[논문]Sb2O3 첨가제가 ZnO 배리스터의 전기적 특성에 미치는 영향

김용혁

doi:10.5370/kiee.2016.65.10.1697

Sb2O3 첨가제가 ZnO 배리스터의 전기적 특성에 미치는 영향
The Effect of Sb2O3 Additive on the Electrical Properties of ZnO Varistor 원문보기

전기학회논문지 = The Transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers, v.65 no.10, 2016년, pp.1697 - 1701

김용혁 (Dept. of Electrical Engineering, Gachon University)

Abstract ▼ AI-Helper

The leakage conduction and critical voltage characteristic of ZnO ceramic were investigated as a function of $Sb_2O_3$ concentration. Leakage conduction in the ohmic region increased with increasing $Sb_2O_3$ concentration and was attributed to the potential barrier height. The nonlinear coefficient increased with an increasing amount of $Sb_2O_3$. It was found that increases in the apparent critical voltages were associated with the lowered donor concentration in the grain boundary of between two ZnO grains. And the decrease of donor concentration on doping with $Sb_2O_3$ additive was attributed to the lowered capacitance in the grain boundary layer.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

따라서 본 연구에서는 ZnO 배리스터의 성능과 전압을 규정짓는 주요 파라메타인 누설전류와 임계전압에 있어서 Sb₂O₃ 첨가제가 미치는 전기적 메카니즘에 대해 조사하였다. 이를 위한 수단으로서 커패시턴스-전압(C-V)과 전압-전류(V-I)특성을 조사하였으며 이 과정을 통하여 Sb₂O₃ 불순물에 따른 정전용량변화, 결정입계에서의 도너밀도 등을 중심으로 연구하였다.

제안 방법

첨가제가 미치는 전기적 메카니즘에 대해 조사하였다. 이를 위한 수단으로서 커패시턴스-전압(C-V)과 전압-전류(V-I)특성을 조사하였으며 이 과정을 통하여 Sb₂O₃ 불순물에 따른 정전용량변화, 결정입계에서의 도너밀도 등을 중심으로 연구하였다.

이론/모형

첨가량에 따라서 curve tracer(60Hz)로 관측한 전압-전류특성의 결과를 그림 5에 나타내었다. curve tracer 방법은 ZnO배리스터의 임계전압을 가시적으로 관찰할 수 있다는 점에서 실험적으로 널리 사용되고 있다. 절연파괴가 일어나는 임계전압은 Sb₂O₃ 첨가량이 증가할수록 증가하는 특성을 나타내었다.

성능/효과

이와 같은 특성은 Sb₂O₃불순물이 도너로 작용하게 됨으로서 Sb₂O₃ 첨가량이 증가함에 따라 전도캐리어 수가 증가한 결과이다. 비오옴 영역에서 Sb₂O₃ 첨가량 0~1.0mol%에 대해서 비선형계수는 20~40 정도로 크게 증가하였고, 전위장벽은 0.6~0.45eV로 감소하였다. Sb₂O₃ 첨가량 증가에 따라 임계전압이 증가한 것은 Sb₂O₃ 첨가량 증가로 인해 결정입계의 정전용량이 감소하게 됨으로서 ZnO의 도너밀도가 감소했기 때문이다.
불순물의 효과에 대해서 조사하였다. 오옴 영역에서의 누설전류는 Sb₂O₃ 첨가량 증가에 따라 증가하는 특성을 나타내었다. 이와 같은 특성은 Sb₂O₃불순물이 도너로 작용하게 됨으로서 Sb₂O₃ 첨가량이 증가함에 따라 전도캐리어 수가 증가한 결과이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	배리스터는 어떻게 회로를 보호하는가?	배리스터는 외부로부터 유입되는 과전압으로부터 전기회로를 차단하여 전자장치를 보호하는 비선형 저항소자로서 과전압보호에 널리 사용된다. 배리스터는 임계전압 이하에서는 높은 저항값을 유지하지만 임계전압 이상에서 저항값이 감소함으로써 과전압 에너지를 흡수하여 회로를 보호하는 역할을 한다. 산업적으로 이용되고 있는 주요 배리스터에는 SiC계, BaTiO3계, ZnO계의 산화물 재료들이 사용되고 있다.
	배리스터란?	배리스터는 외부로부터 유입되는 과전압으로부터 전기회로를 차단하여 전자장치를 보호하는 비선형 저항소자로서 과전압보호에 널리 사용된다. 배리스터는 임계전압 이하에서는 높은 저항값을 유지하지만 임계전압 이상에서 저항값이 감소함으로써 과전압 에너지를 흡수하여 회로를 보호하는 역할을 한다.
	ZnO계 산화물 배리스터의 장점은?	산업적으로 이용되고 있는 주요 배리스터에는 SiC계, BaTiO3계, ZnO계의 산화물 재료들이 사용되고 있다. 이 중에서 ZnO배리스터는 결정입계의 비오옴성을 이용하는 전위장벽형으로서 다른 배리스터 재료에 비해 서지흡수 능력과 성능지수가 높고 임계전압을 다양하게 조절할 수 있는 장점을 갖고 있으므로 서지보호 및 낙뢰 방지용 소자로서 널리 사용되고 있다[1].

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