The effect of the electrode type on the dielectric and piezoelectric properties of $Pb(Mg_{1/3}Nb_{2/3})O_3-PbZrO_3-PbTiO_3$ (PMN-PZT) single crystals was investigated in an effort to improve their properties for various piezoelectric applications. First, three different types of PMN-PZT single crystals [PMN-PZT-A (piezoelectrically soft type; dielectric constant ~ 10,000), PMN-PZT-B (piezoelectrically soft type; phase-transition temperature between the rhombohedral and tetragonal phases ($T_{RT}$) ~ $145^{\circ}C$), PMN-PZT-C (piezoelectrically hard type; high mechanical quality factor ($Q_m$) ~ 1,000)] were fabricated using the solid-state single crystal growth (SSCG) method. Then, four different types of electrodes [sputtered Au, sputtered Cr/Au, sputtered Ti/Au, and fired Ag] were formed on the single crystals, and their dielectric and piezoelectric properties were measured. The single crystals with a sputtered Ti/Au electrode showed the highest dielectric and piezoelectric constants but the lowest coercive electric field ($E_C$). The single crystals with a fired Ag electrode showed the lowest dielectric and piezoelectric constants but the highest coercive electric field ($E_C$). This dependence on the type of electrode was most significant in the piezoelectrically hard PMN-PZT-C single crystals. However, the effects of the electrode type on the phase transition temperatures ($T_C$, $T_{RT}$) and dielectric loss were negligible. These results clearly demonstrate that it is important to select an appropriate electrode so as to maximize the dielectric and piezoelectric properties of single crystals in each type of piezoelectric application.
무기EL 디스플레이는 고체재료에 전계를 가했을 때 발광하는 현상을 이용한소자로서, 급속도로 발전을 거듭하고 있으나, 유전체층에 강한전계를 가하여 발광하여야 하므로 낮은 Breakdown voltage와 효율의 한계로 인하여 휘도가 낮고 풀 컬러화 디스플레이 등 의 응용에는 적용되고 있지 못하는 실정이다. 본 연구에서는 강유전체 Perovskite 구조를 가지는 ABO3 물질 중 PMN(Lead Magnesium niobate) 과 PZT (Lead Zirconate titanate) 후막을 제조하여 Inorganic EL(Electro Luminance)에 적용하고 소자의 광전특성을 평가하였다. 소자에 사용된 기판은 고온소성에 알맞은 알루미나(Al2O3)기판을 채택 하였으며, 그 위 하부전극으로는 고온소성에 따른 화학적 안정성이 우수한 Au전극을 Screen Printing 하였다. 제조 되어진 PMN후막 페이스트는 PMN(Pb(Mg1/2 Nb2/3)O3) + Glass Frit(Pb-Zn-B) + BaTiO3(99.99%) 로 합성되었으며 하부전극위에 인쇄하였다. 그 다음 PZT sol-gel을 Spin coating으로 도포 하였다. 형광체로 ZnS:Cu.Cl 을 Screen Printing을로 형성하였으며, 평탄화를 위하여 유기물 충을 Screen Printing 공정으로 성막 하였다. 상부전극으로는 DC sputter로 ITO를 증착하여 EL소자 완성 후 Spectro - Chroma meter로 소자특성을 측정하였다. 평탄화를 통한 유기물층에 변화되는 Capacitance를 Oscilloscope로 전압 전류 pulse의 변화에 따른 opto-electronic 특성을 평가하였다.
Kim, Dae-Uk;Lee, Han-Bok;Hung, Nguyen Viet;Pham, Ky Nam;Han, Hyoung-Su;Lee, Jae-Shin
한국분말재료학회지
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제17권5호
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pp.404-408
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2010
The effects of high energy ball-milling (HEBM) on the sintering behavior and piezoelectric properties of 0.1 wt% $Li_2CO_3$ doped 0.8Pb($Mg_{1/3}Nb_{2/3}$)$O_3$-0.2Pb($Zr_{0.475}Ti_{0.525}$)$O_3$ (PMN-PZT) ceramics were investigated. It was found that HEBM treatment was quite effective to reduce the average particle size down to 300 nm, leading to increased density as well as enhanced piezoelectric properties of a sintered specimen even though prolonged HEBM resulted in unwanted secondary phases that caused a degradation of piezoelectric properties. The dielectric constant ($\varepsilon_r$), piezoelectric coupling factor ($k_p$) and piezoelectric constant $d_{33}$ of 0.1 wt% $Li_2CO_3$ doped PMN-PZT ceramics prepared via HEBM for 10 h reached 2040, 0.68 and 554 pC/N, respectively.
In this paper, in order to develop the composition ceramics with the outstanding piezoelectric properties, $Pb(Mg_{1/2}W_{1/2})_{0.03}(Ni_{1/3}Nb_{2/3})_{0.09}(Zr_{0.5}Ti_{0.5})_{0.88}O_3$ ceramics substituted with $BiFeO_3$ were prepared by the conventional solid-state reaction method. The addition of small amount of $Li_2CO_3$ and $CaCO_3$ as sintering aids decreased the sintering temperature of the ceramics. The effects of $BiFeO_3$ substitution on their piezoelectric and dielectric properties were investigated. when 0.015 mol $BiFeO_3$ was substituted, the optimal physical properties of $d_{33}=590pC/N$, $E_c=8.78kV/mm$ were obtained.
In this study, $(1-x)Pb(Mg_{1/2}W_{1/2})_{0.03}(Ni_{1/3}Nb_{2/3})_{0.09}(Zr_{0.5}Ti_{0.5})_{0.88}O_3+xCeMnO_3$ (x= 0~0.02) ceramics were prepared by Columbite precursor method. The phase structure, ferroelectric and piezoelectric properties were systematically investigated. It was found that PMW-PNN-PZT possessed superior electrical properties due to its composition close to the MPB (morphotropic phase boundary). Coercive electric field of 10.05 [kV/cm] and density of 7.88 [$g/cm^3$] were obtained when the substitution amount of $CeMnO_3$ is x=0.02. In contrast, specimens with x=0.01 showed the mechanical quality factor($Q_m$) of 1,091 and the electromechanical coupling factor($k_p$) of 0.613.
The purpose of this study is measured surface acoustic wave(SAW) characteristics to confirm utilization possibility as SAW sensor using new Pb(Mg$_{1}$3/Nb$_{2}$3/) $O_3$-PbTiO$_3$ (PMN-PT) piezoelectric substrate. We have tried to see if the material can be practically available as a new surface acoustic wave (SAW) biosensor to detect protein. The experimental results clarified that the frequency filtering of the central frequency of the PMN-PT substrate is a superior result to that of the LiTaO$_3$ (LT) substrate, but the result was not completely satisfactory. We know there is a problem in the design of inter-digital transducer (IDT) pattern. The waves transferred through the input terminal forms SAW which is sure to be transferred to the direction of the output terminal and the backward direction of the input terminal. This reflected wave is reiterated with SAW, which is transferred to the output direction, and so the frequency filtering gives a not good result. The electromechanical coupling coefficient of the PMN-PT substrate is excellent, and we can use it as a SAW sensor, in the near future, provided that there will be a new IDT design to increase the frequency filtering.
In order to investigate the effect of thickness on the dielectric and piezoelectric properties of (001) PMN-29PT single crystals, three different types of PMN-29PT samples were prepared using the solid-state single crystal growth (SSCG) method: high density crystal [99%], low density crystal [95%], and high density crystal doped with Mn [98.5%]. When their thickness decreased from 0.5 mm to 0.05 mm, their dielectric constant ($K_3{^T}$), piezoelectric constants ($d_{33}$ and $g_{33}$), and electromechanical coupling factor ($k_t$) decreased continuously. However, their dielectric loss (tan ${\delta}$) increased. The addition of Mn to PMN-PT induced an internal bias electric field ($E_I$), increased the coercive electric field ($E_C$), and prevented local depoling. Therefore, Mn-doped PMN-PT crystals show high stability as well as high performance, even in the form of very thin plates (< 0.2 mm), and thus are suitable for application to high frequency composites, medical ultrasound probes, non-destructive testing devices (NDT), and flexible devices.
In this paper, in order to develop the composition ceramics with the excellent dielectric properties, $Pb(Mg_{1/2}W_{1/2})_{0.03}(Ni_{1/3}Nb_{2/3})_{0.09}(Zr_{0.5}Ti_{0.5})_{0.88}O_3$ ceramics were fabricated by the conventional solid-state method. The effects of ZnO addition on their microstructure and piezoelectric properties were systematically investigated. The rhombohedral-tetragonal phase coexistence has been found in the ceramics without ZnO content and then with further increasing ZnO content, specimens exhibited tetragonal phase. The optimized ZnO content formed liquid phase and aided the grain growth of specimens. When 0.4 wt% ZnO was added, the optimal physical properties ($d_{33}=422pC/N$, $d_{31}=161pC/N$, ${\varepsilon}_r=1,905$, $k_p=0.55$, $Q_m=160$) were obtained.
완화형 강유전체인 0.9MPb*Mg$_{1}$3/Nb$_{2}$3/)O$_{3}$-0.1PbTiO$_{3}$에서 강유전-상유전 상전이에 수반되는 relaxation거동을 살펴보기위해 낮은 전계에서 측정된 유전특성과 높은 전계에서 측정된 전계유기 분극 거동 등을 조사하였다. -50-9$0^{\circ}C$의 상전이 온도범위에 걸쳐 1V/mm의 낮은 전계에서 측정된 유전특성의 온도의존성을 구하고 수 kVmm의 강전계하에서 발생된 분극의 온도의존성을 관찰하였다. 이 모든 결과들은 Vogel-Fulcher관계식에 비교적 정확하게 일치되었으며 그 결과 T$_{f}$ 는 294.6˚K로 나타났다. 본 연구결과를 통하여 Vogel-Fulcher관계식에 의한 주파수 의존성은 낮은 전계하에서의 유전특성 뿐 아니라 강전계하에서의 여러물성들도 동일하게 적용되는 것을 확인할 수 있었다.
The domain structures of annealed (001)-oriented $Pb(Mg_{1/3}Nb_{2/3})O_3-x%PbTiO_3$ (PMN-x%PT) crystals for x = 10, 20, 30, 35, and 40 at% were investigated by Polarized Optical Microscopy (POM) and Scanning Force Microscopy (SFM) in the piezoresponse mode. Both Polar Nano-Domains (PND) and long strip-like domains were clearly observed. The results also showed how the domain structure changed between phases with an increasing x in the PMN-x%PT crystals and the domain hierarchy on various length scales ranging from 40 nm to 0.1 mm. Distorted pseudo-cubic phase (x < 20%) consisted of PNDs that did not self-assemble into macro-domain plates. The rhombohedral phase (x = 30%) consisted of PNDs that began to self-assemble into colonies along preferred {110} planes. The monoclinic phase (x = 35%) consisted of miniature polar domains on the nm scale, whereas, the tetragonal phase (x = 40%) consisted of {001} oriented lamella domains on the mm scale that had internal nano-scale heterogeneities, which self-assembled into macro-domain plates oriented along {001} the mm scale.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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