Pr\ulcornerO\ulcorner-based ZnO varistors were fabricated in the range of $Y_2$O$_3$additive content from 0.5 to 4.0mol%, and its microstructure and electrical properties were investigated. Yttrium was distributed nearly in the grain boundaries and the cluster phase formed at nodal point but more in cluster phase. The average grain size was decreased markedly from 34.9 to 8.6${\mu}{\textrm}{m}$ with increasing $Y_2$O$_3$additive content. It is believed that the decrease of grain size is attributed to the formation of cluster phase and the weakening of driving force for liquid sintering. As a result, $Y_2$O$_3$was acted as the inhibitor of the grain growth. With increasing $Y_2$O$_3$additive content, the varistor voltage, the activation energy, and the nonlinear exponent increased whereas the leakage current decreased, especially 4.0mol% $Y_2$O$_3$-added varistor exhibited very good I-V characteristics; nonlinear exponent 87.42 and leakage current 46.77nA. On the other hand, as $Y_2$O$_3$additive content increases, the varistor showed tendency of the salient decrease for donor concentration and the increase for barrier height. Conclusively, it is estimated that ZnO:Pr varistor compositions added more than 2.0mol% $Y_2$O$_3$are to be used to fabricate useful varistors.
ZnO 바리스터는 다결정구조를 가지는 반도체 소자로 결정립과 입계의 미세구조 제어를 통해 비선형적인 전류/전압 특성을 가지기 때문에 서지(surge)전압으로부터 회로를 보호하는 역할을 한다. 이러한 ZnO 바리스터에서 원하는 전기적 물성을 얻기 위해서는 소결 공정에서 미세구조의 제어가 중요하다. 따라서 소결 공정에서 중요한 변수들과 소결체의 전기적 물성인 유전율로 구성된 데이터셋을 정의한 후 실험계획법 기반으로 데이터를 수집했다. 수집된 실험데이터셋을 기계학습 알고리즘에 학습하여 메타모델을 개발했고, 개발된 메타모델에 수치기반 최적화 알고리즘인 HMA(Hybrid Metaheuristic Algorithm)를 적용하여 최대 유전율을 가질 수 있는 공정조건을 도출했다. 이러한 메타모델 기반의 최적화를 다변수 시스템인 세라믹공정에 적용한다면 최소한의 실험만으로 최적 공정조건 탐색이 가능할 것으로 판단된다.
본 연구에서는 화재 감지 회로 등에 사용되는 ZnO 바리스터의 제조과정중 냉각 속도가 전기적 특성에 미치는 영향에 대하여 조사한 것이다. 냉각 속도의 변화에 따른 시편의 미세구조, 전압-전류 특성, 복합임피던스 측정을 하였다. 냉각 속도 $200^{\circ}$/h에서 비오옴계수나 바리스터 동작 전압의 최대치를 나타내었다. 이것은 냉각과정 중 형성된 결정입계에 성질에 의존됨을 알았다. 복합임피던스는 100Hz-13MHz의 주파수 범위에서 측정하였으며, 반원의 특성을 검토한 결과 결정립이나 결정입계의 저항이 냉각 속도에 크게 의존되고 있음을 확인하였다.
소형의 반도체와 회로로 구성되어진 전자기기는 뇌과전압으로부터 ZnO 바리스터, 지너다이오드, 가스방전관과 같은 서지보호장치 (SPDs)에 의해 보호되고 있다. 그러나 SPD의 제한전압은 SPD의 설치방법에 따라 커다란 영향을 받는다. 본 논문에서는 전원계통의 접지방식에 따른 SPD의 보호효과에 대하여 실험적으로 검토하였다. 독립접지는 SPD의 설치방법에 있어서 그다지 바람직하지 않다. 또한 가스방전관보다 ZnO 바리스터의 한 점을 공통접지하는 것이 더 효과적이다. SPD의 단자에 공통접지하는 것이 SPD의 설치방법에 있어서 가장 효과적임을 제안하였다.
The influence of $WO_3$ (0.5-4.0mol%) on the microstructural and electrical properties of ZnO varistors was investigated. The major part of a tungsten segregated to the nodal point. SEM, EDAX, and XRD analysis revealed that three phase, such as W-rich phase, Bi-rich phase, and spinel phase, coexist at the nodal point. The average grain size increased in the range of 15.5-29.9pm with increasing $WO_3$ content. This may be probably attributed to liquid phase formed by $WO_3$, $WO_3$ acted as promotion additive of grain growth. As $WO_3$ content increase, the varistor voltage greatly decreased in the range 186.82-35.87V/mm due to the increase of grain growth. The barrier height decreased in the range 1.93-0.42eV with increasing $WO_3$content.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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