High-dielectric thin films are crucial materials that determine the performance of charge storage devices in electronic circuits, particularly in embedded capacitors where they are realized through composite films of polymers and high-dielectric ceramic fillers. As an efficient fabrication method, polystyrene@barium titanate (PS@BT) particles were synthesized, arranged into layers via drop casting, and then thermally fused to form high-dielectric composite films. Cross-sectional observations of the composite films revealed that BT particles were uniformly distributed within the PS matrix without any layer separation or agglomeration. Dielectric property investigations showed that thin films with BT contents of 55.6 wt% (PS@BT-1) and 65.7 wt% (PS@BT-2) exhibited dielectric constants of 30.9 and 36.2, respectively, with leakage current densities of 5.98 and 496 nA/cm². It was confirmed that a percolation point for leakage current existed between these BT content levels. For the PS@BT-1 film, which demonstrated a high breakdown voltage of 126 V/µm, an energy storage density of 2.17 J/cm³ was achieved.

고유전 박막은 전자회로의 전하저장 소자의 성능을 결정하는 중요한 소재로서, 임베디드 커패시터에서는 고분자와 고유전 필러의 복합막을 통해 구현된다. 이에 대한 효율적인 제조 방법으로서, 폴리스타이렌@바륨타이타네이트(PS@BT) 입자를 제조하고 이를 배열한 층을 드롭 캐스팅으로 형성한 후 열적으로 융합하여 고유전 복합막을 형성하였다. 복합막의 단면 관찰에 의하면 BT 입자는 PS 매트릭스와의 층분리나 응집 없이 균일하게 분포된 막을 형성할 수 있음을 확인하였다. 유전특성 조사에서는 BT 함량 55.6 wt%(PS@BT-1)와 65.7 wt%(PS@BT-2)인 박막에 대해 각각 30.9과 36.2의 유전상수값을 얻을 수 있었고, 누설전류밀도는 각각 5.98과 496 nA/cm²를 나타내었다. 두 BT 함량 사이에서 누설전류의 퍼콜레이션 포인트(percolation point)가 형성됨을 확인할 수 있었다. 126 V/μm의 높은 절연파괴전압을 나타내는 PS@BT-1 박막에 대해서는 2.17 J/cm³의 에너지 저장밀도를 확보하였다.

Keywords: polymer, barium titanate, high-dielectric, capacitor, nanocomposites.