켄텍, MLCC 핵심소재 첨가제 정량 분석기술 개발 송대웅 기자 sdw0918@gwangnam.co.kr

2026년 05월 26일(화) 18:41

오상호 한국에너지공과대 교수팀(오른쪽)이 삼성전기와의 공동연구를 통해 적층세라믹커패시터 (MLCC) 핵심 소재 내 첨가제가 어떤 원자 자리를 얼마나 점유하는지를 정량적으로 분석하는 방법을 개발했다.

켄텍, MLCC 핵심소재 첨가제 정량 분석기술 개발

오상호 교수팀, 삼성전기와 공동연구…원자 단위 정량 분석 제시



한국에너지공과대학교 (켄텍)는 오상호 교수팀이 삼성전기와의 공동연구를 통해 적층세라믹커패시터 (MLCC) 핵심 소재 내 첨가제가 어떤 원자 자리를 얼마나 점유하는지를 정량적으로 분석하는 방법을 개발했다고 26일 밝혔다.

‘MLCC’는 스마트폰, 전기차, 각종 전자기기 등에 폭넓게 쓰이는 핵심 부품이다. 이 부품의 성능을 높이기 위해서는 바륨타이타네이트(BaTiO3)와 같은 세라믹 소재에 다양한 첨가 원소를 넣어 전기적 특성과 신뢰성을 조절한다. 그러나 같은 첨가제라도 결정 구조 안에서 바륨(Ba) 자리와 티타늄(Ti) 자리 가운데 어디에 들어가느냐에 따라 소자의 특성이 달라질 수 있어 첨가제가 실제로 어느 위치에 들어가는지 정확히 파악하는 일이 중요하다.

이번 연구는 그중 희토류 첨가제인 디스프로슘(Dy)에 주목했다.

연구팀은 원자 단위 주사투과전자현미경-X선 분광 분석(STEM-EDS)을 활용해 첨가제의 위치를 관찰했다. 하지만 기존 분석에는 한계가 있었는데 전자빔이 특정 원자 열을 따라 더 강하게 집중되는 ‘채널링’ 현상 때문이다. 실제보다 특정 자리에 첨가제가 더 많이 존재하는 것처럼 보이는 왜곡이 발생했다. 죽, 원자 단위로 보는 것은 가능했지만, 이를 정확한 수치로 정량화 하는데는 어려움이 있었다.

연구팀은 이 문제를 실험과 물리 기반 시뮬레이션의 결합으로 해결했다. 전자빔이 각 원자 자리에서 어떻게 움직이고, 그 결과 X선 신호가 얼마나 달라지는지를 계산해 측정값의 왜곡을 보정하는 방법을 개발한 것이다. 이를 통해 실제 MLCC 소자의 BaTiO3 결정 단면에서도 첨가제가 어떤 원자 자리를 얼마나 점유하는지를 보다 정확하게 분석할 수 있는 새로운 정량 분석법을 제시했다.

이 분석법을 산업용 MLCC용 시료 3종에 적용한 결과, 디스프로슘(Dy)은 바륨(Ba) 자리와 티타늄(Ti) 자리를 모두 점유했지만 바륨 자리에 들어가는 비율이 티타늄 자리보다 약 2배 높게 나타났다. 또 전기 전도 특성을 함께 분석한 결과, 소자 성능 차이는 첨가제가 어느 자리를 점유하는지 뿐 아니라 첨가제의 양과 결정 내부 특정 미세구조에서의 분포 범위와도 밀접한 관련이 있는 것으로 확인됐다.

이번 연구는 MLCC 분야에서 오랫동안 난제로 남아 있던 ‘원자 단위 첨가제 정량 분석’의 길을 열었다는 점에서 의미가 크다. 연구팀이 개발한 분석법은 앞으로 MLCC는 물론, 다른 기능성 산화물과 차세대 전자재료에서 첨가 원소의 위치와 농도를 정밀하게 검증하는 데에도 활용될 것으로 기대된다. 연구 결과는 재료 분야 국제학술지 Acta Materialia에 게재됐다.

오상호 교수는 “이번 연구는 MLCC 핵심 소재에 들어간 첨가제가 실제로 어느 원자 자리를 얼마나 점유하는지 원자 단위로 정량 분석할 수 있는 길을 제시했다”며 “그동안 원자분해능 분석의 한계로 지적돼 온 전자빔 채널링 왜곡을 물리 기반 시뮬레이션과 보정 기법으로 해결한 것이 핵심”이라고 밝혔다.