강유전체 원리와 응용

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세라믹스 물성학 리포트 입니다.

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강유전체는 1921년에 처음으로 로셀염이 갖는 강유전성, 즉 “전기장에 의하여 분극을 일으키고 전계를 제거한 후에도 그 분극상태를 유지하는” 성질이 발견되었다. 1920-1950년대에서는 이러한 강유전성이 로셀염 외에 극히 특수하게 한정된 물질에서만 나타나는 특성이라고 생각되었으나 연구자가 증가함에 따라 수백이 넘는 강유전체 물질이 발견되기에 이르렀다. 1960년대에 강유전체의 이론이 확립되었으며 1970년대에 이르러 미국을 중심으로 강유전체를 반도체 메모리 소자에 적용하고자하는 연구가 진행되었다. 1980년대가 되면서 급격히 발전하였으며, 1990년대에 이르러 저전력 및 고속이면서 아울러 비휘발성을 갖는 소자의 개발에 적용되어지고 있다.
강유전체의 강유전성은 재료의 결정구조에 의하여 나타나는 전기적 성질이 주요인이 된다. 아래 Fig. 1. 은 대표적인 강유전체인 ABO3 perovskite 결정구조를 나타내고 있다. 여기서 A 는 이온 반경이 큰 이온, B 는 이온 반경이 작은 이온, O 는 oxygen 이다. 그림에서 B-site 이온은 단위격자의 중심에 위차하지 않고, 양전하와 음전하의 중심이 일치하지 않기 때문에 단위격자는 0 이 아닌 net charge를 가지게 된다. 또한 강유전체는 상전이 온도(Curie temperature)를 가지는데, 이 온도 이상에서는 paraelectric phase, 이하에서는 ferroelectric phase를 보인다. 이러한 강유전체의 결정구조에 따라 나타나는 특성 중 중요한 것은 바로 히스테리시스 곡선이다. 자발분극의 역전현상에 의한 D-E 이력곡선을 보이는 특징과 함께 압전성(piezoelectric)과 초전성(pyroelectric)을 보인다.

참고 자료

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