Polarity Engineering in Polycrystalline ZnO Varistor Using Inversion Boundary

Inversion boundary를 이용한 ZnO 바리스타 극성 제어

ZnO는 비선형 전류전압 특성으로 인해 급작스런 과전류로부터 회로를 보호하는 바리스터로 널리 사용되고 있다. 이러한 바리스터의 전기적 특성 및 미세조직을 제어하기 위하여 다양한 첨가물을 넣은 ZnO 바리스터의 미세구조에는 대부분의 입자에 wurtzite 구조의 결정학적 극성이 바뀌는 inversion boundary (IB)가 존재한다. ZnO의 비선형 전류전압 특성이 반도성의 ZnO 입자간 계면에 형성되는 쇼트키 장벽에 기인함을 감안할 때 계면의 결정화학적 특성에 영향을 주는 IB에 대한 이해는 필수적이다. 본 연구에서 IB가 ZnO 바리스터의 성능에 미치는 영향을 규명하기 위하여 ZnO-$Bi_2O_3$에 각각 $Sb_2O_3$ 또는 $TiO_2$ 를 첨가하여 결정학적 특성이 서로 상반되는 IB를 유도하였고, 첨가량을 조절하여 모든 입자가 IB를 가지도록 하였다. 화학 에칭을 한 시편의 SEM 관찰을 통해 입자의 형상, 크기, 분포 및 IB의 결정학적 특성 등을 분석하였다. 각 시편의 바리스터 특성은 임피던스의 온도 의존성과 상온에서의 전류-전압 특성을 통해 평가하였다. 관찰된 전기적 특성들을 입내 IB의 결정학적 구조와 이로부터 결과되는 입계면의 극성의 차이를 통해 해석하고자 한다.