0000
3.30763E-10
0.0067
930000
3.149E-10
0.02345
110000
3.30175E-10
0.006875
940000
3.149E-10
0.0236
120000
3.29588E-10
0.007075
950000
3.149E-10
0.02375
130000
3.29E-10
0.007275
960000
3.14313E-10
0.023925
140000
3.28413E-10
0.0075
970000
3.14313E-10
0.024075
150000
3.27825E-10
0.007725
980000
3.14313E-10
0.024225
160000
3.27825E-10
0.00795
990000
3.14313E-10
0.024375
170000
3.27238E-10
0.008175
1000000
3.14313E-10
0.024525
5) 유전율
C=ε
A
※ C : 정전용량, ε : 유전율
d
A : 상부전극의 단면적, d : 상부전극의 두께
상부전극의 지름이 750um 이고 SBT의 증착 두께가 500nm 이므로,
∴ A / d = 8.8351×108nm = 8.8351×10-1m 이다
정전용량의 값은 여러개 있으나 그 변화차이가 극히 적기 때문에 처음 중간 끝의 자료만 대입하겠다.
10000Hz 일때, ε = 1.0545×10-9F / 8.8351×10-1m = 1.1935×10-9F/m
510000Hz 일때, ε = 1.0318×10-9F / 8.8351×10-1m = 1.1678×10-9F/m
1010000Hz 일때, ε = 1.0222×10-9F / 8.8351×10-1m = 1.1569×10-9F/m
우리가 구할려고 하는 값은 εr 이므로 다음 식에 대입한다.
ε=εoεr εo = 진공유전율 = 8.85×10-12F/m, εr = 비유전율
10000Hz 일때, εr = (1.1935×10-9F/m) / (8.85×10-12F/m) = 134
510000Hz 일때, εr = (1.1678×10-9F/m) / (8.85×10-12F/m) = 131
1010000Hz 일때, εr = (1.1569×10-9F/m) / (8.85×10-12F/m) = 130
∴비유전율 = 130~134
6) RTA 열처리 유무에 따른 유전율 비교
열처리 하지 않았을 때의 εr을 위와 같은 방법으로 구해보자
10000Hz 일때, ε = 3.525×10-10F / 8.8351×10-1m = 3.9897×10-10F/m
510000Hz 일때, ε = 3.196×10-10F / 8.8351×10-1m = 3.6173×10-10F/m
1000000Hz 일때, ε = 3.1431×10-10F / 8.8351×10-1m = 3.5575×10-10F/m
우리가 구할려고 하는 값은 εr 이므로 다음 식에 대입한다.
ε=εoεr εo = 진공유전율 = 8.85×10-12F/m, εr=비유전율
10000Hz 일때, εr = (3.9897×10-10F/m) / (8.85×10-12F/m) = 45.08
510000Hz 일때, εr = (3.6173×10-10F/m) / (8.85×10-12F/m) = 40.87
1000000Hz 일때, εr = (3.5575×10-10F/m) / (8.85×10-12F/m) = 40.19
∴비유전율 = 40.19~45.08
위와 같이 RTA 열처리 유무에 따른 유전율은 약 3.2배 차이를 보인다
토의 및 감상
이번 실험의 직접 강유전체를 만들어 보고 그 유전체의 유전율을 구하는 실험 이였다. 그리고 열처리의 유무에 따른 유전율 비교를 하는 것도 목적이었다. 이론적으로 유전체의 정상 유전율은 100~150 사이이다. 위 실험 결과에서 보듯이 우리조의 유전체는 정상적으로 거동을 나타내고 있다. 하지만 열처리를 하지 않은 시편의 유전율은 1/3배나 작게 나왔다. 유전율이 좋다는 말은 전기장 내에 물체(혹은 공간)을 놓았을때 전하가 잘 유기 된다는 말이다. 하지만 유전율이 안 좋게 되면 유전체로써의 기능은 적어지게 된다. 열처리의 목적은 강유전상이 나타나게 하기 위해서이다. 즉, 강유전상을 나타나게 할 수 있는 온도가 필요하다. (상부전극 후의 열처리목적은 쇼트를 방지 하기위해서이다.)
또한 그래프 분석을 통해 정전용량이 줄어들면 유전율도 낮게 나온다. 그럼 유전율을 최대로 할려면 어떻게 해야하는가? SBT의 두께를 최소로 하고 상부전극(Pt)의 단면적을 크게 해야 한다. 하지만 단면적은 크게 할 수는 없다.
그 이유는 상부전극을 올릴때 Pt를 도트 타입으로 증착시킨다. 만약 SBT까지는 성공적으로 증착시켰다고 가정해보자 하지만 Pt를 단 하나 증착 시켰는데 그게 잘못됐다면 그 시편 전부를 버리게 된다. 그러한 것을 방지하기 위해서 Pt를 도트타입으로 증착시켜서 유전율이 가장 잘나오는 부분을 찾는 것이다. 그리고 증착 공정에서 진공을 만드는 이유는 증착시 기체(불순물)가 있으면 순수한 기판을 만들지 못하기 때문이다.
보통 세라믹인 SiO2 와 금속인 Pt는 접합이 잘안된다. 하지만 Ti를 증착 시킴으로써 SiO2와 Pt를 잘 접합하게 해준다.
유전체란 말은 쉽게 전기가 통하기 않는 물체이다. 하지만 누설전류그래프(y축 log값 취함)에서 보듯이 전류가 증가 할수록 증가폭은 매우 작지만 증가하는 것을 볼 수 있다. 누설전류란 절연체에 전압을 가했을 때 흐르는 약한 전류를 말한다. 내부를 흐르는 것과 표면을 흐르는 것이 있으나, 보통 표면을 흐르는 것이 더 크며, 이것을 표면 누설전류라 한다. 내부상태나 표면의 상태 ·형상에 따라 크게 차이가 난다. 옴의 법칙에서 벗어나는 수가 많으며, 내부온도나 표면의 습도 등 주위의 조건에 의해서도 좌우된다. 손실그래프에서도 마찬가지로 전류가 증가하면 손실되는 양도 증가한다.
이번 실험은 조교의 말에 귀 기울여서 따라만 한다면 비교적 쉽게 수행할 수 있었다. 이를 통해 강유전체의 유전 및 전기적 특성을 이해하였고 실험시 가장 중요한 것은 Si기판에 절대 불순물이 닿지 않도록 주의 해야 한다는 것이다. 또 RCA세정시 염산을 사용하기 때문에 취급에 있어서 많은 주의가 필요했다.