광대역 안테나용 Co2Z-type ferrite의 합성에 관한연구

Abstract

최근 정보기술(Information Technology)의 발전으로 정보의 생산과 전달, 보존을 위한 전자기기의 안테나 사용이 증가하면서 그 영역을 확장하고 있을 뿐만 아니라 사용 주파수 대역을 확장함과 동시에 소자의 고주파 화, 소형화를 요구 하고 있다. 때문에 이를 가능케 하는 기능성 소재로 연자성 재료인 페라이트가 주목받고 있다. 현제 대표적인 연자성 재료인 페라이트에는 NiZn-ferrites가 사용되고있다. 그러나 NiZn ferrite와 같은 spinel ferrite는 Sneok's limit에 의해 작동 주파수가 수백 MHz 영역으로 제한되어 있으며 GHz 영역에서는 사용이 불가능하다[1]. 반면 hexagonal 구조인 Ba ferrite는 수 GHz 영역까지 사용이 가능하다[2]. GHz 영역에서 사용 가능한 안테나용 재료로서 glass 재질의 저유전율 소재도 있다. 그러나 기존에 사용된 저유전율 소재는 투자율이 약 1~2 정도로 매우 낮기 때문에, GHz 영역에서 사용이 가능하고 저유전율 소재에 비해 높은 투자율을 갖는 Ba-ferrte를 고주파용 재료로 사용하기 위한 연구가 진행되고 있다. 본 연구에서는 광대역이면서 고주파용 안테나 소자로서 응용 가능한 바륨 페라이트를 개발하고자 열처리 온도 및 조성을 제어함으로써 GHz 영역에서 우수한 전자기적 특성을 갖는 Ba ferrite중 Co가 치환된 Co2Z type Ba ferrite의 합성에 관한 연구를 수행하였다. 제조방법은 일반적으로 화학적인 Sol-gel 법이나 Citric acid 방법에 비해 공정이 간단하고 생산비용이 적으며 대량생산이 가능한 고상법(Solid State Reaction Method)을 사용하였다. XRD(X-Ray diffractormeter)를 이용하여 상분석을 하고 SEM(Scanning-Electron Microscope)으로 미세구조와 입자 크기를 관찰하고 VSM(Vibrating Sample Magnetometer)과 임피던스 어널라이저(Impedance Analyzer)를 통하여 자성특성을 분석하였다. 분석을 통해 Ba3Co2Fe24O41 ferrite의 최적화를 달성했지만, 안테나 소자에의 적용을 simulation을 통해 관찰한 결과 투자율을 조절할 필요가 있어서 추가 실험으로 다른 이온의 첨가로 투자율 변화를 관찰하였다.; Soft magnetic ferrites with a spinel structure have been extensively used in many surface mounting electronic devices because they show high permeability in the radio frequency, high electrical resistivity, mechanical hardness and chemical stability. Moreover, the production cost of these ferrites is very cheap compared with that of other magnetic materials. Unfortunately, these ferrites with a spinel structure cannot be used in devices operating in hyper frequency range (300-1000 MHz) [1.2], which is well known as Sneoek's limit [3]. Due to the frequency limit of the ferrites with a spinel structure, hexaferrites, especially Co2Z-type hexaferrite, have been attracted much attention for microwave devices and mini-antennae operating in 300-1000 MHz region for digital multimedia broadcasting and RFIDs. In this experiment, Co2Z-type ferrite has been fabricated by a solid state reaction method. The result of the antenna simulation was showed that have a high ferromagnetic resonance but low initial permeability. Thus, we investigated the substitution of Zn, Fe ion at Co site and Fe site. As a result, the substitution of divalent ion can increase the initial permeability without any substitution of sintering aid effectively. The range of initial permeability is 8~20 and ferromagentic resonance frequency being prospect 1.5GHz more.