□ 저 유전 상수를 가진 물질의 개발은 컴퓨터 프로세싱, 무선통신, 자율주행차 등
고효율 마이크로 전자기기의 응용분야에 핵심적인 역할을 담당하므로 각광을
받고 있다. 그러나 유전율을 낮추기 위해서 다공도(porosity)*를 높이면, 기계
강도와 절연파괴강도가 심각하게 약해져 개발하는데 한계가 있어 왔다.
* 다공도(Porosity) : 고체의 내부에 존재하고 있는 빈틈의 양으로, 다공질 물질에서 전 부피에 대한 구
멍 부분의 부피 비율
□ 연구팀은 유전체의 유전율을 공기의 수준으로 낮추면서 필요한 물성을 확보하
기 위하여 알루미나(세라믹) 튜브로 이루어진 다공도 99%의 나노라티스 캐퍼
시터를 제작하였다.
∘ 이 캐퍼시터는 초저유전율(k = 1.06-1.10)을 가지고, 동시에 30 MPa의 영
률(Young’s modulus)*과 1.07 MPa의 항복 강도(Yield strength)**, 그리고
압축응력 사이클시 모양의 회복이 가능하다. 이 구조체를 이용하여 최대
50%의 압축변형을 여러 번 반복하여 가해주면서 동시에 절연 파괴 특성, 유
전 특성, 전도 메카니즘을 정량적으로 분석하였다.
* 영률(Young’s modulus) : 물체를 양쪽에서 잡아 인장 또는 압축 시킬 때 물체의 길이의 변화율과
인가된 응력의 비율로서 재료의 영구변형이 없는 탄성 변형구간의 강도를 의미
** 항복 강도(Yield strength) : 재료가 영구 변형을 나타낼때의 응력으로, 탄성한계의 실제적인 근사값
∘ 실시간 관찰 및 시뮬레이션을 통해 3차원-나노라티스의 전기적인 절연파괴
및 유전률의 상승은 약 50%의 응력 인가시, 나노라티스를 구성하는 나노튜
브들이 좌굴(bucking)*된 후 펴지지 않아 발생하게 되었고, 응력이 줄어듦에
따라 나노라티스의 형태, 절연파괴, 유전상수 모두가 동시에 복구됨을 규명
하였다. 또한, 이러한 회복력은 전기적/기계적 충격이 반복될수록 영구적으
로 좌굴된 튜브의 수가 증가되어 감퇴되게 된다. 이때의 전도성 메카니즘도
쇼트키 방출(schottky emission)**에서 풀-프렌켈 방출(Poole-frankel
emission)***방식으로 변화하게 된다.
* 좌굴(Buckling): 가늘고 긴 봉이나, 두께에 비해 폭이 큰 평판 등에 길이와 폭의 방향으로 압축 하
중을 가하면 재료의 비례 한도 이하의 하중에 의해서도 구부러짐 즉, 큰 변형이 생길 수 있는데
이러한 현상을 말한다.
** 쇼트키 방출(schottky emission): 전자관의 음극 표면으로부터의 열전자 방출이 전계에 의해 증가하는 현상