최근 자동차공업 및 각종 전자공업의 발달에 따라 저전압에서 사용가능한 BaTiO3계 반도체 소자 (PTC ceramics)의 용도와 그 양이 날로 증가하고 있으며,이들의 대부분은 수입에 의존하고 있는 실정이다.PTC 소자의 용도는 다양하며, 이들 특성을 만족하기 위해서는 PTC 소자 제조시 소성온도 범위를 넓히고, dopant 첨가량의 조절에 의한 PTC 특성 향상, 상온 저항의 저저항화등 이런 문제점들의 해결이 중요하다.본 연구의 목적은 Mn acceptor dopant 대신에 graphite 분말을 사용하여 다공성B
최근 자동차공업 및 각종 전자공업의 발달에 따라 저전압에서 사용가능한 BaTiO3계 반도체 소자 (PTC ceramics)의 용도와 그 양이 날로 증가하고 있으며,이들의 대부분은 수입에 의존하고 있는 실정이다.PTC 소자의 용도는 다양하며, 이들 특성을 만족하기 위해서는 PTC 소자 제조시 소성온도 범위를 넓히고, dopant 첨가량의 조절에 의한 PTC 특성 향상, 상온 저항의 저저항화등 이런 문제점들의 해결이 중요하다.본 연구의 목적은 Mn acceptor dopant 대신에 graphite 분말을 사용하여 다공성BaTiO3 Thermistor를 제작하고 그 특성을 연구하는데 있다. 본 연구에 사용된 BaTiO3Thermistor는 BaTiO3-0.1mol% Sb2O3-0.25wt% SiO2계를 기본 조성으로하여, 여기에graphite 함량을 변화시켰다. graphite를 첨가하여 만든 다공성 BaTiO3 Thermistor 소자에 대한 밀도, 비중, 기공율, 미세구조, Impedance spectra 및 저항-온도 특성값을 측정하였다.그 결과 graphite 분말(0∼10wt%)을 사용하여 만든 새로운 다공성 BaTiO3 소자가 만들어 졌으며, 그들의 기공율은 9.1∼16.2% 범위의 값을 가졌다. Impedance 측정 결과pore는 입계 저항에 영향을 미쳤으나, 부피저항은 pore의 함량변화에 관계없이 상온에서 25Ω으로 일정하였다.다공성 소자의 PTC 효과를 측정한 결과 Mn 또는 Cr과 같은 accepter dopant를 사용하지 않고서도 ρmax/ρ값은 3 order에서 7 order까지 증가하였다.PTC 소자 제조시 BaTiO3에 첨가되는 Sb2O3, SiO2, MnO2등을 액상으로 첨가하는 액상첨가방법을 개발하였다. 이 액상 첨가법에서 첨가량은 고상합성법보다 작고, 또한 균일한 혼합과 재현성을 얻기 쉽기 때문에 PTC 소자 제조시 적절하였다. 본 연구조건에서 얻어진 최적의 조건인 Sb2O3를 0.09mol%, SiO2 0.25wt%, MnO2 0.02wt%를 액상으로 첨가하여 소자를 제조하였을 경우 상온비저항이 15Ω㎝, 비저항비가 2×106으로 가장 양호한 결과를 나타냈다.이와 같이 하여 상온 저항을 저하시키면서 PTC effect를 향상시켜 저전압에서 사용가능한 PTC 소자 제조 기술을 확립하였다.
Abstract▼
With the development of automobile industry and electronicsindustry, the applications and the needs of BaTiO3-based semiconductor devices (PTCceramics) used at lower voltage increase continuously, however, most of them arecurrently imported.As the applications of PTC devices is so diver
With the development of automobile industry and electronicsindustry, the applications and the needs of BaTiO3-based semiconductor devices (PTCceramics) used at lower voltage increase continuously, however, most of them arecurrently imported.As the applications of PTC devices is so diverse, it is important to solve theproblems such as expansion of firing temperature range, improvement of PTCcharacteristics by control of dopant amounts and decrease of room-temperatureresistance.The objective of the present study is to fabricate new porous BaTiO3 thermistorsusing graphite powders instead of a Mn acceptor dopant and to confirm theimprovement of PTC effects. The basic composition of the BaTiO3 thermistors wasthe BaTiO3-0.1mol% Sb2O3-0.25wt% SiO2 system and various amounts of graphitewere added into the basic composition. For the porous BaTiO3 thermistors usinggraphite, the density, porosity, microstructure, impedance spectra andresistivity-temperature characteristics were investigated, systematically.New porous BaTiO3 thermistors were fabricated using graphite powders (0 to10wt%) and thier porosities were in the range of 9.1% to 16.2%. As results ofimpedance analysis, it was confirmed that the pores affected the grain-boundaryresistance and the bulk (grain interior) resistant was constant as about 25Ω at roomtemperature. The magnitude of PTC effect (ρmax/ρ) markedly increased from 3order to 7 orders without addition of any acceptor dopant such as Mn or Cr.The PTC devices of BaTiO3 doped with Sb2O3, SiO2 and MnO2 were prepared byLiquid Phase Addition Method(LPAM) where doping sources were used in the forms ofLiquid. The amounts of doping in LPMA is smaller than that in solid state mixingmethod. Also the doping process in LPMA is very suitable for BaTiO3-based PTCdevices because it is easy to obtain homogeneous mixing and reproductivity. Byoptimizing the doping condition in BaTiO3 system, (0.09mol%Sb2O3, 0.25wt%SiO2 and0.02wt%MnO2) it was possible to fabricate BaTiO3-based PTCR devices where theroom-temperature resistivity and specific resistivity were 15Ω㎝ and 2×106 respectively.
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