(57)【要約】【課題】誘電複合体と、これを含む積層型キャパシタと電子素子に関する。【解決手段】半導性、又は伝導性を有する素材からなる複数の結晶粒と、結晶粒の境界を囲んでいる粒界絶縁層を含み、粒界絶縁層は、結晶粒の表面の少なくとも一部を覆っている２次元層状素材を含む誘電複合体と、これを含む積層型キャパシタ及び電子素子が提供される。【選択図】図１
2018117126.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導性、又は伝導性を有する素材からなる複数の結晶粒と、
前記結晶粒の境界を囲んでいる粒界絶縁層を含み、
前記粒界絶縁層は、前記結晶粒の表面の少なくとも一部を覆っている２次元層状素材を含む、誘電複合体。
【請求項２】
前記２次元層状素材は、単一層からなる、請求項１に記載の誘電複合体。
【請求項３】
前記２次元層状素材は、単一層が２層以上積層された多重層である、請求項１に記載の誘電複合体。
【請求項４】
前記２次元層状素材は、前記結晶粒の表面と直接接触している、請求項１〜３のいずれか１項に記載の誘電複合体。
【請求項５】
前記２次元層状素材は、前記結晶粒の表面を全部覆っている、請求項１〜４のいずれか１項に記載の誘電複合体。
【請求項６】
前記２次元層状素材は、１２０ｎｍ以下の厚さを有する、請求項１〜５のいずれか１項に記載の誘電複合体。
【請求項７】
前記２次元層状素材の比誘電率は、５０〜１０００である、請求項１〜６のいずれか１項に記載の誘電複合体。
【請求項８】
前記粒界絶縁層は、前記２次元層状素材と複合化されている３次元バルク素材をさらに含む、請求項１〜７のいずれか１項に記載の誘電複合体。
【請求項９】
前記粒界絶縁層１００体積％を基準に、
前記２次元層状素材は、１０体積％〜１００体積％含有されている、請求項１〜８のいずれか１項に記載の誘電複合体。
【請求項１０】
前記２次元層状素材は、
アウリビリウス（ａｕｒｉｖｉｌｌｉｕｓ）相を有する素材、ルドルスデン−ポッパー相（ｒｕｄｄｌｅｓｄｅｎ−ｐｏｐｐｅｒ  ｐｈａｓｅ）を有する素材、Ｄｉｏｎ−Ｊａｃｏｂｓｏｎ相を有する素材、及びチタノニオブ酸塩（ｔｉｔａｎｏ−ｎｉｏｂａｔｅ）のうちいずれか一つから剥離されたものである、請求項１〜９のいずれか１項に記載の誘電複合体。
【請求項１１】
前記２次元層状素材は、下記化学式１で表される、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の誘電複合体：
【化１】
2018117126.tif 000008
前記化学式１において、Ｘは、水素原子（Ｈ）、アルカリ金属、及び陽イオン性化合物の中から選ばれる１種以上であり、Ａは、Ｃａ、Ｎａ、Ｔａ、Ｂｉ、Ｂａ、Ｓｒの中から選ばれる１種以上であり、Ｂは、Ｗ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｖ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｐｂ、Ｓｎ、Ｌａ、Ｔａ、Ｔｉの中から選ばれる１種以上であり、０≦ｍ≦２、ｎ≧１である。
【請求項１２】
前記陽イオン性化合物は、テトラメチルアンモニウム化合物、テトラエチルアンモニウム化合物、テトラプロピルアンモニウム化合物、テトラブチルアンモニウム化合物、メチルアミン化合物、エチルアミン化合物、プロピルアミン化合物、ブチルアミン化合物、ポリエチレンイミン化合物、又はこれらの組み合わせを含む、請求項１１に記載の誘電複合体。
【請求項１３】
前記化学式１で表される２次元層状素材は、電気的に中性である、請求項１１または１２に記載の誘電複合体。
【請求項１４】
前記結晶粒は、チタン酸バリウム、チタン酸ストロンチウム、チタン酸鉛、ジルコン酸鉛、チタン酸ジルコン酸鉛、又はこれらの組み合わせを含む素材からなる、請求項１〜１３のいずれか１項に記載の誘電複合体。
【請求項１５】
前記結晶粒の平均粒径は、５０ｎｍ〜２．０μｍである、請求項１〜１４のいずれか１項に記載の誘電複合体。
【請求項１６】
前記誘電複合体の比誘電率は、１０００〜２００００である、請求項１〜１５のいずれか１項に記載の誘電複合体。
【請求項１７】
内部電極と誘電体層が交互に積層された構造を有する積層型キャパシタ（Ｍｕｌｔｉ−ｌａｙｅｒｅｄ  ｃａｐａｃｉｔｏｒ）であって、
前記誘電体層は、請求項１〜１６のうちいずれか１項による誘電複合体を含む、積層型キャパシタ。
【請求項１８】
前記内部電極と前記誘電体層は、２回以上交互に積層されている、請求項１７に記載の積層型キャパシタ。
【請求項１９】
前記誘電体層の一層当たりの厚さは、５００ｎｍ以下である、請求項１７または１８に記載の積層型キャパシタ。
【請求項２０】
前記誘電体層は、一層当たり４０００〜４００００の比誘電率を有する、請求項１７〜１９のいずれか１項に記載の積層型キャパシタ。
【請求項２１】
請求項１〜１６のうちいずれか１項による誘電複合体を含む、電子素子。
【請求項２２】
前記電子素子は、バリスタ（ｖａｒｉｓｔｏｒ）、サーミスタ（ｔｈｅｒｍｉｓｔｏｒ）、又はエネルギ貯蔵用キャパシタである、請求項２１に記載の電子素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
誘電複合体と、これを含む積層型キャパシタと電子素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
積層セラミックコンデンサ（Ｍｕｌｔｉ−Ｌａｙｅｒ  Ｃｅｒａｍｉｃ  Ｃａｐａｃｉｔｏｒ、ＭＬＣＣ）は、小型の大容量コンデンサ素子であって、誘電体磁気組成物と内部電極を交互に積層した後、同時焼成して製作した電子素子である。ただし、持続的な電子製品の小型化、薄膜化、高容量化の要求につれ、既存の積層セラミックコンデンサ構造に比べてさらに小型化、薄膜化、及び高容量化が可能なコンデンサの必要性が増加しつつある。
【０００３】
一方、良好な誘電特性を示す誘電体のうち粒界絶縁型キャパシタの場合、伝導性、又は半導性を有する結晶粒の間に粒界絶縁層を形成するので、見掛け比誘電率が非常に高く、小型化及び高容量化が可能である。
【０００４】
このような粒界絶縁型キャパシタの見掛け比誘電率は、一般に粒子の大きさに比例し、粒界絶縁層の厚さに反比例する様相を示す。しかし、粒界絶縁層の厚さが減少するほど粒界絶縁層の比誘電率も共に減少するので、粒界絶縁型キャパシタの比誘電率を勘案して粒界絶縁層の厚さを一定水準に維持しなければならない問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許登録第６、２９２、３５５号明細書
【特許文献２】米国特許登録第４、３６２、６３７号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の一目的は、数〜数十ナノメートルの厚さを有する領域においても高い比誘電率を示す素材を含み、小型化、薄膜化が可能であると同時に高い容量特性を有する誘電複合体を提供することにある。
【０００７】
また、本発明の他の目的は、前述した誘電複体を含む積層型キャパシタと電子素子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一実施形態によれば、半導性、又は伝導性を有する素材からなる複数の結晶粒と、前記結晶粒の境界を囲んでいる粒界絶縁層（ｇｒａｉｎ  ｂｏｕｎｄａｒｙ  ｉｎｓｕｌａｔｉｏｎ  ｌａｙｅｒ）を含み、前記粒界絶縁層は、前記結晶粒の表面の少なくとも一部を覆っている２次元層状素材を含む誘電複合体が提供される。
【０００９】
前記２次元層状素材は、単一層からなり得る。
【００１０】
前記２次元層状素材は、単一層が２層以上積層された多重層であり得る。
【００１１】
前記２次元層状素材は、前記結晶粒の表面と直接接触していてもよい。
【００１２】
前記２次元層状素材は、前記結晶粒の表面を全部覆っていてもよい。
【００１３】
前記２次元層状素材は、１２０ｎｍ以下の厚さを有し得る。
【００１４】
前記２次元層状素材の比誘電率は、５０〜１０００であり得る。
【００１５】
前記粒界絶縁層は、前記２次元層状素材と複合化されている３次元バルク素材をさらに含み得る。
【００１６】
前記粒界絶縁層１００体積％を基準に、前記２次元層状素材は、１０体積％〜１００体積％含有されていてもよい。
【００１７】
前記２次元層状素材は、アウリビリウス（ａｕｒｉｖｉｌｌｉｕｓ）相を有する素材、ルドルスデン−ポッパー相（ｒｕｄｄｌｅｓｄｅｎ−ｐｏｐｐｅｒ  ｐｈａｓｅ）を有する素材、Ｄｉｏｎ−Ｊａｃｏｂｓｏｎ相を有する素材、及びチタノニオブ酸塩（ｔｉｔａｎｏ−ｎｉｏｂａｔｅ）のうちいずれか一つから剥離されたものであり得る。
【００１８】
前記２次元層状素材は、下記化学式１で表され得る。
【００１９】
【化１】
2018117126.tif 000003
【００２０】
前記化学式１において、Ｘは、水素原子（Ｈ）、アルカリ金属、及び陽イオン性化合物の中から選ばれる１種以上であり、Ａは、Ｃａ、Ｎａ、Ｔａ、Ｂｉ、Ｂａ、Ｓｒの中から選ばれる１種以上であり、Ｂは、Ｗ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｖ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｐｂ、Ｓｎ、Ｌａ、Ｔａ、Ｔｉの中から選ばれる１種以上であり、０≦ｍ≦２、ｎ≧１である。
【００２１】
前記陽イオン性化合物は、テトラメチルアンモニウム化合物、テトラエチルアンモニウム化合物、テトラプロピルアンモニウム化合物、テトラブチルアンモニウム化合物、メチルアミン化合物、エチルアミン化合物、プロピルアミン化合物、ブチルアミン化合物、ポリエチレンイミン化合物、又はこれらの組み合わせを含み得る。
【００２２】
前記化学式１で表される２次元層状素材は、電気的に中性であり得る。
【００２３】
前記結晶粒は、チタン酸バリウム、チタン酸ストロンチウム、チタン酸鉛、ジルコン酸鉛、チタン酸ジルコン酸鉛、又はこれらの組み合わせを含む素材からなり得る。
【００２４】
前記結晶粒の平均粒径は、５０ｎｍ〜２．０μｍであり得る。
【００２５】
前記誘電複合体の比誘電率は、１０００〜２００００であり得る。
【００２６】
一方、本発明の他の一実施形態によれば、内部電極と誘電体層が交互に積層された構造を有する積層型キャパシタ（Ｍｕｌｔｉ−ｌａｙｅｒｅｄ  ｃａｐａｃｉｔｏｒ）であって、前記誘電体層が前述した誘電複合体を含む積層型キャパシタが提供される。
【００２７】
前記内部電極と前記誘電体層は、２回以上交互に積層されていてもよい。
【００２８】
前記誘電体層の１層当たりの厚さは、５００ｎｍ以下であり得、前記誘電体層１層当たり４０００〜４００００の比誘電率を有し得る。
【００２９】
一方、本発明の他の実施形態によれば、前述した一実施形態による誘電複合体を含む電子素子が提供される。
【００３０】
前記電子素子は、バリスタ（ｖａｒｉｓｔｏｒ）、サーミスタ（ｔｈｅｒｍｉｓｔｏｒ）、又はエネルギ貯蔵用キャパシタであり得る。
【発明の効果】
【００３１】
本発明による誘電複合体は、粒界絶縁層が、厚さが減少しても比誘電率が減少しない２次元層状素子を含むので、粒界絶縁層の超薄膜化が可能であり、これにより既存の粒界絶縁型キャパシタが有する限界を克服することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の一実施形態による誘電複合体の微細構造を模式的に示したものである。
【図２】本発明の一実施形態による誘電複合体の多様な微細構造をそれぞれ模式的に示したものである。
【図３】本発明の一実施形態による誘電複合体の多様な微細構造をそれぞれ模式的に示したものである。
【図４】本発明の一実施形態による積層型キャパシタを概略的に示したものである。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
以下で説明する技術の利点及び特徴、並びにそれらを達成する方法は、添付される図面と共に詳細に後述されている実施形態を参照すると、明確になるであろう。しかし、具現される形態は、以下で開示される実施形態に限定されるものではない。他に定義されなければ、明細書において使用されるすべての用語（技術及び科学的用語を含む）は、当該技術分野における通常の知識を有する者に共通に理解できる意味として使用され得る。また、一般に使用される辞典に定義されている用語は、明白に特に定義されていない限り、理想的又は過度に解釈されない。明細書の全体において、ある部分がある構成要素を「含む」とする時、これは、特に反対になる記載がない限り、他の構成要素を除くのでなく、他の構成要素をさらに含み得ることを意味する。
【００３４】
また、単数型は文句（明細書中の記載）で特に言及しない限り、複数型も含む。
【００３５】
図面において複数層及び領域を明確に表現するために厚さを拡大して示す。明細書の全体にわたって類似の部分に対しては同一図面符号を付する。
【００３６】
本明細書において、層、膜、領域、板などの第１要素が第２要素「上に」あるという時、これは他の部分の「真上」にある場合だけでなく、その中間にまた他の部分がある場合も含む。逆にある部分が他の部分の「真上」にあるとする時には中間に他の部分がないことを意味する。
【００３７】
本明細書において、比誘電率とは、相対誘電率を意味し、真空に対する他の物質の誘電率の比を意味する。
【００３８】
本明細書において、「粒径」とは、粒子が有し得る最大の大きさを意味する。例えば、結晶粒が楕円形やこれと類似のシート、プレート針形状などある一つの軸が長く延びた形状を有する場合は長軸の長さを、円形／球形である場合は直径の長さを、多角形又は不定形である場合は結晶粒境界の任意の二点をつなぐ直線の最長距離をそれぞれ意味する。
【００３９】
また、本明細書で結晶粒の粒径については、計測法によって数値化して集団の平均の大きさを表現する方法があるが、凡庸的に使われている分布の最大値を示すモード直径、積分分布曲線の中央値に相当するメディアン直径、各種平均直径（数平均、長さ平均、面積平均、質量平均、体積平均など）などがあり、本発明において、特に言及しない限り、平均粒径とは、数平均直径であり、Ｄ５０（分布率が５０％となる地点の粒径）を測定したものを意味する。
【００４０】
以下、図１〜図３を参照して、本発明の一実施形態による誘電複合体の構成を説明する。
【００４１】
図１は本発明の一実施形態による誘電複合体の微細構造を模式的に示すものである。
【００４２】
本発明の一実施形態による誘電複合体は、半導性、又は伝導性を有する素材からなる複数の結晶粒と、前記結晶粒の境界を囲んでいる粒界絶縁層を含む。
【００４３】
つまり、本実施形態による誘電複合体は、粒界絶縁型キャパシタとして隣接した二つの結晶粒に所定の電圧が印加される場合、前記二つの結晶粒の間に形成された粒界絶縁層に静電容量が形成され得る。また、前記複数の結晶粒と粒界絶縁層は、互いに直列、及び／又は並列連結されているので、全体として所定の静電容量を有するキャパシタの機能を行うこともできる。
【００４４】
一方、本実施形態は必ずしもこれに制限されるものでなく、誘電複合体を含む誘電体層を２層以上積層して積層型キャパシタの形態で構成することもできる。これについては後述する。
【００４５】
図１を参照すると、複数の結晶粒が複数配置されている。複数の結晶粒は、半導性、又は伝導性を有する素材からなる。前記結晶粒を構成する素材としては、例えば、チタン酸バリウム、チタン酸ストロンチウム、チタン酸鉛、ジルコン酸鉛、チタン酸ジルコン酸鉛、又はこれらの組み合わせを含む金属酸化物が挙げられる。
【００４６】
本実施形態によれば、前記結晶粒を構成する素材にドナー元素をさらに含み得る。つまり、結晶粒を構成する前記金属酸化物は、酸素空孔を有し、ドナー元素は結晶粒中に固溶されていてもよい。このため、結晶粒が半導体化され得る。前記ドナー元素の例示としては、Ｌａ、Ｓｍ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｙ、Ｎｄ、Ｃｅ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｗなどが挙げられる。
【００４７】
一方、本実施形態によれば、結晶粒の平均粒径は、後述する誘電複合体の見掛け比誘電率を考慮して多様に設定され得るが、後述する誘電複合体の小型化、薄膜化に有利な範囲に調節され得る。
【００４８】
前記結晶粒の平均粒径は、例えば２．０μｍ以下、例えば１．９μｍ以下、例えば１．８μｍ以下、例えば１．７μｍ以下、例えば１．６μｍ以下、例えば１．５μｍ以下、例えば１．４μｍ以下、例えば１．３μｍ以下、例えば１．２μｍ以下、例えば１．１μｍ以下、例えば１．０μｍ以下、例えば９００ｎｍ以下、例えば８００ｎｍ以下、例えば７００ｎｍ以下、例えば６００ｎｍ以下、例えば５００ｎｍ以下であり、例えば５０ｎｍ以上、例えば６０ｎｍ以上、例えば７０ｎｍ以上、例えば８０ｎｍ以上、例えば９０ｎｍ以上、例えば１００ｎｍ以上であり得る。結晶粒の平均粒径（大きさ）の調整は、特に制限されるものではなく、例えば、原料混合物のか焼の温度や雰囲気や原料混合時のボールミル時間などを適宜調節して制御することができる（実施例でもこれらを調整して所定の大きさになるように制御している）。
【００４９】
粒界絶縁層は、前記結晶粒の表面の少なくとも一部を覆っている２次元層状素材を含む。
【００５０】
本実施形態において、２次元層状素材とは、「２次元結晶構造を有する素材として、１個〜９個の原子層で構成される１層以上の層状構造をなしている素材」を意味する。つまり、２次元層状素材は、単一層からなってもよく、前記単一層が重畳して多重層構造をなしていてもよい。
【００５１】
また、２次元層状素材が多重層構造をなす場合、それぞれの層は、物理的及び／又は化学的に互いに結合されている。この場合、前記層のうち一部は、前述した２次元結晶構造とは異なる結晶構造が形成されていてもよい。
【００５２】
本実施形態によれば、粒界絶縁層は、図１に示すように２次元層状素材からなる。ただし、本実施形態が必ずしもこれに制限されるものでなく、粒界絶縁層が図２又は図３に示すように２次元層状素材及び２次元層状素材とは異なる結晶構造を有する３次元バルク素材と共に含み得る。
【００５３】
図２及び図３は本発明の一実施形態による誘電複合体の多様な微細構造をそれぞれ模式的に示すものである。
【００５４】
図２及び図３を参照すると、３次元バルク素材は、２次元層状素材と複合化されて粒界絶縁層を構成し得る。３次元バルク素材は、結晶粒子が３次元的に集合された多結晶構造を有するが、２次元層状素材がないので、２次元的な結晶構造は有し得ない。
【００５５】
一方、本実施形態において、３次元バルク素材は、前述した結晶粒を構成する素材にアクセプタ元素が含まれてなる素材であり得る。前記アクセプタ元素の例示としては、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｒなどが挙げられる。
【００５６】
つまり、３次元バルク素材は、隣接する結晶粒間の相互コンタクトによって形成されたものであり得る。ただし、３次元バルク素材は、アクセプタ元素を含んでショットキーバリア（ｓｃｈｏｔｔｋｙ  ｂａｒｒｉｅｒ）の形成を促進することによって比抵抗（非抵抗）が向上するので、前述した結晶粒と異なり良好な絶縁性を有し得る。
【００５７】
一方、本実施形態において、粒界絶縁層内の２次元層状素材の比率は、特に制限されず、２次元層状素材と３次元バルク素材のそれぞれの比誘電率、原材料、粒界絶縁層の予想厚さなどを考慮して多様に設定され得るが、粒界絶縁層が数〜数十ナノメートルの大きさで形成されても２次元層状素材に起因した優れた比誘電率が発現できる程度で設定される。
【００５８】
粒界絶縁層内の２次元層状素材の比率は、粒界絶縁層１００体積％を基準に、例えば１０体積％以上１００体積％以下であり得、例えば１５体積％以上、例えば２０体積％以上、例えば２５体積％以上、例えば３０体積％以上、例えば３５体積％以上、例えば４０体積％以上、例えば４５体積％以上、例えば５０体積％以上、例えば５５体積％以上、例えば６０体積％以上、例えば６５体積％以上、例えば７０体積％以上、例えば７５体積％以上、例えば８０体積％以上、例えば８５体積％以上、例えば９０体積％以上、例えば９５体積％以上であり得、例えば１００体積％であり得る。
【００５９】
一方、２次元層状素材は、図１及び図２に示すように結晶粒の表面と直接接触していてもよく、図３に示すように少なくとも一部が結晶粒の表面から所定間隔離隔するように配置されていてもよい。
【００６０】
また、２次元層状素材は、結晶粒の表面の一部領域にのみ形成されて図２に示すように結晶粒の表面の一部のみを覆っていてもよく、図１又は図３に示すように結晶粒の表面を全部覆うように形成されていてもよい。
【００６１】
本実施形態において、２次元層状素材は、下記化学式１で表される化合物であり得る。
【００６２】
【化２】
2018117126.tif 000004
【００６３】
前記化学式１において、Ｘは、水素原子（Ｈ）、アルカリ金属及び陽イオン性化合物の中から選ばれる１種以上であり、Ａは、Ｃａ、Ｎａ、Ｔａ、Ｂｉ、Ｂａ、Ｓｒの中から選ばれる１種以上であり、Ｂは、Ｗ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｖ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｐｂ、Ｓｎ、Ｌａ、Ｔａ、Ｔｉの中から選ばれる１種以上であり、０≦ｍ≦２、ｎ≧１である。
【００６４】
前記陽イオン性化合物は、炭素数１〜１６のアルキルアンモニウム化合物、アルキルアミン化合物、又はこれらの組み合わせを含み得る。
【００６５】
前記陽イオン性化合物は、テトラメチルアンモニウム化合物、テトラエチルアンモニウム化合物、テトラプロピルアンモニウム化合物、テトラブチルアンモニウム化合物、メチルアミン化合物、エチルアミン化合物、プロピルアミン化合物、ブチルアミン化合物、ポリエチレンイミン化合物、又はこれらの組み合わせを含み得る。
【００６６】
前述した化学式１において、Ｘ、Ａ、ＢとＯの化学量論比は、２次元層状素材を全体的に見るとき、電気的中性を満すように調節される。つまり、前記化学式１は電気的に中性である。
【００６７】
本実施形態において、２次元層状素材の厚さは、特に制限されず、結晶粒の素材、結晶粒の平均粒径、２次元層状素材の素材、粒界絶縁層内の２次元層状素材の比率などを考慮して多様に設定され得るが、粒界絶縁層の厚さを減らして後述する誘電複合体の見かけ誘電率を向上させ得る厚さで形成され得る。
【００６８】
前記２次元層状素材の厚さは、例えば１２０ｎｍ以下、例えば１１０ｎｍ以下、例えば１００ｎｍ以下、例えば５０ｎｍ以下、例えば４０ｎｍ以下、例えば３０ｎｍ以下、例えば２０ｎｍ以下、例えば１０ｎｍ以下であり得、例えば数ナノメートル〜数十ナノメートルの厚さを有し得る。
【００６９】
前記２次元層状素材の厚さは、原子間力顕微鏡（Ａｔｏｍｉｃ  Ｆｏｒｃｅ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ、ＡＦＭ）を用いて測定されたイメージを分析することによって算出され得る。
【００７０】
このような２次元層状素材は、前記２次元結晶構造に起因した比誘電率を示し得る。前記２次元層状素材の比誘電率は、特に制限されず、２次元層状素材の原材料、２次元結晶構造の種類、積層された層数、結晶粒の平均粒径、結晶粒になる素材などを考慮して多様に設定され得るが、結晶粒に所定の電圧が印加される場合、少なくとも粒界絶縁層にキャパシタとして動作可能な程度の静電容量が形成され得る程度で設定される。
【００７１】
前記２次元層状素材の比誘電率は、例えば少なくとも１０以上、例えば２０以上、例えば３０以上、例えば４０以上、例えば５０以上、例えば６０以上、例えば７０以上、例えば８０以上、例えば９０以上、例えば１００以上であり得る。一実施形態において、前記２次元層状素材の比誘電率は、例えば１０００以下であり得る。
【００７２】
前記２次元層状素材の比誘電率は、原子間力顕微鏡の二つのプローブの間に２次元層状素材を配置させた後、二つのプローブの間に所定の電圧を印加する方式を用いて算出され得る。
【００７３】
本実施形態によれば、２次元層状素材は、アウリビリウス（ａｕｒｉｖｉｌｌｉｕｓ）相を有する素材、ルドルスデン−ポッパー相（ｒｕｄｄｌｅｓｄｅｎ−ｐｏｐｐｅｒ  ｐｈａｓｅ）を有する素材、Ｄｉｏｎ−Ｊａｃｏｂｓｏｎ相を有する素材、及びチタノニオブ酸塩（ｔｉｔａｎｏ−ｎｉｏｂａｔｅ）のうちいずれか一つから剥離される金属酸化物ナノシートであり得る。
【００７４】
例えば、原材料として前記アウリビリウス（ａｕｒｉｖｉｌｌｉｕｓ）相を有する素材、ルドルスデン−ポッパー相（ｒｕｄｄｌｅｓｄｅｎ−ｐｏｐｐｅｒ  ｐｈａｓｅ）を有する素材、Ｄｉｏｎ−Ｊａｃｏｂｓｏｎ相を有する素材、及びチタノニオブ酸塩（ｔｉｔａｎｏ−ｎｉｏｂａｔｅ）のうちいずれか一つを酸性溶液で処理して陽子化し、これをアルキルアンモニウム、又はアルキルアミンと反応させて原材料に存在する層状構造の層間間隔を広げた後、溶媒は、水、アルコール、アセトニトリル、ジメチルスルホキシド、ジメチルホルムアミド、及びプロピレンカーボネートから選択した１種以上の溶媒と攪拌することによって金属酸化物ナノシートに剥離させ得る。
【００７５】
本実施形態による２次元層状素材の例示としてＣａ２Ｎａ２Ｎｂ５Ｏ１６を剥離する過程を説明すると、ＫＣａ２Ｎａ２Ｎｂ５Ｏ１６と酸化合物、例えばＨＮＯ３を反応させてＫ＋をＨ＋で置換させて陽子化された層状素材であるＨＣａ２Ｎａ２Ｎｂ５Ｏ１６を得る。得られたＨＣａ２Ｎａ２Ｎｂ５Ｏ１６を、例えばテトラアルキルアンモニウムヒドロキシドなどのアルキルアンモニウム化合物と反応させて前記Ｈ＋を例えばテトラブチルアンモニウム（ＴＢＡ＋）で置換する。
【００７６】
前記アルキルアンモニウム化合物は、Ｃ１〜Ｃ１６のアルキルアンモニウム化合物であり得る。前記アルキルアンモニウム分子は、サイズが大きいため、Ｃａ２Ｎａ２Ｎｂ５Ｏ１６の層間に入り、Ｃａ２Ｎａ２Ｎｂ５Ｏ１６層間の間隔を広くして層間分離につながるようにし、これらを溶媒中に入れて攪拌すると、剥離が起こり、Ｃａ２Ｎａ２Ｎｂ５Ｏ１６ナノシートを得る。
【００７７】
一方、一般に粒界絶縁型キャパシタは、見掛け比誘電率と関連する下記数式１を満たす。
【００７８】
【数１】
2018117126.tif 000005
【００７９】
前記数式１において、εｒＡＰＰは誘電複合体の見掛け比誘電率を、εｒは粒界絶縁層の素材に起因した比誘電率を、ｄは結晶粒の平均粒径を、ｔは粒界絶縁層の厚さをそれぞれ表す。
【００８０】
既存の粒界絶縁型キャパシタ中、粒界絶縁層は、３次元バルク素材のみからなり、このような３次元バルク素材の比誘電率は、３次元バルク素材の量に依存する様相を示す。
【００８１】
したがって、粒界絶縁層の厚さｔが減少すれば粒界絶縁層の物質量が減少し、そのため、粒界絶縁型キャパシタの見掛け比誘電率が共に減少する。したがって、既存の粒界絶縁型キャパシタは、粒界絶縁層を一定水準以下の厚さに超薄膜化しにくい問題がある。
【００８２】
反面、本実施形態による誘電複合体の場合、粒界絶縁層が少なくとも２次元層状素材を含むので、粒界絶縁層の厚さｔを数〜数十ナノメートル水準に超薄膜化しても、誘電複合体が粒界絶縁型キャパシタとして２次元層状素材に起因した一定水準以上の比誘電率を示し得る。つまり、２次元層状素材を用いれば、既存の粒界絶縁型キャパシタとは異なり、粒界絶縁層の厚さと比誘電率を相互独立的に制御し得る。
【００８３】
本実施形態による誘電複合体の比誘電率は、結晶粒の平均粒径と粒界絶縁層の厚さに応じて多様に設定できるが、誘電複合体を超小型化、超薄膜化してもキャパシタに使用可能な水準の比誘電率を有し得る。
【００８４】
前記誘電複合体の比誘電率は、例えば１０００以上、例えば２０００以上、例えば３０００以上、例えば４０００以上、例えば５０００以上、例えば６０００以上、例えば７０００以上、例えば８０００以上、例えば９０００以上、例えば１００００以上であり得る。一実施形態で、誘電複合体の比誘電率は、例えば２００００以下であり得る。
【００８５】
したがって、本実施形態による誘電複合体は、粒界絶縁層を数〜数十ナノメートル水準に超薄膜化しても粒界絶縁層に位置する２次元層状素材に起因した一定水準以上の比誘電率を示し得る。
【００８６】
前述したように、本実施形態による誘電複合体は、数〜数十ナノメートルの厚さを有する領域においても高い比誘電率を示す２次元層状素材を含むので、小型化、薄膜化が可能であると共に高い容量特性を有し得る。
【００８７】
以下、図４を参照して本発明の一実施形態による誘電複合体を含む積層型キャパシタの構成を説明する。
【００８８】
図４は本発明の一実施形態による積層型キャパシタを概略的に示すものである。
【００８９】
本実施形態による積層型キャパシタ１は、基本的に内部電極１２と誘電体層１１が交互に積層された構造を有するが、誘電体層１１は前述した図１〜図３の誘電複合体を含む。
【００９０】
本実施形態による積層型キャパシタ１は、図４に示すように内部電極１２と誘電体層１１が２回以上交互に積層されていてもよい。そのため、隣接する内部電極とその間に配置された誘電体層が一つの単位キャパシタとして機能し得る。
【００９１】
また、本実施形態による積層型キャパシタ１の場合、内部電極１２と誘電体層１１が２回以上、例えば３回以上、例えば４回以上、例えば５回以上交互に積層されていてもよく、そのため、積層型キャパシタ１は、内部の単位キャパシタ間の並列配置構造に起因した静電容量を示し得る。
【００９２】
内部電極１２は、誘電体層１１の面積より小さい面積を有するように形成され得る。一方、内部電極１２は、互いに同一の面積を有するが、隣接する内部電極同士は、互いに完全に覆われず、図４に示すようにジグザグパターンで配置されて積層され得る。
【００９３】
誘電体層１１は、内部電極１２の面積より大きい面積を有するように形成され得、隣接する誘電体層間で互いに連結され、図４に示すように断面が全体的に蛇行形状（Ｓｅｒｐｅｎｔｉｎｅ  Ｓｈａｐｅ）をなしている。
【００９４】
一方、本実施形態によれば、積層型キャパシタ１は、図４に示すように誘電体層１１と内部電極１２がなす積層構造の両側面を囲んでいる一対の外部電極１３をさらに含み得る。ただし、本実施形態が必ずこれに制限されるものではなく、外部電極を省略して内部電極を前記誘電体層と内部電極がなす積層構造の両側に長く延びるか、又は外部電極なしに直に内部電極に電源を連結する構造なども可能である。
【００９５】
一般に積層型キャパシタは、多数の誘電体層と内部電極が存在し、この中の誘電体層の総厚さは、積層型キャパシタの小型化、薄膜化を決定する重要な要因である。しかし、既存の積層型キャパシタの誘電体層は、誘電体素材としてＢａＴｉＯ３、ＰｂＴｉＯ３などを用いるため、前述したように厚さの減少に応じて比誘電率が共に減少する。
【００９６】
そのため、既存の積層型キャパシタで誘電体層の総厚さを薄膜化する場合、誘電体層の一層当りの厚さは、約５５０ｎｍ〜約６００ｎｍが限界であり、この場合、既存の誘電体層の比誘電率は、約３０００〜３５００程度を示す。また、既存の誘電体層の厚さを前記限界範囲以下に超薄膜化する場合は、厚さの減少に比べて比誘電率が急激に減少するので、積層型キャパシタ用誘電体層として用いることが不可能な水準の物性を示す。
【００９７】
しかし、本実施形態による積層型キャパシタ１の場合、誘電体層１１が前述した誘電複合体を含むので、誘電体層１１の一層当たりの厚さは、３０００ｎｍ以下、例えば２５００ｎｍ以下、例えば２０００ｎｍ以下、例えば１５００ｎｍ以下、例えば１０００ｎｍ以下、例えば５００ｎｍ以下であり得、例えば４８０ｎｍ以下、例えば４６０ｎｍ以下、例えば４４０ｎｍ以下、例えば４２０ｎｍ以下、例えば４００ｎｍ以下、例えば３８０ｎｍ以下、例えば３６０ｎｍ以下、例えば３４０ｎｍ以下、例えば３２０ｎｍ以下、例えば３００ｎｍ以下であり得、さらには約２００ｎｍ〜約３００ｎｍまで超薄膜化できる。
【００９８】
そのため、本実施形態による積層型キャパシタ１は、誘電体層１１内部の粒界絶縁層をなす２次元層状素材に起因した一定水準以上の比誘電率を示し得る。つまり、前記誘電体層１１の一層あたりの厚さを前記範囲水準に縮小しても、誘電体層１１一層当たり、例えば１０００以上、例えば１５００以上、例えば２０００以上、例えば２５００以上、例えば３０００以上、例えば４０００以上、例えば４２００以上、例えば４４００以上、例えば４６００以上、例えば４８００以上、例えば４９００以上、例えば５０００以上、例えば７０００以上、例えば８０００以上、例えば９０００以上、例えば１００００以上、例えば１２０００、例えば１４００００以上、例えば１６０００以上、例えば１８０００以上、例えば２００００以上の比誘電率を示し得る。また、一実施形態による誘電体層１１は一層当たり、例えば４００００以下の比誘電率を示し得る。
【００９９】
積層型キャパシタ１は、前述した誘電体層１１に起因した比誘電率を示す。本実施形態による積層型キャパシタ１は、例えば１０００以上、例えば１５００以上、例えば２０００以上、例えば２５００以上、例えば３０００以上、例えば４０００以上、例えば４２００以上、例えば４４００以上、例えば４６００以上、例えば４８００以上、例えば４９００以上、例えば５０００以上、例えば７０００以上、例えば８０００以上、例えば９０００以上、例えば１００００以上、例えば１２０００、例えば１４００００以上、例えば１６０００以上、例えば１８０００以上、例えば２００００以上の比誘電率を示し得る。また、一実施形態による積層型キャパシタ１は、例えば４００００以下の比誘電率を示し得る。
【０１００】
つまり、本実施形態による積層型キャパシタ１は、既存に比べて誘電体層１１一層当たりの厚さを非常に縮小できるので、既存と同一の条件下に積層型キャパシタ１内部の誘電体層１１の積層数と、これに伴う静電容量を大幅に向上させ得る。
【０１０１】
また、本実施形態によれば、既存に比べて超薄膜化、小型化が可能であると共に静電容量と比誘電率が向上した積層型キャパシタ１を提供し得る。
【０１０２】
一方、他の実施形態によれば、前述した誘電複合体を含む電子素子が提供され得る。前記電子素子は、前述した誘電複合体を単一層で構成してもよく、前述した積層型キャパシタ１のように多重層で構成してもよい。本実施形態による電子素子は、バリスタ（ｖａｒｉｓｔｏｒ）、サーミスタ（ｔｈｅｒｍｉｓｔｏｒ）のような一種の可変抵抗の機能を行う素子であり得、エネルギ貯蔵用キャパシタであり得る。
【実施例】
【０１０３】
以下、具体的な実施例を提示する。ただし、下記に記載された実施例は、技術的な内容を具体的に例示又は説明するためのものに過ぎず、これにより本明細書の権利範囲が制限されるものではない。
【０１０４】
（実施例１）
出発原料としてＴｉＯ２とＳｒＣＯ３、及びドナー元素としてジスプロシウム（Ｄｙ）を混合して混合物を作製し、前記混合物をボールミリング処理して混合物を作製した。製造された混合物を蒸発乾燥させた後にか焼し、酸素空孔を有するチタン酸ストロンチウム（ＳｒＴｉＯ３）コア物質を製造した。製造されたチタン酸ストロンチウム（ＳｒＴｉＯ３）コア物質の平均粒径は約２００ｎｍであった。
【０１０５】
これと別に、出発原料としてＫ２ＣＯ３、ＣａＣＯ３、Ｎｂ２Ｏ５、ＮａＮｂＯ３を混合して混合物を作製し、前記混合物をペレットに成形した。得られたペレットを熱処理し、ＫＣａ２Ｎａ２Ｎｂ５Ｏ１６粉末を製造した。製造されたＫＣａ２Ｎａ２Ｎｂ５Ｏ１６粉末をＨＣｌ溶液又はＨＮＯ３溶液に入れて攪拌した後、ろ過してＨＣａ２Ｎａ２Ｎｂ５Ｏ１６粉末を得た。
【０１０６】
得られたＨＣａ２Ｎａ２Ｎｂ５Ｏ１６粉末をＴＢＡＯＨ水溶液に入れて攪拌し、遠心分離して２次元ナノシートを得た。前記２次元ナノシートの組成は、Ｃａ２Ｎａ２Ｎｂ５Ｏ１６であった。製造された２次元ナノシートは、２．５ｎｍの平均厚さと５００ｎｍの平均粒径を有するものであった。
【０１０７】
前記２次元ナノシートの厚さは、原子間力顕微鏡を用いて測定されたイメージを分析することによって算出した。
【０１０８】
前記２次元ナノシートの平均粒径は、走査型電子顕微鏡（Ｓｃａｎｎｉｎｇ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）を用いて測定されたイメージを分析することによって算出した。
【０１０９】
その後、得られた２次元ナノシートを、陽イオン性化合物としてポリエチレンイミン（ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅｉｍｉｎｅ）を用いてチタン酸ストロンチウム（ＳｒＴｉＯ３）コア物質の結晶粒にコートすることによって、２次元ナノシート（２次元層状素材）からなる粒界絶縁層を形成し、中間生成物を得た。そのため、前記中間生成物は、チタン酸ストロンチウム（ＳｒＴｉＯ３）コア物質からなるコアと、前記コアを囲む２次元ナノシートからなる粒界絶縁層構造を有するものであった（結晶粒コア−粒界絶縁層とも記す）。
【０１１０】
その後、前記結晶粒コア−粒界絶縁層を、１％湿式Ｈ２雰囲気下、１２５０℃で還元焼結して結晶粒コア内のチタン酸ストロンチウムに酸素空孔を形成（ＳｒＴｉＯ３−δ）し、これを湿式Ｎ２雰囲気下、１０００℃で再酸化して誘電複合体を製造する。その後、誘電複合体の両側の面にＩｎ−Ｇａを塗布して電極を形成することによって、実施例１による粒界絶縁型キャパシタを製造した。実施例１による粒界絶縁型キャパシタ内の誘電複合体は、前述した図１に相応する構造を有し、粒界絶縁層の厚さは約５ｎｍであった。
【０１１１】
前記粒界絶縁層の厚さは、原子間力顕微鏡及び／又は走査型電子顕微鏡を用いて測定されたイメージを用いて結晶粒と粒界絶縁層を区分し、区分された粒界絶縁層の平均厚さを算出することによって得た。ここで、２次元層状素材は、「２次元ナノシート」単独となることもあり、「２次元ナノシート＋ポリエチレンイミン」となることもあり得る。また、実施例のように「２次元ナノシート＋ポリエチレンイミン」であるとしても、実施例１で２次元ナノシート自体の平均の厚さが２．５ｎｍであるということが開示されているので、２次元ナノシート＋ポリエチレンイミンの構成を所定の粒界絶縁層の厚さ（５ｎｍ）の範囲内として形成することができるということがわかる。
【０１１２】
（実施例２）
チタン酸ストロンチウム（ＳｒＴｉＯ３）コア物質の製造段階において、チタン酸ストロンチウム結晶粒にアクセプタ元素としてマンガン（Ｍｎ）を添加したことを除いては、前述した実施例１と同一の過程を経て実施例２による粒界絶縁型キャパシタを製造した。実施例２による粒界絶縁型キャパシタは、前述した図２に相応する構造を有し、粒界絶縁層のうち２次元ナノシートの比率が５０体積％であった。
【０１１３】
つまり、実施例２による粒界絶縁層は、酸素空孔がないチタン酸ストロンチウム（ＳｒＴｉＯ３）及びアクセプタ元素を含む３次元バルク素材と２次元ナノシートが複合化された構造をなしているものであった。
【０１１４】
（実施例３）
粒界絶縁層のうち２次元ナノシートの比率が、７０体積％になるように調節したことを除いては、前述した実施例２と同一の過程を経て実施例３による粒界絶縁型キャパシタを製造した。実施例３による粒界絶縁型キャパシタ内の誘電複合体は、前述した図２に相応する構造を有するが、前述した実施例２に比べて２次元ナノシートの比率が多少増加した構造を有するものであった。
【０１１５】
（実施例４）
粒界絶縁層のうち２次元ナノシートの比率が、９０体積％になるように調節したことを除いては、前述した実施例２と同一の過程を経て実施例４による粒界絶縁型キャパシタを製造した。実施例４による粒界絶縁型キャパシタ内の誘電複合体は、前述した図２に相応する構造を有するが、前述した実施例２、実施例３に比べて２次元ナノシートの比率が増加した構造を有するものであった。
【０１１６】
（実施例５）
チタン酸ストロンチウム（ＳｒＴｉＯ３）の製造段階において結晶粒の平均粒径が、約１００ｎｍになるように調節したことを除いては、前述した実施例１と同一の過程を経て実施例５による粒界絶縁型キャパシタを製造した。実施例５による粒界絶縁型キャパシタ内の誘電複合体は、前述した図１に相応する構造を有するものであった。
【０１１７】
（実施例６）
チタン酸ストロンチウム（ＳｒＴｉＯ３）の製造段階において結晶粒の平均粒径が、約３００ｎｍになるように調節したことを除いては、前述した実施例１と同一の過程を経て実施例６による粒界絶縁型キャパシタを製造した。実施例６による粒界絶縁型キャパシタ内の誘電複合体は、前述した図１に相応する構造を有するものであった。
【０１１８】
（実施例７）
粒界絶縁層の形成段階において、Ｃａ２Ｎａ２Ｎｂ５Ｏ１６の組成を有する２次元ナノシートに代えてＣａ２Ｎｂ３Ｏ１０の組成を有する２次元ナノシートを用いてチタン酸ストロンチウム（ＳｒＴｉＯ３）結晶粒をコートしたことを除いては、前述した実施例１と同一の過程を経て実施例７による粒界絶縁型キャパシタを製造した。実施例７による粒界絶縁型キャパシタ内の誘電複合体は、前述した図１に相応する構造を有するものであった。
【０１１９】
（実施例８）
チタン酸ストロンチウム（ＳｒＴｉＯ３）の代わりにチタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ３）結晶粒を製造したことを除いては、前述した実施例１と同一の過程を経て実施例８による粒界絶縁型キャパシタを製造した。実施例８による粒界絶縁型キャパシタ内の誘電複合体は、前述した図１に相応する構造を有するものであった。
【０１２０】
（比較例１）
出発原料としてＴｉＯ２とＳｒＣＯ３、及びドナー元素としてジスプロシウム（Ｄｙ）を混合して混合物を作製し、前記混合物をボールミリング処理してスラリーを作製した。製造されたスラリーを蒸発乾燥させた後にか焼し、酸素空孔を有するチタン酸ストロンチウム（ＳｒＴｉＯ３）を製造した。製造されたチタン酸ストロンチウム（ＳｒＴｉＯ３）結晶粒の平均粒径は、約２００ｎｍであった。
【０１２１】
その後、製造されたチタン酸ストロンチウム（ＳｒＴｉＯ３）結晶粒にアクセプタ元素としてマンガン（Ｍｎ）を添加した後、還元条件で焼結し、再び大気雰囲気で焼成して再酸化して誘電複合体を製造した。その後、誘電複合体の両側の面にＩｎ−Ｇａを塗布して電極を形成することによって、比較例１による粒界絶縁型キャパシタを製造した。
【０１２２】
比較例１による粒界絶縁型キャパシタは、前述した図１とは異なり、粒界絶縁層が２次元ナノシートを含まず、酸素空孔がないチタン酸ストロンチウム（ＳｒＴｉＯ３）とアクセプタ元素としてマンガン（Ｍｎ）を含むものであった。
【０１２３】
以下、実施例１〜実施例８、及び比較例１による粒界絶縁型キャパシタの組成及び諸般物性を下記表１に示す。
【０１２４】
【表１】
2018117126.tif 000006
【０１２５】
表１を参照すると、上記実施例１〜８による粒界絶縁型キャパシタの見掛け比誘電率は、結晶粒の平均粒径と２次元ナノシートの比率に比例する様相を示し、２次元ナノシートの組成によって変わる様相を示すことが確認できた。
【０１２６】
一方、実施例１の条件を次の通り、変更して下記実施例９、実施例１０、比較例２、比較例３による粒界絶縁型キャパシタをそれぞれ製造した。
【０１２７】
（実施例９）
チタン酸ストロンチウム（ＳｒＴｉＯ３）コア物質が、平均粒径を約１３００ｎｍになるように形成し、チタン酸ストロンチウム（ＳｒＴｉＯ３）コア物質の製造段階において、チタン酸ストロンチウム結晶粒にアクセプタ元素としてマンガン（Ｍｎ）を添加したことを除いては、前述した実施例１と同一の過程を経て実施例９による粒界絶縁型キャパシタを製造した。実施例９による粒界絶縁型キャパシタ内の誘電複合体には粒界絶縁層が、数十ｎｍの厚さで形成されていた。また、実施例９による粒界絶縁型キャパシタ内の誘電複合体は、前述した図２に相応する構造を有し、粒界絶縁層のうち２次元ナノシートの比率が８０体積％であった。ここで、実験の際に、実施例９、１０、比較例２、３の粒界絶縁層の厚さを具体的に計算まではしてみなかったが、ＳＥＭ、ＡＦＭイメージ測定結果から少なくとも厚さが数十ｎｍの範囲内に属することは確認されたため、「数十ｎｍ」と記載したのである。
【０１２８】
（実施例１０）
チタン酸ストロンチウム（ＳｒＴｉＯ３）コア物質が、平均粒径を約１０００ｎｍになるように形成し、チタン酸ストロンチウム（ＳｒＴｉＯ３）コア物質の製造段階において、チタン酸ストロンチウム結晶粒にアクセプタ元素としてマンガン（Ｍｎ）を添加したことを除いては、前述した実施例１と同一の過程を経てチタン酸ストロンチウム（ＳｒＴｉＯ３）コア物質を製造した。
【０１２９】
これと別に、出発原料としてＫ２ＣＯ３、ＳｒＣＯ３、Ｎｂ２Ｏ５を混合して混合物を作製し、前記混合物をペレットに成形した。得られたペレットを熱処理し、ＫＳｒ２Ｎｂ３Ｏ１０粉末を製造した。製造されたＫＳｒ２Ｎｂ３Ｏ１０粉末をＨＣｌ溶液又はＨＮＯ３溶液に入れて攪拌した後、ろ過してＨＳｒ２Ｎｂ３Ｏ１０粉末を得た。
【０１３０】
得られたＨＳｒ２Ｎｂ３Ｏ１０の粉末をＴＢＡＯＨ水溶液に入れて攪拌し、遠心分離して２次元ナノシートを得た。前記２次元ナノシートの組成は、Ｓｒ２Ｎｂ３Ｏ１０であった。製造された２次元ナノシートは、１．５ｎｍの平均厚さと５００ｎｍの平均粒径を有するものであった。
【０１３１】
その後、得られた２次元ナノシートを、陽イオン性化合物としてポリエチレンイミン（ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅｉｍｉｎｅ）を用いてチタン酸ストロンチウム（ＳｒＴｉＯ３）コア物質の結晶粒にコートすることによって、２次元ナノシートからなる粒界絶縁層を形成し、中間生成物を得た。そのため、前記中間生成物は、チタン酸ストロンチウム（ＳｒＴｉＯ３）コア物質からなるコアと、コアを囲む２次元ナノシートからなる粒界絶縁層構造を有するものであった（結晶粒コア−粒界絶縁層とも記す）。
【０１３２】
その後、前記結晶粒コア−粒界絶縁層を１％乾式Ｈ２雰囲気下、１２５０℃で還元焼結して結晶粒コア内のチタン酸ストロンチウムに酸素空孔を形成（ＳｒＴｉＯ３−δ）し、これを空気（ａｉｒ）雰囲気下、９００℃で再酸化して誘電複合体を製造した。その後、誘電複合体の両側の面にＩｎ−Ｇａを塗布して電極を形成することによって、実施例１０による粒界絶縁型キャパシタを製造した。実施例１０による粒界絶縁型キャパシタ内の誘電複合体には、粒界絶縁層が数十ｎｍの厚さで形成されていた。また、実施例１０による粒界絶縁型キャパシタ内の誘電複合体は、前述した図２に相応する構造を有し、粒界絶縁層のうち２次元ナノシートの比率が８０体積％であった。
【０１３３】
（比較例２）
チタン酸ストロンチウム（ＳｒＴｉＯ３）コア物質が、平均粒径を約１３００ｎｍになるように形成することを除いては、実施例１と同一の過程を経てチタン酸ストロンチウム（ＳｒＴｉＯ３）コア物質を製造した。
【０１３４】
その後、製造されたチタン酸ストロンチウム（ＳｒＴｉＯ３）結晶粒にアクセプタ元素としてマンガン（Ｍｎ）を添加した後、還元条件で焼結し、再び大気雰囲気で焼成して再酸化することによって、比較例２による粒界絶縁型キャパシタを製造した。比較例２による粒界絶縁型キャパシタ内の誘電複合体には、粒界絶縁層が数十ｎｍの厚さで形成されていた。
【０１３５】
比較例２による粒界絶縁型キャパシタは、前述した図１とは異なり、粒界絶縁層が、２次元ナノシートを含まず、酸素空孔がないチタン酸ストロンチウム（ＳｒＴｉＯ３）とアクセプタ元素としてマンガン（Ｍｎ）を含む。
【０１３６】
（比較例３）
チタン酸ストロンチウム（ＳｒＴｉＯ３）コア物質が、平均粒径を約１０００ｎｍになるように形成することを除いては、比較例２と同一の過程を経て、比較例３による粒界絶縁型キャパシタを製造した。比較例３による粒界絶縁型キャパシタ内の誘電複合体には、粒界絶縁層が数十ｎｍの厚さで形成されている。
【０１３７】
比較例３による粒界絶縁型キャパシタは、比較例２と同様に粒界絶縁層が２次元ナノシートを含まず、酸素空孔がないチタン酸ストロンチウム（ＳｒＴｉＯ３）とアクセプタ元素としてマンガン（Ｍｎ）を含むものであった。
【０１３８】
以下、実施例９、実施例１０、及び比較例２、比較例３による粒界絶縁型キャパシタの組成及び諸般物性を下記表２に示す。
【０１３９】
【表２】
2018117126.tif 000007
【０１４０】
前述した表１及び表２を共に参照すると、実施例９及び実施例１０による粒界絶縁型キャパシタは、前述した実施例１〜実施例８に比べて、結晶粒の平均粒径が増加したが、粒界絶縁層を形成する厚さもまた、約５ｎｍから数十ｎｍに増加したことが確認できた。
【０１４１】
一方、表２を参照すると、同一結晶粒の平均粒径を基準とするとき、粒界絶縁層が、２次元ナノシートを含有する実施例９及び実施例１０が、そうでない比較例２、比較例３に比べて優れる見掛け比誘電率を示すことが確認できた。
【０１４２】
また、実施例９及び実施例１０を参照すると、概ね類似の平均粒径を有する同一素材の結晶粒コア物質を用いても２次元ナノシートの素材が相異する場合、見掛け比誘電率は、相異する可能性があることが確認できる。これは、ナノシート素材の変化によって前述した数式１のεｒＡＰＰが変わるからである。
【０１４３】
以上、実施例について詳細に説明したが、権利範囲は、これに限定されず、次の特許請求の範囲で定義している基本概念を用いた当業者の様々な変形及び改良形態もまた権利範囲に属する。
【図１】
2018117126.tif 000009
【図２】
2018117126.tif 000010
【図３】
2018117126.tif 000011
【図４】
2018117126.tif 000012