MgO doping 및 annealing이 AlN-Y2O3 세라믹스의 고온전기저항에 미치는 영향
MgO doping and annealing effect on high temperature electrical resistivity of AlN-Y2O3 ceramics
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초록
Y2O3를 소결조제로 사용한 질화알루미나(AlN)에 다양한 소결조건과 MgO의 도핑이 고온전기전도도의 특성에대해 미치는 영향에 대해 연구하였다. MgO를 도핑 하였을 때, 2차상으로 스피넬과 페로브스카이트 상이 생성되었고, 이는 전기적 특성에 영향을 끼쳤다. 고온 임피던스를 분석한 결과 MgO의 도핑은 AlN 입내의 활성화 에너지와 전기전도도의 감소를 보이는 반면에, 입계의 경우에는 활성화 에너지와 전기전도도의 증가를 보였다. 이는 저항이 높은 비정질의 액상이 입계에 형성되거나, Mg의 석출에 의하여 쇼트키 장벽이 높아졌기 때문으로 예상된다. MgO가 도핑된 AlN을 어닐링한 경우에는 어닐링 하지 않은 경우에 비하여, 활성화 에너지와 전기전도도가 더욱 증가하는 것을 볼 수 있었다. 이러한결과는 1500 o C에서 어닐링을 통하여 미세구조분석에서 보이는 바와 같이 Mg 이온이 입계에서 입내로 확산된 때문으로예상된다.
Abstract
High temperature electrical conductivity of Aluminum Nitride (AlN) ceramics sintered with Y2O3 as a sintering aid has been investigated with respect to various sintering conditions and MgO-dopant. When magnesium oxide is added as a dopant, liquid glass-film and crystalline phases such as spinel, perovskite are formed as second phases, which affects their electrical properties. According to high temperature impedance analysis, MgO doping leads to reduction of activation energy and electrical resistivity due to AlN grains. On the other hand, the activation energy and electrical resistivity due to grain boundary were increased by MgO doping. This is a result of the formation of liquid glass film in the grain boundary, which contains Mg ions, or the elevation of schottky barrier due to the precipitation of Mg in the grain boundary. For the annealed sample of MgO doped AlN, the electrical resistivity and activation energy were increased further compared to MgO doped AlN, which results from diffusion of Mg in the grains from grain boundary as shown in the microstructure.
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