By using a gas-tight electrochemical cell, we can perform high-temperature coulometric titration and measure electronic transport properties to determine the elecronic defect structure of metal oxides. This technique reduces the time and expense required for conventional thermogravimetric measurements. The components of the gas-tight coulometric titration cell are an oxygen sensor, Pt/yttria stabilitized zirconia(YSZ)/Pt, and an encapsulated metal oxide sample. Based on cell design, both transport and thermodynamic measurements can be performed over a wide range of oxygen partial pressure ($pO_2=10^{-35}$ to 1 atm). This paper describes the high-temperature gas-tight electrochemical cells used to determine electronic defect structures and transport properties for pure and doped-oxide systems, such as YSZ, doped and pure ceria $(Ca-CeO_2 \;and\; CeO_2)$, copper oxides and copper-oxide-based ceramic superconductors, transition metal oxides, $SrFeCo_{0.5}O_x,\; and \;BaTiO_2$.
The effect of Eu contents on the ferroelectric properties of $Bi_{4-x}Eu_xTi_3 O_{12}$ (BET) thin films has been investigated. Bismuth Europium titanate thin films with a Eu contents were prepared on the $Pt/Ti/SiO_2/Si$ substrate by metal-organic decomposition technique. The structure and the morphology of the films were analyzed using X-ray diffraction (XRD) and field emission scanning microscopy (FE-SEM), respectively. From the XRD analysis, it was found that BET thin films have polycrystalline structure, and the layered-perovskite phase is obtained when the Eu contents exceeds 0.2 (x > 0.2). Also, the ferroelectric characteristics of the BET thin films were found to be dependent on the Eu content. Particularly, the BET films doped with x = 0.75 show better ferroelectric properties (remanent polarization 2Pr = 60.99 C/$cm^2$ and only a little polarization fatigue up to $3.5{\times}10^9$ bipolar switching cycling) than those doped with other Eu contents.
Floating zone법에 의한 $SrTiO_{3}$ 단결정 성장에 있어서 원료봉의 미세구조가 원료봉과 융액간의 고액계면의 형상 및 용융대의 안정성에 미치는 영향을 광학현미경 및 전자현미경을 이용하여 조사하였다. $1400,\;1500,\;1600^{\circ}C$로 소결온도를 변화시키면서 소결한 $SrTiO_{3}$ 및 $Fe_{2}O_{3}$를 0.2 wt% 첨가한 $SrTiO_{3}$ 원료봉을 실험시편으로 사용하였다. 저온($1400^{\circ}C$)에서 소결한 경우는 치밀화가 덜 진행되어 존재하는 기공들이 균일한 용융대 형성을 저해하였고, 고온($1600^{\circ}C$)의 경우는 미세구조는 치밀하나 이상입자성장 현상으로 안정된 용융대 형성에 어려움을 주었음을 실험적으로 확인하였다. 따라서 이상입자성장을 하지 않은 즉, 균일한 결정입 크기 분포를 갖는 원료봉을 사용하여 결정성장을 하였을때 원료봉의 균일한 용융양상을 유도할 수 있었고 안정한 용융대 유지가 가능하여 결정성장에 가장 적합함을 알게 되었다.
Nano-sized gadolinium-doped ceria (GDC)/nickel particle-dispersed $La_ySr_{1-y}Ti_{1-x}Fe_xO_3$ (LSFTO)-based composite solid oxide fuel cell anodes were fabricated by an infiltration method and the effects of the GDC/Ni nanoparticles on the anode polarization resistance and cell performance were investigated in terms of the infiltration time and nickel content. The anodic polarization resistance of the LSFTO anode was significantly enhanced by GDC and/or Ni infiltration and it decreased with increasing infiltration time and Ni content, respectively. It is believed that the observed phenomena are associated with enhancement of the ionic conductivity and catalytic activity in the nanocomposite anodes by the addition of GDC and Ni. Power densities of cells with the LSFTO and LSFTO-GDC/Ni nanocomposite anodes were 150 and $300mW/cm^2$ at $800^{\circ}C$, respectively.
Dielectric and piezoelectric properties of $0.57Pb(Sc_{1/2}Nb_{1/2})O_{3}-0.43PbTiO_{3}$, which is the morphotropic phase boundary composition for the PSN-PT system, were investigated as a function of $Fe_{2}O_{3},\;Nb_{2}O_{5}\;and\;MnO_{2}$ addition 0 wt% to 0.9 wt%. The maximum dielectric constant of ${\varepsilon}_{33}/{\varepsilon}_{o}=2054$ and the minimum dielectric loss of $tan{\delta}=0.37\;%$ at room temperature were obtained at 0.1 wt% of $Fe_{2}O_{3}$ and 0.5 wt% of $MnO_{2}$ addition, respectively. With addition of 0.5 wt% $Nb_{2}O_{5}$ and $0.5\;wt%\;MnO_{2}$, the electromechanical coupling factor $k_{p}$ and mecanical quality factor $Q_{m}$ were significantly increased, respectively. The maximum electromechanical coupling factor $k_{p}=61.5\;%$ was obtained by addition of $Nb_{2}O_{5}$ and high mechanical quality factor $Q_{m}=919$ was obtained by addition of $MnO_{2}$. The $Q_{m}(=919)$ value is 3.3 times larger than that of non-doped 0.57PSN-0.43PT ceramics.
Colored Cubic Zircona(CCZ) single crystals were grown by the skull melting method. The grown crystals were doped with up to 0.1wt% transition (Cu, Ni, Co, Ti, Fe, Mo, Cr, V, Mn) metal ions on ZrO2-Y2O3(9.5~10mol%) and their Optical transmission spectra(λ=300~800nm)data were obtained. Various colors were pronounced due to dopant effects in the grown Crystals.
염료감응형 태양전지(Dye-Sensitized Solar Cells:DSSC)는 환경 친화적이며, 저가의 공정에 대한 가능성으로 기존의 고가의 결정질 실리콘 태양전지의 경제적인 대안으로 각광을 받고 있다. 최근 염료감응형 태양전지는 투명 전도성 산화막(Transparent Conducting Oxide : TCO)으로 사용되는 Fluorine Tin Oxide (FTO)가 증착된 유리기판 위에 주로 제작된다. FTO는 낮은 비저항과 가시광선 영역에서 높은 투과도를 가지는 우수한 전기-광학적 특성을 갖지만, 비교적 공정이 까다로운 Chemical Vapor Deposition (CVD)법으로 제조하며, 전체 공정비용의 60%를 차지하는 높은 생산단가로 인해 현재 FTO를 대체할 재료개발 연구가 활발히 진행되고 있다. 그 중 ZnO (Zinc Oxide)는 우수한 전기-광학적 특성과 비교적 저렴한 가격으로 새로운 TCO로써 주목받고 있다. ZnO는 넓은 energy band gap (3.4 [eV])의 육방정계 울자이트(hexagonal wurtzite) 결정 구조를 가지는II-VI족 n형 반도체 물질이며, III족 금속원소인 Al, Ga 및 In 등의 불순물을 첨가하면 TCO로서 우수한 전기-광학적 특성과 안정성을 나타낸다. 이들 물질중 $Zn^{2+}$ (0.060 nm)의 이온반경과 유사한 $Ga^{2+}$0.062 nm) 이온이 ZnO의 격자반경을 최소화 시킬 수 있다는 장점으로 최근 주목 받고 있다. 하지만 Ga-doped ZnO (GZO)의 경우 DSC에 사용되는 루테늄 계열의 산성 염료 하에 장시간 두면 표면이 파괴되는 문제가 발생하며, $TiO_2$ paste를 Printing 후 열처리하는 과정에서도 박막의 파괴가 발생할 수 있다. 이를 방지하기 위해 $TiO_2$ Blocking Layer를 GZO 투명전극 위에 증착하였다. 또한, $TiO_2$ Blocking Layer를 적용한 GZO 박막을 전면전극으로 이용하여 DSC를 제작하여 효율을 확인하였다. 2wt%의 $Ga_2O_3$가 도핑된 ZnO 박막은 20mTorr 400$^{\circ}C$에서 Pulsed Laser Deposition (PLD)에 의해 성장되었고, $TiO_2$박막은 Ti 금속을 타겟으로 이용하여 30mTorr 400$^{\circ}C$에서 증착되었다. Scanning electron microscopy (FE-SEM)을 이용한 박막 분석 결과 $TiO_2$가 증착된 GZO 박막의 경우 표면 파괴가 일어나지 않았다. Solar Simulator을 이용하여 I-V특성 측정결과 상용 FTO를 사용한 DSC 수준의 효율을 나타내었다. 이에 따라 Pulsed Laser Deposition을 이용해 제작된 GZO 기판은 $TiO_2$ Blocking Layer를 이용하여 표면 파괴를 방지할 수 있었으며, 이는 향후 염료감응형 태양전지의 투명전극에 적용 가능 할 것으로 판단된다.
Kim, Kyung-Man;Byun, Seung-Hyun;Yang, Pan;Lee, Yoon-Ho;Lee, Jai-Yeoul;Lee, Hee-Young
한국전기전자재료학회:학술대회논문집
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한국전기전자재료학회 2008년도 하계학술대회 논문집 Vol.9
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pp.331-332
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2008
Couplings between electric, magnetic, and structural order parameters result in the so-called multiferroic phenomena with two or more ferroic phenomena such as ferroelectricity, ferromagnetism, or ferroelasticity. The simultaneous ferroelectricity and ferromagnetism (magnetoelectricity) permits potential applications in information storage, spintronics, and magnetic or electric field sensors. The perovskite BiFeO3(BFO) is known to be antiferromagnetic below the Neel temperature of 647K and ferroelectric with a high Curie temperature of 1043K. It exhibits weak magnetism at room temperature due to the residual moment from a canted spin structure. It is likely that non-stoichiometry and second-phase formation are the factors responsible for leakage current in BFO. It has been suggested that oxygen non-stoichiometry leads to valence fluctuations of Fe ions in BFO, resulting in high conductivity. To reduce the large leakage current of BFO, one attempt is to make donor-doped BFO compounds and thin films. In this study, (Bi1-x,Ndx)(Fe1-y,Tiy)O3 thin films have been deposited on Pt(111)/TiO2/SiO2/Si substrates by pulsed laser deposition. The effect of dopants on the phase evolution and surface morphology are analyzed. Furthermore, electrical and magnetic properties are measured and their coupling characteristics are discussed.
PBT thin film was known to be a representative for the FeRAM devices because of its good ferroelectric proporties and the ease in fabricating the thin film. However, there have been several problems such as polarization fatigue and leakage current in memory devices with a PZT thin film. In this study, Sm-dolled PZT thin films were fabricated by the so1-gel method, and their ferroelectric and dielectric proportrics were compared as a function of Sm content. We investigated the effect of the Sm dopant on structural and electrical properties of PZT film. Sm-doped PZT thin films on the Pt/Ti/SiO$_2$/Si substrates have been prepared by a sol-gel method. The remanent polarization and coercive field decreased with increasing the concentration of Sm. The dielectric constant and dielectric loss decreased with Increasing Sm content. Sm-doped PZT thin films showed improved fatigue characteristics compared to the undoped PZT thin film.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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