켄텍·삼성전기, MLCC 첨가제 '원자 자리' 분석 정밀 규명

첨가제 원자 분석…"고신뢰 전자부품 설계 전환점"

삼성전기 정혜진 연구원 (왼쪽), KENTECH 오상호 교수 (오른쪽) (사진=켄텍 제공) [email protected] *재판매 및 DB 금지

[광주=뉴시스]이창우 기자 = 스마트폰과 전기차 등에 쓰이는 핵심 전자부품인 적층세라믹커패시터(MLCC)의 성능과 수명을 좌우하는 첨가제의 '원자 자리'를 정밀하게 규명하는 분석 기술을 국내 공동 연구진이 개발했다.

눈에 보이지 않는 원자 수준의 미세한 차이를 정량 분석할 수 있는 길이 열리면서 차세대 전자소자 설계 경쟁력 강화로 이어질지 주목된다.

26일 한국에너지공과대학교(KENTECH·켄텍)에 따르면 오상호 교수 연구팀이 삼성전기와 공동연구를 통해 MLCC 핵심 소재 내부 첨가제가 결정 구조 내 어느 원자 자리를 얼마나 점유하는지 원자 단위에서 정량 분석하는 방법을 개발했다.

MLCC는 전류 흐름을 안정적으로 제어하는 부품으로 스마트폰, 전기차, 서버, 가전제품 등 거의 모든 전자기기에 사용된다.

성능 향상을 위해 바륨타이타네이트(BaTiO3) 기반 세라믹 소재에 희토류 원소 등 다양한 첨가제를 넣고 있다.

같은 첨가제라도 결정 구조 안에서 바륨(Ba) 자리 또는 티타늄(Ti) 자리에 들어가는 위치에 따라 전기적 특성과 내구성이 달라진다.

하지만 첨가제가 실제 어떤 자리를 점유하는지 정확히 파악하는 것은 쉽지 않았다.

원자 단위 주사 투과 전자현미경-X선 분광분석(STEM-EDS)으로 관찰은 가능했지만, 전자빔이 특정 원자 열에 집중되는 '채널링(channeling)' 현상 탓에 실제보다 특정 위치에 첨가제가 과도하게 존재하는 것처럼 보이는 왜곡이 발생했기 때문이다.

공동연구팀은 실험 결과와 물리 기반 시뮬레이션을 결합해 이 한계를 극복했다.

연구팀이 산업용 MLCC 시료 3종에 해당 기술을 적용한 결과 희토류 첨가제인 디스프로슘(Dy)은 바륨 자리와 티타늄 자리를 모두 점유했으나 바륨 자리에 들어가는 비율이 약 2배 높은 것으로 나타났다.

또 소자의 성능 차이는 단순한 첨가 위치뿐 아니라 첨가량과 결정 내부 미세구조에서의 분포 범위와도 밀접한 연관성이 있는 것으로 분석했다.

연구를 총괄한 오상호 교수는 "이번 연구는 MLCC 핵심 소재에 들어간 첨가제가 실제로 어느 원자 자리를 얼마나 점유하는지 원자 단위로 정량 분석할 수 있는 길을 제시했다"며 "그동안 원자분해능 분석의 한계로 지적돼 온 전자빔 채널링 왜곡을 물리 기반 시뮬레이션과 보정 기법으로 해결한 것이 핵심"이라고 말했다.

삼성전기 정혜진 연구원은 "첨가제 거동을 정밀하게 해석할 수 있는 기반이 마련된 만큼 차세대 MLCC 개발 경쟁력 강화에 기여할 것으로 본다"고 밝혔다.

이번 연구 결과는 재료공학 분야 국제학술지인 Acta Materialia에 실렸다.


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