In order to improve the dielectric properties of MLCCs, many studies have been conducted over the past several decades on the doping effect on dielectric properties and defect chemistry of barium titanate (BaTiO$_3$) bulk ceramic. In particular, dielectric properties of trivalent rare-earth doped BaTiO$_3$ bulk have been mainly characterized which is synthesized and doped through solid-state reaction or sintered with rare-earth oxide. However, as the fine particle is required for the thin dielectric layer less than 150 nm due to miniaturization of electronic devices, fine powder coated or doped with a rare-earth material is needed. Accordingly, doped barium titanate bulk ceramic synthesized by hydrothermal method, which facilitates synthesis of fine particles less than 100 nm have been characterized. However, research on powder characterization is insufficient. In this work, we synthesized BaTiO$_3$ nanoparticles with La$^{3+}$
and Nd$^{3+}$ precursors, which are expected to be doped into Ba-site, and were characterized through X-ray diffraction and spectroscopic analysis. Unlike La$^{3+}$, Nd$^{3+}$ was not incorporated into BaTiO$_3$ lattice, and the much smaller ionic radius of Nd$^{3+}$ than Ba$^{2+}$ may result in difference in incorporation behaviors. Analysis of heat-treated BaTiO$_3$ powder showed that there are La$^{3+}$ based amorphous impurities which can be additionally incorporated during the sintering process.
지난 수십년 동안 MLCC의 유전 특성을 개선하기 위해, 도핑된 티탄산바륨 소결체의 유전 특성과 결함 특성에 관한 많은 연구가 이루어져 왔다. 특히 3가 희토류 원소가 도핑된 티탄산바륨 분말을 고상법으로 합성하거나, 소결과정에서 희토류 산화물을 첨가하여 도핑하는 방법을 주로 사용하고 있다. 하지만, 전자기기의 소형화 추세에 따라 150 nm 이하의 MLCC 유전층을 위한 분말의 미립화가 요구되면서, 희토류 물질의 코팅 혹은 도핑된 미립분말의 합성이 요구되고 있다.
이에 따라 분말의 미립화가 용이한 수열법으로 도핑 및 합성된 티탄산바륨 소결체의 유전특성이 일부 평가되어 왔지만, 분말상태에서의 도핑여부와 결함특성에 관한 연구는 부족한 상황이다. 본 연구에서는 바륨위치에 도핑되는 란타넘과 네오디뮴 전구체를 이용하여 티탄산바륨 분말을 수열법으로 도핑 및 합성했으며, X-ray 회절 분석과 분광 분석을 통해 두 분말의 특성을 비교 분석했다. 란타넘 이온은 티탄산바륨 분말에 도핑되었지만, 네오디뮴 이온은 도핑되지 않았으며, 두 이종원소간 도핑 거동 차이의 원인을 이온크기로 판단했다. 분말의 열처리를 통해 란타넘 물질로 추정되는 비정질 물질의 존재를 확인했으며, 이는 소결시 추가적으로 도핑될 것으로 기대된다.