• 한국세라믹학회지
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• 제47권4호
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• pp.333-337
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• 2010

Domain structure and polarization switching in (001)-oriented $Pb(Mg_{1/3}Nb_{2/3})O_3-x%PbTiO_3$ (PMN-x%PT) crystals for x=20 and 35at% have been investigated in-situ by scanning force microscope (SFM) in a piezoresponse mode under a step DC electrical voltage. In the initial annealed condition, polar nano domains (PND) and domain striations oriented along {110} were observed in x=20 and x=35, respectively. For x=20, domain switching occurs by heterogeneous nucleation, where nucleation is not confined in the vicinity of domain boundaries, but rather can occur throughout the crystal volume. However, for x=35, domain switching tends to be preferentially initiated near pre-existing twin boundaries. With increasing the applying voltage, the nuclei density increased and assembled into {110} striations, indicating a stress-accommodated domain growth process. At higher voltage, nucleation occurs heterogeneously throughout the crystal volume.

• 한국재료학회지
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• 제9권1호
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• pp.81-85
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• 1999

Polarization and strain induced by unipolar electric field (P\ulcorner, S\ulcorner), those induced by bipolar electric field (P, S) and remanent polarization (P\ulcorner) were investigated in 0.9Pb(Mg\ulcornerNb\ulcorner)O$_3$-$0.1PbTiO_3$relaxor ferroelectric ceramics in the temperature range of $-50^{\circ}C$~$90^{\circ}C$. From the temperature dependence of polarization and strain, the transition from predominantly paraelectric (electrostrictive) to partially ferroelectric (piezoelectric) is visualized. Under the given temperature, the P\ulcorner/P\ulcorner is always larger than the S\ulcorner/S\ulcorner and the difference between them becomes larger ass the temperature decrease. The S\ulcorner/P\ulcorner increases as the temperature decreased below phase transition temperature. It was suggested that these experimental results might be explained with a simple rigid ion model concentrating on BO\ulcorner octahedron.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 1999년도 제17회 학술발표회 논문개요집
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• pp.85-85
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• 1999

Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-PbTiO3 (PMN-PT)는 높은 유전율로 인해 강유전체 메모리 소자의 응용을 위한 연구가 되고 있으며 또한 전왜(electrostrictive)성을 갖고 있어 이력현상을 갖지 않음으로 최근 들어 미세전기기계소자(MEMS)로의 연구가 활발히 되고 있다. 본 연구에서는 MEMS 소자로서의 응용을 위해 저응력 SiNx가 형성된 Si 기판위에 Pt 전극 혹은 산화물 전극 SrRuO3를 갖는 PMN-PT 박막 캐패시터를 제조하였다. 박막 하부의 구조는 금속전극의 경우 Pt/Ti/LTO/SiNx/Si이고 산화물전극은 SrRuO3/Ru/SiNx/Si의 구조를 갖는다. PMN-PT 박막은 alkoxide를 기반으로 회전 coating 방법을 사용하여 박막 하부층의 변화를 주어서 성장시켰다. PMN-PT 용액의 합성은 분말합성법에서 사용하는 columbite 방법을 응용하여 상대적으로 반응정도가 낮은 Mg를 Nb와 우선 반응하여 Mg-Nb solution을 얻고 Pb-acetate 용액과 합성하여 PMN을 제조한 후 PT를 반응시켜서 제조하였다. PMN-PT 박막에서 동일한 공정조건 하에서 박막 하부층의 구조에 따라서 PMN-PT 박막의 조성이 A2B2O6의 조성을 가지는 파이로클러어상이 형성되거나 또는 ABO3인 페로브스카이트상이 형성되는 것을 관찰하였다. 금속 전극인 Pt를 하부전극으로 사용한 경우는 혼재상이 형성되어 패로브스카이드 PMN-PT를 얻기 위해 seed layer로서 PbTiO3를 사용하였으며 이러한 seed layer 위에 형성된 PMN-PT를 형성하는 경우 rutile 구조인 RuO2 위에 성장시킨 PMN-PT는 파이로클로어와 페로브스카이트의 혼재상이 얻어졌으나 pseudo-perovskite 구조인 SrRuO3 박막 위에 형성된 PMN-PT 박막에서는 페로브스카이트가 주된 상으로 얻어졌다. 즉 하부층(전극 또는 seed layer)으로 perovskite 구조를 갖는 박막을 형성하게 되면 페로브스카이트를 갖는 PMN-PT 박막을 얻을 수 있었다. 전기적인 특성은 상부전극으로 Pt를 사용하여 HP 4194A로 측정을 하였다. PT seed layer를 포함한 PMN-PT 박막은 유전상수 1086과 유전손실 2.75%을 가졌다.

• 한국전기전자재료학회:학술대회논문집
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• 한국전기전자재료학회 2009년도 추계학술대회 논문집
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• pp.77-77
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• 2009

$Pb(Zr,Ti_O_3$계 세라믹스는 우수한 압전 특성으로 인하여 압전변압기 및 액츄에이터, 센서 등 많은 분야에 응용이 되어져 왔다. 그러나, 최근 들어 $1000^{\circ}C$에서 급속도로 많은 휘발을 하는 PbO는 환경 및 인체에 나쁜 영향을 미칠 뿐 아니라 사용 후의 처리도 어려워 선진국에서는 사용을 제한하거나 줄이고 있는 추세에 있다. 따라서, PbO를 포함하지 않은 무연 (Lead-free)계 압전 세라믹스에 대한 연구가 많은 관심을 끌고 있으며 앞으로는E 장래성 있는 하나의 이슈 분야가 될 것이다. 이러한 Pb-based System 세라믹스를 대체 할 재료로서 $(Bi_{1/2}Na_{1/2})TiO_3$나 Tungsten-Bronze type, $(K_{1/2}Na_{1/2})NbO_3$ 등이 주로 연구가 되고 있다. 특히, alkali niobate를 기초로 한 $(K_{1/2}Na_{1/2})NbO_3(NKN)$은 무연 압전 물질로서 많은 주목을 받고 있다. 그러나, NKN의 주요 성분인 K 의 높은 조해성 때문에 일반적인 고상방법으로는 고 밀도의 세라믹을 얻기 힘들뿐더러 낮은 상전이 온도 때문에 많은 응용에는 제약이 되고 있다. 이러한 세라믹의 단점을 보완하고자 Hot forging, RTGG, SPS 등 과 같이 특수한 소결방법을 사용하여 고밀도의 세라믹을 제작하지만 이 방법들은 제품 대량 생산에 있어 경제적으로나 복잡한 제조과정을 고려할 때 매우 비효율적이라고 판단된다. 그러므로 $BaTiO_3$, $LiTaO_3$, Mg, Ca등을 첨가 시켜 소결을 향상시키고 고밀도를 얻기 위해 많은 연구가 진행 중이다. 따라서 본 연구에서는 Pb-based계의 세라믹스를 대체할 우수한 특성의 세라믹스를 제작하고자 기존의 $(K_{1/2}Na_{1/2})NbO_3(NKN)$세라믹스에서 낮은 용융온도 때문에 소결하기 어려운 $KNbO_3$를 제거한 $NaNbO_3$에 $LiNbO_3$와 $BaTiO_3$를 추가한 $NaLiNbO_3-BaTiO_3$세라믹스에 $K_4CuNb_8O_{23}$(KCN)을 첨가함으로서 이에 따른 압전 및 유전 특성을 조사하였다.

• 한국전기전자재료학회:학술대회논문집
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• 한국전기전자재료학회 1994년도 춘계학술대회 논문집
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• pp.5-8
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• 1994

In this paper, Dielectric and strain properties of (1-x-y)PMN-yPT-xST Ceramics hale been investigated as a function of the amount of SrTiO$_3$(ST). The SrTiO$_3$ content is ranged from 0.01-0.05(wt%). As the amount of ST is increased, dielectric constant has a maximun value at 0.05 mol% composition. The Curie temperature is decreased linearly with increasing ST composition and Polarization properties have been investigated. Coercive field and remnant polarization has a maximum value at 0.01mo1% composiion.

• 한국세라믹학회지
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• 제43권11호
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• pp.680-687
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• 2006

An overview is given to optimize the solid state processes toward phase pure and well-crystallized fine particulates of mixed oxides, serving as electroceramic materials in various genres. Elevation of the reactivity and preservation of stoichiometry of the starting mixture are of universal importance. Mechanical activation is versatile for these purposes, particularly when an oxygen atom as a hinge promotes formation of hetero-bridging bonds between dissimilar cationic species prior to calcination. Case studies carried out recently in the author's laboratory are displayed and compared for ferroelectric materials, i.e. $PbMg_{1/3}Nb_{2/3}O_3$ $xPbTiO_3$(PMN-PT), $(1-y)Pb(Zn_xMg{1-x})_{1/3}$ $yNb_{2/3}O_3$ (PZN-PMN), $BaBi_2Ta_2O_9$ (BBT), $Ba(Mg_{1/3}Ta_{2/3})O_3$ (BMT), and ferromagnetics, i.e. M-, Y-, and Z-phases of Ba-hexaferrites.

• 대한전기학회:학술대회논문집
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• 대한전기학회 1994년도 하계학술대회 논문집 C
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• pp.1466-1468
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• 1994

In this paper Dielectric and strain properties of (1-x-y)PMN-yPT-xST Ceramics have been investigated as a function of the amount of $SrTiO_3(ST)$. The $SrTiO_3$ content is ranged from 0.01-0.06(wt%). As the amount of ST is increased, dielectric constant has a maximum value at 0.05 mol composition. The Curie temperature is decreased linearly with increasing ST composition and Polarization properties have been investigated. Coercive field and ramnant polarization has a maximum value at 0.01mol composition.

• 한국결정성장학회지
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• 제10권2호
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• pp.134-139
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• 2000

40PMN-30PT-30PMW의 조성을 갖는 유전체를 제조함에 있어, 유전율의 감소를 줄이고 유전율의 온도의존성을 향상시키기 위하여, PMN-PT를 먼저 합성한 다음, PbO와 $WO_3$ 화합물인 $PbWO_4$와 반응시켜 소결체를 얻는 방법을 사용하였다. 유전율은 소결체의 밀도에 크게 영향을 받고 있으며, $950^{\circ}C$ 이상에서는 소결온도가 증가함에 따라 PbO의 휘발에 의하여 밀도와 유전율이 감소하였다. 상온에서의 최대 유전율은 $950^{\circ}C$에서 고결한 경우 약 24,000을 나타냈으며, 이때의 유전손실을 3%이었다. 유전율의 온도에 따른 변화율은 소결온도가 증가함에 따라 $1000^{\circ}C$ 이상에서는 구 대의 상전이 온도를 나타내며 감소하였다. 온도에 따른 유전율의 변화율은 $1150^{\circ}C$에서 소결한 시편의 경우 $-55^{\circ}C{\sim}125^{\circ}C$ 범위에서 -37~0%로 가장 우수한 값을 나타냈으며, 유전율은 상온에서 9,900이었다.

• 한국전기전자재료학회논문지
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• 제19권5호
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• pp.417-421
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• 2006

In this study, in order to develop low temperature sintering piezoelectric ceramics for LTCC (Low-Temperature Cofired Ceramic) multilayer piezoelectric actuator, PMW-PMN-PZT ceramics using $0.2wt%\; Li_2CO_3$ and $0.25wt%\;CaCO_3$ as sintering aids were investigated according to the varation of PMW substution. Composition ceramics could be sintered at $900^{\circ}C$ by adding sintering aids. As the amount of PMW substitution increased, the crystal structure of PMW-PMN-PZT ceramics moved from tetragonal phase to rhombohedral phase gradually, and MPB(Morphotrophic Phase Boundary) region appeared at 2 mol% PMW substitution. At the sintering temperature of $900^{\circ}C$, the density, electromechanical coupling factor(kp), mechanical quality factor(Qm), dielectric constant(${\epsilon}r$), piezoelectric constant(d33) and Curie temperature(Tc) of 2 mol% PMW substituted PMW-PMN-PZT ceramics showed the optimal values of $7.88g/cm^3$, 0.58, 1002, 1264, 352 pC/N and $336^{\circ}C$, respectively, for LTCC multilayer piezoelectric actuator application.

• Transactions on Electrical and Electronic Materials
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• 제6권5호
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• pp.202-209
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• 2005

Phase evolution, microstructure and the electrical properties such as $k_p$ and $Q_m$ of $Pb(Mg_{1/3}Nb_{2/3})O_3[PMN]-Pb(Mn_{1/3}Nb_{2/3})O3[PM'N]-PbZrO_3[PZ]-PbTiO_3[PT]$ quaternary system were investigated within the compositional ranges $0{\leq}y{\leq}0.125$, y+z=0.125, and $0.39{\leq}x{\leq}0.54$ of the formula $Pb_{0.97}Sr_{0.03}[Mg_{1/3}Nb_{2/3})_y\;(Mn_{1/3}Nb_{2/3})_z\;(Zr_{x}Ti_{1-x})_{1-(y+z)}]O_3$. In the case of increasing Mn/(Mg+Mn) ratio for a fixed Zr/Ti ratio of 47.5/52.5, phase relation remained unchanged but the grain size drastically decreased, and the electrical properties changed as following: both $k_P$ and $Q_m$ reached the peak values at $Mn/(Mg+Mn)\cong0.3l7$ and gradually decreased; $\varepsilon33^T$ showed a monotonic decrease; P-E hysteresis loop gradually changed to asymmetrical one, and $E_i$ increased in correspondence. With increasing Zr/Ti ratio for a fixed Mn/(Mg+Mn) ratio of 0.317, on the contrary, the cell parameter $(\alpha^2c)^{1/3}$ gradually increased, and tetragonal-rhombohedral morphotropic phase boundary appeared in the range of $51/49{\leq}Zr/Ti{\leq}54/46$. the meantime, the grain size substantially increased, and the electrical properties changed as following: $k_P$ and $\varepsilon33^T$ reached peak values at Zr/Ti=51/49 and 48/52, respectively, and then gradually decreased; change of $Q_m$ was adverse to $k_P$; both $E_C\;and\;E_i$ considerably decreased while $P_S$ moderately increased. For the system 0.125(PMN+PM'N)-0.875PZT studied, the composition Mn/(Mg+Mn)=0.3l7 and Zr/Ti=51/49 revealed some promising electrical properties for piezoelectric transformer application such as $k_P=0.58,\;Q_m\cong1000$, and $\varepsilon^T_{33}=970$, as well as dense and fine-grained microstructure.