전자 재료

3. 실험 이론 (1) 개 요 1950년대에 발견된 PZT는 납, 지르코늄과 티타늄에서 따온 이름이다. 압전체[Pb(Zr,Ti)O3]란 전기마당을 가할 때 크기(두께 또는 길이)가 변하고, 반대로 압력을 가하면 전극에 전하가 대전되는 특별한 성질을 띈 물질을 가리키며, 우리 주변에서 흔히 사용하는 것으로는 가스라이터나 휴대용 가스레인지를 점화시킬 때 충격을 주면 높은 전압이 발생하여 불꽃을 일으키도록 하는 용도에 PZT가 쓰인다. PZT는 전압이 가해지면 물리적으로 팽창하는 특성이 있고, 에너지를 보존해 에너지 소모량을 줄이는 효과를 가지고 있다. 비휘발성 기억소자의 주요원료인 PZT계 혼합 금속 산화물 박막 및 후막은 강유전성을 이용한 비휘발성 기억소자(FeRAM), 유전특성을 이용한 이동 통신기기의 핵심 소자부품, 압전성을 이용한 마이크로 액튜에이터와 가속도센서, 그리고 초전성을 이용한 적외선센서 소자 등에 널리 이용되고 있다. 현재 압전 세라믹스의 재료로는 PZT가 탁월한 압전 특성으로 거의 모든 응용 분야에서 사용되어지고 있다. 그러나 환경문제가 국제적인 관심사로 대두되고 있는 요즘 세계 각국은 Pb 사용을 금지하기 위한 여러 규제 조치를 검토 중에 있다. Pb의 사용이 금지되면 압전체가 사용되고 있는 모든 분야에서 새로운 물질의 대체가 시급하지만 PZT의 뛰어난 압전성을 대신할 물질이 없다. PZT의 대체 물질 연구가 활발히 이루어지고는 있으나 아직까지는 뛰어나 결과가 나오고 있지 않다. (2) 압전 세라믹스(Piezoelectric Ceramics) 물질의 결정 상태는 그 대칭성에 따라 32가지로 나뉘어 진다. 그 중 11종류는 대칭성이 있고 나머지 21종류는 비대칭 결정 구조이다. 이 중 전체적으로는 대칭성을 보이는 1종류를 제외한 20종류는 압전성을 가지게 된다. 그 중 다시 10종류는 호전성을 갖고 있으며, 그 중 강유전성을 따로 분류할 수 있다.