In this study, we investigated the effects of Cr dopant (1.0 at% $Cr_2O_3$ sintered at $1000^{\circ}C$ for 1 h in air) on the bulk trap (i.e. defect) and interface state levels of ZnO using dielectric functions ($Z^*$, $M^*$, $Y^*$, $\varep...
In this study, we investigated the effects of Cr dopant (1.0 at% $Cr_2O_3$ sintered at $1000^{\circ}C$ for 1 h in air) on the bulk trap (i.e. defect) and interface state levels of ZnO using dielectric functions ($Z^*$, $M^*$, $Y^*$, $\varepsilon^*$, and $tan{\delta}$), admittance spectroscopy (AS), and impedance-modulus spectroscopy (IS & MS). For the identification of the bulk trap levels, we examine the zero-biased admittance spectroscopy and dielectric functions as a function of frequency and temperature. Impedance and electric modulus spectroscopy is a powerful technique to characterize grain boundaries of electronic ceramic materials as well. As a result, three kinds of bulk defect trap levels were found below the conduction band edge of ZnO in 1.0 at% Cr-doped ZnO (Cr-ZnO) as 0.11 eV, 0.21 eV, and 0.31 eV. The overlapped defect levels ($Zn^{..}_i$ and $V^{\cdot}_0$) in admittance spectra were successfully separated by the combination of dielectric function such as $M^*$, $\varepsilon^*$, and $tan{\delta}$. In Cr-ZnO, the interfacial state level was about 1.17 eV by IS and MS. Also we measured the resistance ($R_{gb}$) and capacitance ($C_{gb}$) of grain boundaries with temperature using impedance-modulus spectroscopy. It have discussed about the stability and homogeneity of grain boundaries using distribution parameter ($\alpha$) simulated with the Z"-logf plots with temperature.
In this study, we investigated the effects of Cr dopant (1.0 at% $Cr_2O_3$ sintered at $1000^{\circ}C$ for 1 h in air) on the bulk trap (i.e. defect) and interface state levels of ZnO using dielectric functions ($Z^*$, $M^*$, $Y^*$, $\varepsilon^*$, and $tan{\delta}$), admittance spectroscopy (AS), and impedance-modulus spectroscopy (IS & MS). For the identification of the bulk trap levels, we examine the zero-biased admittance spectroscopy and dielectric functions as a function of frequency and temperature. Impedance and electric modulus spectroscopy is a powerful technique to characterize grain boundaries of electronic ceramic materials as well. As a result, three kinds of bulk defect trap levels were found below the conduction band edge of ZnO in 1.0 at% Cr-doped ZnO (Cr-ZnO) as 0.11 eV, 0.21 eV, and 0.31 eV. The overlapped defect levels ($Zn^{..}_i$ and $V^{\cdot}_0$) in admittance spectra were successfully separated by the combination of dielectric function such as $M^*$, $\varepsilon^*$, and $tan{\delta}$. In Cr-ZnO, the interfacial state level was about 1.17 eV by IS and MS. Also we measured the resistance ($R_{gb}$) and capacitance ($C_{gb}$) of grain boundaries with temperature using impedance-modulus spectroscopy. It have discussed about the stability and homogeneity of grain boundaries using distribution parameter ($\alpha$) simulated with the Z"-logf plots with temperature.
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문제 정의
또한 표 1에는 그림 2에서 추출한 결함 준위를 요약한 것으로 AS에서 구한 결함 준위를 비료를 목적으로 함께 제시하였다. 그림 2(A), (B) 와같이 P1과 P2 피크의 위치는 각 유전함수에 따라 다르게 나타난다.
제안 방법
Cr을 첨가한 ZnO의 벌크 트랩(또는 결함) 준위를 조사.하기 위하여 admittance spectroscopy (zero de bias)를 사용하였다[10].
C「203를 LO at% 첨가한 ZnO(CLZn6에서 발현하는 결함과 입계 특성에 대하여 admittance spectroscopy, 각종 유전함수, impedance-modulus spectroscopy 및 분포함 수의 분포 파라미터(a)를 이용하여 분석한 결과 다음과 같은 결론을 얻었다.
MS)를 이용하여 조사하였다. 결함의 종류에 대한 정확한 분석을 위하여 사용한 각 유전함수의 병행 사용이 갖는 유용성과 주파수/온도 변수를 이용하여 입계 전위장벽의 안정성과 균일성에 대하여 고찰하였다.
따라서 본 실험에서는 ZnO에 Cr을 1 at% 첨가함에 따라 발현되는 결함과 그 입계 특성에 대하여 admittance spectroscopy와 각종 유전함수 (dielectric functions) 및 impedance-modulus spectroscopy(IS & MS)를 이용하여 조사하였다. 결함의 종류에 대한 정확한 분석을 위하여 사용한 각 유전함수의 병행 사용이 갖는 유용성과 주파수/온도 변수를 이용하여 입계 전위장벽의 안정성과 균일성에 대하여 고찰하였다.
1/T에서 그 기울기 (= -玖次) 로부터 Ebt를 구하고, 절편 ln(2gA*o„/e)로부터 on 을 구하였다. 이를 위한 측정에는 H頂4194A를 이용하여 78 -400 K까지 1.0 K/min의 속도로 승온하면서 2 K 간격으로 7개의 특정 주파수(1~5 MHz)를 정하여 각각의 conductance(G)를 측정하였다.
20 eV)보다 높은 결함 중심이고, 200~400 K까지 넓은 피크폭을 가지는 것으로 보아 두 결함이 겹쳐 나타나는 현상으로 판단된다. 이에 대한 보다 자세한 분석을 위하여 각종 유전함수를 적용해 보았다.
또한 ZnO에 Cr을 첨가함에 따라 입계 전위 장벽의 균일성 및 온도에 대한 안정성 평가를 위하여 분포 함수[13]를 사용하였다. 상온 이상에서의 입 계 특성에 대한 분포 파라미 터 (distribution parameter, a) 즉, heterogeneity factor ( a -factor) 는 측정한 Z'-logf plot으로부터 Cole-Cole 모델을 적용하여 식 (13) 으로 얻는다[13, 14].
분포 함수[13]를 사용하였다. 상온 이상에서의 입 계 특성에 대한 분포 파라미 터 (distribution parameter, a) 즉, heterogeneity factor ( a -factor) 는 측정한 Z'-logf plot으로부터 Cole-Cole 모델을 적용하여 식 (13) 으로 얻는다[13, 14].
0 mm 두께로 만든 후 양면에 ohmic contact용 Ag paste를 직경이 6 mm, 가 되게 실크 스크린으로 도포하여 소성로에 넣고 600笆에서 10분 열처리하여 준비하였다. 특성 측정에는 일반적인 2 단자 법을 사용하였다.
조사.하기 위하여 admittance spectroscopy (zero de bias)를 사용하였다[10]. 각 결함 준위의 고유 완화시간(弓)은 다음과 같이 주어진다.
성능/효과
31 eV)에 해당하는 3종류의 결함이 관찰되었으며, admittance spectra에서 나타난 결함(027 eV) 은 衣;.'와 咋의 두결함이 중첩된 결과로 나타난 현상임을 각종 유전함수를 이용하여 효과적으로 분리*확인할 수 있었다. Cr-ZnO의 입계 저항은 온도가 높아짐에 따라 log scale로 낮아졌으며, 입계정전용량은 ~38 pF에서 소폭으로 낮아지는 경향을 보였다.
'와 咋의 두결함이 중첩된 결과로 나타난 현상임을 각종 유전함수를 이용하여 효과적으로 분리*확인할 수 있었다. Cr-ZnO의 입계 저항은 온도가 높아짐에 따라 log scale로 낮아졌으며, 입계정전용량은 ~38 pF에서 소폭으로 낮아지는 경향을 보였다. ZnO에 S2O3를 첨가함에 따라 입계 전위장벽은 L17 eV로 나타났으며, 순수한 ZnO보다 주위 산소와 온도에 대하여 그 안정성과 균일 성이 향상됨을 알 수 있었다.
Cr-ZnO의 입계 저항은 온도가 높아짐에 따라 log scale로 낮아졌으며, 입계정전용량은 ~38 pF에서 소폭으로 낮아지는 경향을 보였다. ZnO에 S2O3를 첨가함에 따라 입계 전위장벽은 L17 eV로 나타났으며, 순수한 ZnO보다 주위 산소와 온도에 대하여 그 안정성과 균일 성이 향상됨을 알 수 있었다.
따라서 ZnO에 Cr을 1 at% 첨가한 Cr-ZnO의입계는 순수한 ZnO보다 주위 분위기(산소 등) 와온도에 대한 안정성이 높아지고 보다 균일해짐을 알 수 있다.
후속연구
뿐만 아니라 본 연구에서와같이 다소 한정된 몇 가지 측정 방법이 사용되었지만 전자 세라믹 재료에서 결함 준위 등을 결정할 때 다양한 측정 방법들을 함께 사용하면 보다 정확한 분석이 가능함을 알 수 있다.
참고문헌 (15)
G. Neumann, 'Current Topics in Materials Science Vol. 7', North-Holland, Amsterdam, p. 153, 1981
S. J. Pearton, D. P. Norton, K. Ip, Y. W. Heo, and T. Steiner, 'Recent progress in processing and properties of ZnO', Superlattices and Microstructures, Vol. 34, No. 1-2, p. 3, 2003
M. H. Sukker and H. L. Tuller, 'Advances in Ceramics, Vol. 7', Am. Ceram. Soc., Columbus, p. 71, 1983
J. Han, P. Q. Mantas, and A. M. R. Senos, 'Defect chemistry and electrical characteristics of undoped and Mn-doped ZnO', J. Euro. Ceram. Soc., Vol. 22, No. 1, p. 49, 2002
B. K. Meyer, H. Alves, D. M. Hofmann, W. Kriegseis, D. Forster, F. Bertram, J. Christen, A. Hoffmann, M. Straßburg, M. Dworzak, U. Haboeck, and A. V. Rodina, 'Bound exciton and donor-acceptor pair recombinations in ZnO', Phys. Stat. Sol. B, Vol. 241, No. 2, p. 231, 2004
K. Sato and H. Katayama-Yoshida, 'First principles materials design for semiconductor spintronics', Semicond. Sci. Technol., Vol. 17, No. 4, p. 367, 2002
S. Singh, E. S. Kumar, and M. S. Ramachandra Rao, 'Microstructural, optical and electrical properties of Cr-doped ZnO', Scripta Materialia, Vol. 58, No. 10, p. 866, 2008
F. Greuter and G. Blatter, 'Electrical properties of grain boundaries in polycrystalline compound semiconductors', Semicond. Sci. Technol., Vol. 5, No. 2, p. 111, 1990
R. Gerhardt, 'Impedance and dielectric spectroscopy revisited: Distinguishing localized relaxation from long-range conductivity', J. Phys. Chem. Solids, Vol. 55, No. 12, p. 1491, 1994.
K. A. Abdullah, A. Bui, and A. Loubiere, 'Low frequency and low temperature behavior of ZnO-based varistor by ac impedance measurements', J. Appl. Phys., Vol. 69, No. 7, p. 4046, 1991
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