Tm2O3가 첨가된 MLCC용 BaTiO3 유전체의 전기적 특성 및 열화거동
Electrical properties and degradation behavior of Tm2O3 doped barium titanate ceramics for MLCCs
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초록
Tm 도핑에 따른 BaTiO3 ceramics의 전기적 특성과 열화 거동에 미치는 영향에 대하여 core-shell 형성과 가속열화시험에 의한 미세화학변화의 관점에서 연구하였다. Tm2O3를 첨가하지 않은 BaTiO3와 1 mol%를 첨가한 BaTiO3를 펠렛과적층 형태의 시편으로 각각 제조하였다. 1 mol% Tm2O3가 첨가된 유전체 시편의 유전상수는 Tm2O3를 첨가하지 않은 시편에 비해 약 40 % 높게 나타났고 X7R 조건을 만족하였다. 절연저항 또한 1 mol% Tm2O3가 첨가된 시편은 5.43 × 1010Ω으로Tm2O3를 첨가하지 않은 시편의 1.11 × 1010Ω보다 높게 나타났다. 이는 Tm 3+이온이 Ba site와 Ti site에 선택적으로 치환되고 유전체 미세조직 내에 core-shell 구조를 형성하여 전기적 특성을 향상시킨 것으로 설명된다. 각각의 조성에 따라 제조된적층 시편의 150oC, 70 V, 24시간 가속열화시험결과에 따르면, 1 mol% Tm2O3가 첨가된 BaTiO3는 첨가되지 않은 시편에 비해 전극 층으로의 산소확산이 감소됨을 확인하였고, 이는 Tm 3+이온의 Ti site 치환에 의해 발생한 산소공공이 Ni 전극과반응할 수 있는 과잉 산소를 줄여주기 때문으로 판단된다.
Abstract
The doping effect of thulium on electrical properties and degradation behavior in barium titanate ceramics (BaTiO3) was investigated in terms of generations of core-shell structure and micro-chemical changes through highly accelerated degradation test. The dielectric specimens of pellet type and multi-layered sheets were prepared by using BaTiO3 with undoped and doped with 1 mol% Tm2O3. The BaTiO3 ceramics doped with 1 mol% Tm2O3 had 40 % higher dielectric constant (ε = 2700) than that of the undoped BaTiO3 specimen at curie temperature and met X7R specification. According to the result of highly accelerated degradation test conducted at 150oC, 70 V, and 24 hr, the oxygen diffusion was declined in dielectrics doped with 1 mol% Tm2O3. The Tm 3+ion substituted selectively Ba site and Ti site and contributed to the generation of the core-shell structure. Oxygen vacancies occurred by substitution for Ti site could reduce excess oxygen that reacted to the Ni electrode.
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