Cho1, In-Hwan;Jo, Kyoung-Il;Choi, Jun Hyuk;Park, Hai-Woong;Kim, Chan-Joong;Jun, Byung-Hyuk
Korean Journal of Materials Research
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v.27
no.4
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pp.216-220
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2017
The effect of electron beam (EB) irradiation on the electrical properties of Zn-Sn-O (ZTO) thin films fabricated using a sol-gel process was investigated. As the EB dose increased, the saturation mobility of ZTO thin film transistors (TFTs) was found to slightly decrease, and the subthreshold swing and on/off ratio degenerated. X-ray photoelectron spectroscopy analysis of the O 1s core level showed that the relative area of oxygen vacancies ($V_O$) increased from 10.35 to 12.56 % as the EB dose increased from 0 to $7.5{\times}10^{16}electrons/cm^2$. Also, spectroscopic ellipsometry analysis showed that the optical band gap varied from 3.53 to 3.96 eV with increasing EB dose. From the results of the electrical property and XPS analyses of the ZTO TFTs, it was found that the electrical characteristic of the ZTO thin films changed from semiconductor to conductor with increasing EB dose. It is thought that the electrical property change is due to the formation of defect sites like oxygen vacancies.
The ferroelectric properties of Pb(Zr,Ti)O$_3$[PZT] films degrade when the films with Pt top electrodes are annealed in hydrogen containing environment. This is due to the reduction activity of atomic hydrogen that is generated by the catalytic activity of the Pt top electrode. At the initial stage of hydrogen annealing, oxygen vacancies are formed by the reduction activity of hydrogen mainly at the vicinity of top Pt/PZT interface, resulting in a shift of P-E (polarization-electric field) hysteresis curve toward the negative electric field direction. As the hydrogen annealing time increases, oxygen vacancies are formed inside the PZT film by the inward diffusion of hydrogen ions, as a result, the polarization degrades significantly and the degree of P-E curve shift decreases gradually. The direction and the magnitude of the remnant polarization in the PZT film affect the motion of hydrogen ions which determines the degradation of polarization characteristics and the shift in the P-E hysteresis curve of the PZT capacitor during hydrogen annealing. When the remnant polarization is formed in the PZT film by applying a pre-poling voltage prior to hydrogen annealing, the direction of the P-E curve shift induced by hydrogen annealing is opposite to the polarity of the pre-poling voltage. The hydrogen-induced degradation behavior of the PZT capacitor is also affected by the internal field that has been generated in the PZT film by the charges located at the top interface prior to hydrogen annealing.
This study investigates the effect of MnO2 and CuO as acceptor additives on the microstructure and piezoelectric properties of $0.96(K_{0.5}Na_{0.5})_{0.95}Li_{0.05}Nb_{0.93}Sb_{0.07}O_3-0.04BaZrO_3$, which has a rhombohedral-tetragonal phase boundary composition. $MnO_2$ and CuO-added $0.96(K_{0.5}Na_{0.5})_{0.95}Li_{0.05}Nb_{0.93}Sb_{0.07}O_3-0.04BaZrO_3$ ceramics sintered at a relatively low temperature of $1020^{\circ}C$ show a pure perovskite phase with no secondary phase. As the addition of $MnO_2$ and CuO increases, the sintered density and grain size of the resulting ceramics increases. Due to the difference in the amount of oxygen vacancies produced by B-site substitution, Cu ion doping is more effective for uniform grain growth than Mn ion doping. The formation of oxygen vacancies due to B-site substitution of Cu or Mn ions results in a hardening effect via ferroelectric domain pinning, leading to a reduction in the piezoelectric charge coefficient and improvement of the mechanical quality factor. For the same amount of additive, the addition of CuO is more advantageous for obtaining a high mechanical quality factor than the addition of $MnO_2$.
Kim, Yong-Ju;Cha, Seon-Yong;Lee, Hui-Cheol;Lee, Gi-Seon;Seo, Gwang-Seok
Journal of the Institute of Electronics Engineers of Korea SD
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v.38
no.5
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pp.329-337
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2001
It has been known that the leakage current in the low field region consists of the dielectric relaxation current and intrinsic leakage current, which cause the charge loss in dynamic random access memory (DRAM) storage capacitor using (Ba,Sr)TiO$_{3}$ (BST) thin film. Especially, the dielectric relaxation current should be seriously considered since its magnitude is much larger than that of the intrinsic leakage current in giga-bit DRAM operation voltage (~IY). In this study, thermally stimulated current (TSC) measurement was at first applied to investigate the activation energy of traps and relative evaluation of the density of traps according to process change. And, through comparing TSC to early methods of I-V or I-t measurement and analyzing, we identify the origin of the dielectric relaxation current and investigate the reliability of TSC measurement. First, the polarization condition such as electric field, time, temperature and heating rate was investigated for reliable TSC measurement. From the TSC measurement, the energy level of traps in the BST thin film has been investigated and evaluated to be 0.20($\pm$0.01) eV and 0.45($\pm$0.02) eV. Based on the TSC measurement results before and after rapid thermal annealing (RTA) process, oxygen vacancy is concluded to be the origin of the traps. TSC characteristics with thermal annealing in the MIM BST capacitor have shown the same trends with the current-voltage (I-V) and current-time (I-t) characteristics. This means that the TSC measurement is one of the effective methods to characterize the traps in the BST thin film.
Journal of the Microelectronics and Packaging Society
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v.8
no.1
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pp.27-32
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2001
The effect of $V_2O_5$, a donor-type dopant on the degradation of quality factor of ($Zr_{0.8}, Sn_{0.2})TiO_4$was compared with Ta$_2$O$_{5}$ doped ($Zr_{0.8}, Sn_{0.2})TiO_4$ in terms of microstructure, electrical conductivity, and oxidation state of the dopant. It is well known that the addition of the donor type species such as $Ta_2O_5,Nb_2O_5, Sb_2O_5, WO_{3}$, increases the quality factor of ($Zr_{0.8}, Sn_{0.2})TiO_4$due to decrease the oxygen vacancy concentration. Unlike other dopants, however, the addition of $V_2O_5$ decreased the quality factor. The degradation of quality factor of ($Zr_{0.8}, Sn_{0.2})TiO_4$was resulted from the formation of grain boundary phase and $V_2O_5$rich fiber shaped secondary phase, and the increasing the oxygen vacancy concentration due to unstability of oxidation state of vanadium ions in ($Zr_{0.8}, Sn_{0.2})TiO_4$ceramic.c.
Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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2016.11a
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pp.59-75
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2016
Reduced or black $TiO_{2-x}$ materials with oxygen-deficiency have been achieved by creating oxygen vacancies and/or defects at the surface using different methods. Fascinatingly, they exhibited an extended absorption in VIS and IR instead of only UV light with bandgap decrease from 3.2 (anatase) to ~1 eV. However, despite the dramatic enhancement of optical absorption in black $TiO_{2-x}$ materials, they have failed to show expected visible light-assisted water splitting efficiency. This was ascribed to the high concentration of the surface defects and/or oxygen vacancies, considered as an electron donor to enhance donor density and improve the charge transportation in black $TiO_2$ can also act as charge recombination centers, which eventually decrease photocatalytic activity. Therefore, a black ot reducd $TiO_2$ material with optimized properties would be highly desired for visible light photocatalysis. In this report, a new controlled magnesiothermic reduction has been developed to synthesize reduced black $TiO_{2-x}$ in the presence $H_2/Ar$ for photocatalytic $H_2$ production from methanol-water system. The material possesses an optimum band gap and band position, oxygen vacancies, and surface defects and shows significantly improved optical absorption in the visible and infrared region. The synergistic effects enable the reduced $TiO_{2-x}$ material to show an excellent hydrogen production ability along with long-term stability under the full solar wavelength range of light and visible light, respectively, in the methanol-water system in the presence of Pt as a co-catalyst. These values are superior to those of previously reported black $TiO_2$ materials. On the basis of all the results, it can be realized that the outstanding activity and stability of the reduced of $TiO_{2-x}$ NPs suggest that a balanced combination of different factors like $Ti^{3+}$, surface defects, oxygen vacancy, and recombination center is achieved along with optimized bandgap and band position during the preparation employing magnesiothermic reduction in the presence of $H_2$. The controlled magnesiothermic reduction in the presence of $H_2$ is one of the best alternative ways to produce active and stable $TiO_2-based$ photocatalyst for $H_2$ production.
Keu Hong Kim;Chang Kwon Kang;Jong Hwan Lee;Jae Shi Choi
Journal of the Korean Chemical Society
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v.31
no.4
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pp.301-307
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1987
The electrical conductivity of highly pure polycrystalline sample of $La_2O_3$ has been measured at temperatures from $600^{\circ}C$ to $1,050^{\circ}C$ and oxygen pressure range of $1{\times}10^{-6}$ torr to $1{\times}10^2$ torr. The defect structure and semiconductor type are investigated by measuring the temperature and oxygen pressure dependences of electrical conductivity. Sintered $La_2O_3$ exhibits the electrical conductivities in the range of $1{\times}10^{-9}\;to\;1{\times}10^{-3}\;ohm^{-1}{\cdot}cm^{-1}$ under the above oxygen pressures. The oxygen pressure dependences on electrical conductivity are characterized by 5.3 at $1,000^{\circ}C$ and 5.7 at $700^{\circ}C$ and more higher values of 9∼14 below $700^{\circ}C$. The increase in n value with decreasing temperature indicates that a simple conduction mechanism does not exist in this material. The conduction carriers are not metal vacancy but oxygen ion at lower pressures. The conduction data indicate a significant ionic conduction at lower temperatures and electronic conduction at higher temperatures.
Structure and optical properties of ZnO epilayers grown on oxygen- and hydrogen-plasma treated sapphire substrates by plasma-assisted molecular beam epitaxy (denoted as samples A and B, respectively) have been investigated by various techniques. The crystal quality and structural properties of the surface for the ZnO epilayers were investigated by high-resolution X-ray diffraction and atomic force microscope. For investigating the optical properties of excitonic transition of ZnO, we carried out photoluminescence experiments as a function of temperature. The free exciton, bound exciton emission and their phonon replicas were investigated as a function of temperature from 10 to 300 K, and the intensity of excitonic PL peak emission from the sample A is found to be higher than that of sample B. From the results, we found that sample A has better crystal structure quality and optical properties as compared to sample B. The number of oxygen vacancies may be decreased in sample A, resulting in an enhancement of the crystal quality and a higher intensity of excitonic emission band as compared to sample B.
To enhance the photocatalytic activities of WO3 photocatalysts, fluorine doping was performed to induce the oxygen vacancies. Both plasma and direct vaper fluorination were carried out for fluorine doping, and photocatalytic activities were examined by using methylene blue dye. Oxygen vacancies of the plasma and direct vaper fluorinated WO3 photocatalysts were measured to be 14.65 and 18.59%, which increased to about 23 and 56% at pristine WO3 photocatalysts. The degradation efficiency of methylene blue was also determined about 1.7 and 3.4 times higher than pristine WO3 photocatalysts, respectively, depending on oxygen vacancies increased. In addition, it was confirmed that the bandgap process energy decreased from 2.95 eV to 2.64 and 2.45 eV after fluorine doping. From this result, it is considered that the direct vaper fluorination has an advantage for increasing the photocatalytic activities of WO3 compared to that of the plasma fluorination.
The electrical conductuctivity measurements have been made on polycrystalline samples of various compositions in the $MgO-TiO_2$ system from 600 to $1100^{\circ}C$ under $Po_2$'s of $10^{-8}\;to\;10^{-1}$atm. Plots of log ${\sigma}$ vs. 1/T at constant $Po_2$ are found to be linear with the inflections, and the activation energies are 1.94eV for the intrinsic range and 0.48eV for the extrinsic range, respectively. The log ${\sigma}$ vs. log $Po_2$ curves are found to be linear at constant temperature, and the conductivity dependences of $Po_2$ are closely approximated by ${\sigma}\;{\alpha}\;Po_2^{-1/6}$ for the extrinsic and ${\sigma}\;{\alpha}\;Po_2^{-1/4}$ for the intrinsic range, respectively. The dominant defects in this system are believed to be oxygen vacancy for the extrinsic and $Ti^{3-}$ interstitial for the intrinsic range. The conduction mechanisms in both the extrinsic and the intrinsic ranges are proposed by the results of the electrical conductivity dependence on the oxygen partial pressure. Polaron model was suggested in the extrinsic region by the conductivity dependences of temperature and $Po_2$.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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