴 수 있다.? ,? 그래프 고찰 결과? X 축은 E(외부전기장)로써 -500000 ~ 500000사이에 나타난다.? Y 축은 P(전기장내에 있는 분극)로써~사이에 존재한다.→ 처음에는 P가 급격히 증가한다. (A→B) 모든 부분의 전기장의 방향으로 배열되면 그 이상의 전기장의 증가에 대해서는 유기분극(P)의 크기가 증가한다. (B→C) 이 때 직선부분 BC를 연장하여 얻어지는 OE가 자발분극이 된다. 전기장을 감소시키면 분극은 C→D로 변하고 전기장의 크기가 0이 되어도 분극이 0이 되지 않고 유한값 OD를 가지며 이를 잔류분극(

공학/기술| 2012.11.15| 6페이지| 1,000원| 조회(446)

강유전체, FeRAM, 강유전체 특징, 강유전체 실험

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PTC Thermistor

◎ Thermistor란?Thermistor( Thermally sensitive resistor )→ 온도의 변화에 따라 저항이 변하는 센서1) NTC Thermistor (?Negative Temperature Coefficient Thermistor )2) PTC Thermistor ( Positive Temperature Coefficient Thermistor )● 온도와 저항에 따른 Thermistor 특징→ NTC Thermistor : 온도에 따라 저항이 감소하는 형태→ PTC Thermistor : 온도에 따라 저항이 증가하는 형태◎ PTC Thermistor의 원리- PTC Thermistor는위에 소량의 rare earth element doping하여 전도성을띄게 하는 N형 반도체- 특정 온도에서 저항이 급격히 증가하는데 이는 특정 온도 이하에는tetragonal 구조를 가지지만 이상의 온도에서 Cubic 구조를 가지는 특성이 있기 때문이다.- 이러한 특정 온도(Curie Temperature)는 Pb, Sr같은 원소를 첨가함으로써 바꿔줄 있다.- BaTiO 에서일부를또는같은 3가 이온으로 치환하거나일부를또는등으로 치환해주면 다음과 같은 반응으로 반도체화가 되어 전류가흐르게 된다.- 그러므로 위 반응을 통해서 Ti의 3d conduction에 자유전자가 존재하게 되므로 반도체 성질을 띄게 된다.◎ PTC의 개요● PTCR 현상 : 특정온도 이상에서 급격하게 저항이 증가하는 현상● BaTiO3계 세라믹스 PTCR 재료● 일반적인 PTCR 소자용 재료로서 상온에서는 반도체이나 특정온도(Curie Temperature)이상에서 절연체로 전이하는 특성을 응용● PTC Thermistor의 여러 가지 특성PTC의 주위 온도 변화에 따른 전기 저항을 측정하면왼쪽의 그림과 같은 저항-온도 특성 그래프가 구해진다. 이 그래프에서 보면 저항 값이 급격히 증가하는온도 점이 있는데 이 온도를 급변 온도(Switching 온도) 또는 큐리 온도라고 한다.PTC에 전압을 인가한 후, 서서히 증가시키면 자체발열에 의해 큐리 온도까지 도달하게 되고 큐리 온도가지나면 전압의 증가에 따라 전류가 감소하는 현상이 나타난다. 이것을 부성전류 특성이라고 하는데 왼쪽의 그림은 부성전류 특성을 log로 그린 그래프이다. 그림에서 보듯이 부성전류 영역은 정전력 특성을 나타내게 된다. 단, 소자에 인가하는 전압을 어떤 point 이상으로높인다면, 전류 값도 급격히 증가하여 break down에이르게 된다. 이것을 파괴 전압(Break Down Voltage)라고 한다.PTC에 일정 이상의 전류가 지속적으로 흐르면 자체발열에 의해 큐리 온도에 도달하게 되고, 그 때에 저항이 급격히 증가하게 되어 전류를 제한하는 작용이일어난다.◎ PTC의 응용● TV - degaussing- 컬러 TV 브라운관에서 PTC Thermistor 특성을 이용해서 자기에 의한 색의 얼룩을지움 브라운관의 Shadow Mask 주변 샤시 및 금속 등이 쉽게 자화되어 자계와 지자계의합성자계가 CRT내의 전자 Beam을 쏠리게하기 때문에 지자계 영향을 받지않도 자기Shield 하거나 착자된 금속은 소자할 필요가 있다. 고화질해상도를 위하여 칼라 TV,모니터는 소량의 잔여 전류을 단계적이 대칭적으로 감소시킨 강한 교류자장에의해 Degaussing 되어야한다. 이것은 디가 우싱회로에 PTC Thermistor 연결함으로써가능하다.● Constant - temperature heater- PTC 써미스터는 전류가 흘러서 온도가 올라가면 어떤 일정한 온도에서 갑자기 저항이 증가하여 전류를 억제하는 특성이 있다 . 또한 전류가 흐르면 온도가 상승하는 heater에도 이용할 수 있는데 일정한 온도까지 올라가면 류가 억제되는 ‘자동 제어용’ 정온도발열체 (Constant temperature heater)로 사용할 있다. 이것은 그 온도에 맞는 것만쓰면 되기 때문에 전자 모기살충기 , 헤어 드라이어 , 전기밥 , 커피포트 , 히터 등에광범하게 사용되고 있다.◎ Thermistor의 전망과 미래- 산업전반에 걸쳐 온도의 정확한 측정과 관리는 매우 중요하다.- Thermistor는 공업, 의학, 우주, 자원탐사, 해양개발, 방재, 공해감시(환경) 등 )산업용에서부터 민생용까지 응용범위가 매우 넓고 갈수록 확대되고 있다.- 이상적인 온도센서는 측정범위가 넓고 정확하며 소형으로 값이 싸야함- 하지만 이러한 센서는 현실적으로 존재하지 않기 때문에 사용자는 용도에 맞는 것을선택하여 사용할 수밖에 없음- 그러므로 최근에는 비교적 정밀성이 크게 요구되지 않고 다량으로 사용되는 곳에는

공학/기술| 2012.11.15| 4페이지| 1,000원| 조회(367)

PTC, Thermistor, PTC Thermistor, PTC 응용

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Auger Electron Spectroscopy(AES) 분석장비에 대하여 평가A+최고예요

Surface Analysis A uger E lectron S pectroscopy (AES) X- 선 공학 및 설계 2 조 신소재공학과 배순종Auger Electron Spectroscopy (AES) 의 정의 AES 구성도 AES 의 원리 AES 의 특징 AES 의 분석 및 적용 AES 의 장 단점 목 차Auger Electron Spectroscopy (AES) AES (Auger Electron Spectroscopy) 수백 Å 크기의 Electron beam 을 재료의 표면에 입사  방출되는 Auger electron 의 에너지를 측정하여 재료표면 을 구성하고 있는 원소의 종류 및 양을 분석 해내는 표면분석 장비이다 .Schematic diagram of AES 구성도 Schematic diagram 1. Electron gun 으로 Target 전자를 쏨 2. Auger electron 발생 3. 발생한 에너지를 통해 분석Principles of the Auger process (AES) 의 원리 Incident particle - Electron, X-ray Emission ( 안정화 ) - Auger electron, X-ray fluorescence  2KeV 이하의 낮은 결합에너지의 경우에는 Auger electron emission 지배적임 . ① ② hole ③ ④Principles of the Auger process (AES) 의 원리 KL 1 L 1 Auger transition: 1. K 레벨에 홀 생성 2. L 1 레벨의 전자가 채움 3. 동시에 , 다른 L 1 레벨의 전자가 선출됨 . LM 1 M 1 Auger transition : 1. L 1 에서 홀 발생Surface Sensitivity ( 특징 ) 표면선택성 (Surface Sensitivity) 투과거리가 긴 x-ray 는 표면이하 깊은 곳에서 발생해도 표면 밖으로 나올 수 있지만 대부분의 Auger 전자는 짧은 투과거리 때문에 표면 근처에서 발생하는 것만 초기의 에너지를 보유한 체 밖으로 나올 수 있다Principles of the Auger process (AES) 의 원리 KE of each Auger electron : Core hole ionization of K electron BE in O =532eV(E A ) BE of L 1 electron in O =24eV(E B ) BE of L 3 electron in O =7eV(E C ) Auger electron KE( KLL )in O=532-24-7=501eVPrinciples of the Auger process (AES) 의 원리AES 분석 원소의 정성 및 정량분석 (Auger peak) 2 차전자를 이용한 표면관찰 (SEM) Depth profiling(Ion beam) line scan Image mapping정성분석 정량분석 AES 분석AES 분석 수직분포 분석 (Depth Profiling) - 시료 표면에 에너지가 큰 불활성기체로부터 발생시킨 양이온 ( Ar +) 를 충돌 . 표면을 분당 수 ~ 수십 Å 씩 깎아 내면서 수 천 Å 까지의 깊이에 따른 조성변화와 화학 적 상태 변화를 분석하는 방법Depth resolution ( 영향요인 ) 기기적 인자 내부잔류 gas 로 부터의 흡착 식각된 물질의 재침전 이온빔의 impurities 이온빔으로부터의 neutrals 이온빔 intensity 의 불균일성 시간에 따른 이온빔 intensity 의 변화 시료표면의 roughness 시료 결정의 방향 및 결함 성분마다 다른 sputtering yield Atomic mixing 시료 원자들의 확산이나 분리 , 결합 Sample적용범위 및 장 단점 주요적용범위 표면 ( 수 Å) 에 대한 조성 분석 박막의 깊이방향 원소분석 (depth profiling) 미소부위 조성분석 (point analysis) 이차원적인 원소분포도 측정 (image mapping) line scanning 표면선택성 우수 (~25Å) 평면 분해능이 우수 ( 전자빔의 집속 ~ 수백 Å) 깊이에 따른 조성 및 결합상태 분석 검출한계 (0.1at%) 이하 농도 분석이 어려움 Bulk 절연체의 분석이 어려움 (Charging effect) 장점 및 단점장점 XPS 에 비해 깊이 방향의 분해능이 좋다 . 최소 분석 영역이 수 nm 로 미세한 영역의 분석이 가능하다 . 스펙트럼을 짧은 시간에 얻을 수 있어 시료표면에 있는 원소의 농도를 빨리 알아내는데 편리하다 . 스캐닝 머신을 이용하면 이차원적인 분포 사항을 알 수 있다 . 단점 Charge up 의 영향이 크다 신호 대 잡음비가 좋지 않다 . E-beam 조사에 의한 시료 손상이 상대적으로 크다 XPS 에 비해 화학적 상태 분석에는 많이 사용하지 않는다 . 1. 미세한 영역의 분석 가능 2. 빠른 분석 가능 1. Charge up 현상 2. 신호 대 잡음비가 좋지 않다 AES 와 XPS 비교장비 입사광 측정신호 분석깊이 최소분석면적 원리 취득정보 XPS 특성 X- 선 광전자 10~100Å 100㎛ 광전자의 측정으로 에너지 준위 결정 화학결합상태 , 원소분석 UPS 자외선 광전자 수십 Å 100㎛ 광전자의 측정으로 에너지 준위결정 진동주파수 , 화학결합상태 AES 전자 Auger 전자 20~60Å 20nm Auger 전자의 측정에 의한 원소분석 표면원소분석 SIMS 이온 2 차이온 50~300Å 1㎛ 2 차이온에 의한 질량분석 표면층의 고감도 원소분석 ISS 이온 산란이온 1nm 1mm 일정각도로 산란된 이온의 측정 표면 원소분석 SEM 전자 2 차전자 , X- 선 100Å 10Å 가속전자에 대한 2 차전자나 X- 선 표면의 형상 , 원소조성 TEM 전자 투과전자 50Å 10Å 투과전자의 세기에 따른 명암 영상 격자구조 , 결함의 관찰 STEM 전자 투과전자 , X- 선 10Å 3Å 투과전자의 방출 X- 선의 영향 미소영역의 화학조성 RBS He, H 입자 산란이온 20~200Å 1mm 후방산란된 이온의 세기 측정 정성 , 정량분석 LEED 전자 산란전자 수원자층 수백㎛ 표면 2 차원 격자에 의한 산란 표면구조 , 흡착원자 배열 EPMA 전자 X- 선 1㎛ 1㎛ 특성 X- 선에 의한 원소분포 원소 정량 SAM 전자 Auger 전자 10~100Å 0.1㎛ 방출된 Auger 전자로 영상 구성 화학성분 분포 측정 대표적인 분석방법 AES : Auger electron Spectroscopy SAM : Scanning Auger Microscopy RBS : Rutherford Backscattering Spectroscopy XPS : X-ray Photoelectron Spectroscopy (ESCA) STEM : Scanning Transmission Electron Microscopy SEM : Scanning Electron Microscopy 표면분석 금속 ( ~ 20Å), 유기물 , 고분자물질 ( ~ 100Å) 의 표면과 계면의 구성원소 및 화학적 결합상태 , 에너지 준위 등을 알아내는 기술{nameOfApplication=Show}

공학/기술| 2012.10.21| 16페이지| 1,000원| 조회(1,426)

AES, 표면분석, 표면분석장비, Auger, 오거, 오제이, XPS비교

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