Electric-field-induced electron emission from the three kinds of $Pb(Zr_{0.56}Ti_{0.44})O_3$ ferroelectric cathodes with different electrode structure has been investigated. Regardless of the electrode structures, a threshold field of the each cathode was 2.5-2.6kV/mm, which is 3 times higher than the coercive field of $Pb(Zr_{0.56}Ti_{0.44})O_3$ material. Although the waveform of the electron currents was affected by the structure of the electrode, no significant difference for the emission properties such as the peak current and the pulse width was observed from the three kinds of the cathodes. However, the current density of the cathode was dependent on the electrode structure. From the simulation of electric field distribution, the surface flashover, and the injury region of the cathode surface, it was proved that the prime electrons were initiated at the electrode-ceramic-vacuum triple point by field emission and the emission currents were strongly enhanced by the surface plasma.
Pb(Zr$_{0.8}$Ti$_{0.2}$)O$_3$강유전체 음극의 상부 전극 크기를 변화시키며(500$mu extrm{m}$~900$\mu\textrm{m}$)비대칭 전극 구조에서의 전자 방출에 대하여 연구하였다. 펄스 전기장을 가했을 때 나타나는 분극 반전에 의한 전류 밀도는 상부 전극 크기를 감소시킴에 따라 증가하였다. 이것은 비대팅 전극 구조에 의해 강유전체 표면에서 stray-field가 발생하고, stray field가 전극의 모서리 부근의 강유전체 표면 하부에도 분극 반전을 발생시켰기 때문이다. 전기장 전산모사를 통하여 이러한 stay-field의 존재 가능성을 예측할 수 있었고, 분극 반전에 의한 전류 밀도 측정 결과 stray-field가 미치는 거리는 약 11-l4$\mu\textrm{m}$이었다. 전자방출의 문턱전계는 항전계 의 약 3배인 61-68kV/cm이었으며, 문턱전계가 단순히 강유전체의 항전계에 의해 결정되는 것이 아니라, 강유전 음극의 구조에 의해 결정되는 stray-field의 세기와 stray-field가 미치는 거리에 영향을 받음을 전산모사를 통해 예측할 수 있었다.
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.
Damage mechanisms in bending piezoelectric actuators under electric fatigue loading are addressed in this work with the aid of an acoustic emission (AE) technique. Electric cyclic fatigue tests have been performed up to $10^7$ cycles on the fabricated bending piezoelectric actuators. An applied electric loading range is from -6 kV/cm to +6 kV/cm, which is below the coercive field strength of the PZT ceramic. To confirm the fatigue damage onset and its pathway, the source location and distributions of the AE behavior in terms of count rate and amplitude are analyzed over the fatigue range. It is concluded that electric cyclic loading leads to fatigue damages such as transgranular damages and intergranular cracking in the surface of the PZT ceramic layer, and intergranular cracking even develops into the PZ inner layer, thereby degrading the displacement performance. However, this fatigue damage and cracking do not cause the final failure of the bending piezoelectric actuator loaded up to $10^7$ cycles. Investigations of the AE behavior and the linear AE source location reveal that the onset time of the fatigue damage varies considerably depending on the existence of a glass-epoxy protecting layer.
High frequency Magnetic Properties of amorphous $Fe_{78}B_{13}Si_9$ ribbon were studied. Squareness ( Br/Bs ) and coercive force ( Hc ) of the specimen field annealed at $380^{\circ}C$ for 2 hrs are changed with the tension and the measuring frequency. So, we could optimise the tension having good magnetic properties at a certain frequency.
Ferroelectric $Bi_4Ti_3O_{12}$ films were deposited on $SrTiO_3(100)$ and Si(100) substrate by using conductive $SrRuO_3$ films as underlayer, and their ferroelectric and electrical properties were investigated depending on crystal structure and orientation. C-axis oriented $Bi_4Ti_3O_{12}$ films were grown on well lattice-matched pseudo-cubic $SrRuO_3$ films deposited on $SrTiO_3(100)$ substrate, while random-oriented polycrystalline $Bi_4Ti_3O_{12}$ films were grown on $SrRuO_3$ films deposited on Si(100) substrate. The random-oriented polycrystalline film showed a good ferroelectric hysteresis property with remanent polarization ($P_r$) of $9.4{\mu}C/cm^2$ and coercive field ($E_c$) of 84.9 kV/cm, while the c-axis oriented film showed $P_r=0.64{\mu}C/cm^2$ and $E_c=47kV/cm$ in polarizaion vs electric field curve. The c-axis oriented $Bi_4Ti_3O_{12}$ film showed a dielectric constant of about 150 and lower thickness dependence in dielectric constant compared to the random-oriented film. Furthermore, the c-axis oriented $Bi_4Ti_3O_{12}$ film showed leakage current lower than that of the polycrystalline film. The difference of ferroelectric properties in two films was explained from the viewpoint of depolarization effect due to orientation of spontaneous polarization and layered crystal structure of bismuth-base ferroelectric oxide.
금속 타겟들을 이용한 반응성 스퍼터링법으로 $460~540^{\circ}C$범위에서 $Pt/Ti/SiO_2$/Si 기판위에 PZT 박막을 증착하였다. Perovskite상의 핵형성을 위해 Pb 휘발이 적은 저온($480^{\circ}C$)에서 짧은 시간 동안 PZT 박막을 증착한 후 Pb가 PBT 박막내에 과잉으로 함유되는 것을 억제하기 위하여 증착 온도를 증가시켜 박막을 증착하는 2단계 증착법을 사용한 결과 54$0^{\circ}C$의 고온에서도 perovskite 단일상과 화학양론비에 가까운 조성을 얻을 수 있었다. 2단계 증착법으로 제조된 PZT 박막은 우수한 전기적 특성을 나타내었으며 후속 RTA 처리로 더욱 특성을 향상시킬 수 있었는데 $17\mu$C/$\textrm{cm}^2$의 잔류분극, 45kv/cm의 coercive field, 그러고 -500kv/cm의 높은 전기장에서도 $10^{-4}$ A/$\textrm{cm}^2$의 양호한 누설전류 특성을 나타내었다.
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.
Transactions on Electrical and Electronic Materials
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제12권2호
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pp.64-67
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2011
The effect of Ta substitution on the crystal structure, ferroelectric, and piezoelectric properties of $Bi_{0.5}(Na_{0.82}K_{0.18})_{0.5}Ti_{1-x}Ta_xO_3$ ceramics has been investigated. The Ta doping resulted in a transition from coexistence of ferroelectric tetragonal and rhombohedral phases to an electrostrictive pseudocubic phase, leading to degradations of the remnant polarization, coercive field, and piezoelectric coefficient $d_{33}$. However, the electricfield-induced strain was significantly enhanced by the Ta substitution-induced phase transition and reached a highest value of $S_{max}/E_{max}$ = 566 pm/V under an applied electric field 6 kV/mm when 2% Ta was substituted on Ti sites. The abnormal enhancement in strain was attributed to the pseudocubic phase with high electrostrictive constants.
Pb($\textrm{Zr}_{0.5}\textrm{Ti}_{0.5}$)$\textrm{O}_3$ 강유전체의 상부 전극 크기를 변화시키며 펄스 전기장에 의한 전자 방출 특성 및 열화에 대하여 연구하였다. 상부 전극 크기 감소에 따라 상부 전극 모서리 부근에서 분극 반전에 기여하는 강유전체 분율이 증가되어 분극이 높아졌으며, ANSYS 5.3에 의한 전기장 시뮬레이션을 통하여 비대칭 전극 구조에서의 상부 전극 모서리 부근의 전기장이 증가한다는 것을 알 수 있었다. 분극 증가에 기여하는 상부 전극 모서리 주변의 강유전체의 부피 및 전극크기당 전자 방출량은 상부 전극 크기에 무관하였다. 전자 방출 횟수에 따라 상부 전극이 침식되어 분극 및 유전 상수는 감소하였으나 전극 복구에 의해 재생되었으며, 강유전체의 표면 손상에 의해 항전계 및 유전 손실은 증가되었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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