産総研、MLCC内部の誘電層と電極層を薄層化：交互積層プロセス技術を開発

産業技術総合研究所（産総研）は、誘電層に用いるチタン酸バリウム（BTO）の立方体単結晶（ナノキューブ）単層膜と、電極層として用いる多層グラフェン膜を、交互に積層するプロセス技術を開発した。積層セラミックコンデンサー（MLCC）内部の誘電層と電極層を大幅に薄層化できるという。

[馬本隆綱，EE Times Japan]

誘電層にBTOナノキューブを、電極層に多層グラフェンを採用

　産業技術総合研究所（産総研）極限機能材料研究部門の板坂浩樹研究員、劉崢上級主任研究員、三村憲一主任研究員、濱本孝一研究グループ長は2023年9月、誘電層に用いるチタン酸バリウム（BTO）の立方体単結晶（ナノキューブ）単層膜と、電極層として用いる多層グラフェン膜を、交互に積層するプロセス技術を開発したと発表した。積層セラミックコンデンサー（MLCC）内部の誘電層と電極層を大幅に薄層化できるという。

　産総研はこれまで、水熱法を用いBTOナノキューブの合成に成功し、厚み約20nmの単層膜を作製してきた。今回は、BTOナノキューブ単層膜を、MLCC内部の誘電層として応用できるよう、電極層との交互積層化技術を開発することにした。

　今回の研究では、約20nmサイズのBTOナノキューブを二次元的に規則配列させた単層膜と、厚みが2〜3nmの多層グラフェンを交互に重ね合わせるためのプロセス技術を開発した。具体的には、BTOナノキューブ単層膜を下部電極基板に転写し、その上にシート状の多層グラフェンを転写する工程を繰り返し行った。これにより、グラフェン／BTOナノチューブ単層膜を交互に積層した構造を作製することが可能となった。

開発した積層構造の模式図［クリックで拡大］ 出所：産総研

今回作製したグラフェン／BTOナノキューブ単層膜交互積層構造の断面観察写真［クリックで拡大］ 出所：産総研

　従来プロセスでは、BTO粉末と金属粉末を交互に積層し、1000℃を超える高温で焼き固めていた。この方式で作製したMLCC内部の積層構造に比べ、新たに開発した交互積層プロセス技術を用いると、その厚みは誘電層で10分の1以下、電極層で100分の1以下に、それぞれ薄層化できるという。