초록
2.5 및 5.0mol% cd로 도프된 ${\alpha}-Fe_2O_3$의 전기전도도를 300 ~ 900$^{\circ}$C의 온도 및 10$^{-7}$ ~ 10$^{-1}$atm의 산소분압에서 각각 측정하였다. Log ${\sigma}$를 1/T에 대하여 도시한 결과, 산소분압이 $5{\times}10^{-2}$ atm보다 높은 영역에서 외성전도도가 나타났다. 5.0mol% Cd로 도프된 시료의 경우, 550$^{\circ}$C의 온도에서 전이점이 나타났으며 활성화에너지는 본성영역에서 1.34 eV, 외성영역에서 0.50 eV이다. 외성영역은 산소분압이 $5{\times}10$^{-2}$ atm 보다 낮은 경우, 본성영역으로 전환되었다. 따라서 산소분압이 $5{\times}10$^{-2}$ atm보다 낮은 경우 Cd-doped ${\alpha}-Fe_2O_3$의 전기전도도는 불순물 첨가효과에 관계없이 본성을 나타낸다. 본성에서의 결함구조는 Fe${2+}$ 틈새이며 외성영역에서는 산소공위이다. 전기전도도 메카니즘이 두 영역에서 각각 제시되었으며 외성영역에서 전도띠 모델이 제안되었다.
The electrical conductivities of ${\alpha}-Fe_2O_3$ containing 2.5 and 5.0mol% of cadmium were measured from 300 to $900^{\circ}C$ under oxygen pressures of 10$^{-7}$ to 10$^{-1}$ atmosphere. Plots of log ${\sigma}$ vs. 10$^3$/T show the extrinsic conductivity at oxygen pressure higher than $5{\times}10$^{-2}$atm. The transition points appear at about 550$^{\circ}$C and the activation energies are 1.34 eV for the intrinsic region and 0.50 eV for the extrinsic region on 5mol% Cd-doped ${\alpha}-Fe_2O_3$. The extrinsic conductivity disappears at oxygen partial pressures lower than $5{\times}10$^{-2}$ atm, and the intrinsic conductivity predominates. The electrical conductivities decrease with increasing mol% of cadmium doped. The predominant defect of ${\alpha}-Fe_2O_3$ doped with Cd is believed to be Fe${2+}$ interstitial for the intrinsic, however, oxygen vacancy predominates for the extrinsic region. The electrical conduction mechanisms are proposed and the conduction band model is suggested for the extrinsic region.