Sm_2O_3 및 ZrO_2-Sm_2O_3 System의 전기전도도 = Electrical Conductivity of Sm_2O_3 and ZrO_2-Sm_2O_3 System

국문 초록 (Abstract)

분광학적 순도의 다결정성 Sm_2O_3의 전기전도도를 300~1000℃의 온도범위와 10_-5∼10_-2기압의 산소압력하에서 측정하였다. 전기전도도의 산소압력의 의존성과 온도의존성으로부터 본 시료의 결함구조와 전기전도 메커니즘을 연구하였다. 본 실험결과는 같은 산소압력 조건하(10_-5∼10_-1 기압)에서 낮은 온도 영역과 높은 온도영역으로 구분되었으며 높은 온도 영역(700~1000℃)에서 시료들의활성화 에너지는 27~29Kcal/mol이었다. 산소압력 의존도(1/n)는 (1/5.5)로 부터 (1/5.2)로 높은 온도영역에서 증가하는 p형 반도성을가졌으며, 일부 이온성을 가지는 전자성 전도성을 갖는 것으로 나타났다. 낮은 온도 영역에서의 전기전도 메카니즘은 small polaron model 에 의한 산화이온이 hopping 하므로써 전도성을 갖는 것으로 설명하였다.
ZrO_2-Sm_2O_3의 전기 전도도는 원자가 조절원리에 따라 Zr^4+가 Sm^3+ site에 첨가되므로써 electron donor로 작용하고 전기전도도 값이 현저하게 증가된다. 전기전도도 메커니즘은 polaron model 에 따르나 impurity control semiconductor로서 중요하다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

The electrical conductivities of highly pure polycrystalline Sm_2O_3 have been measured over the temperature range of 300 to 1000℃ under the oxygen pressure range of 10_-5 to 10_-1 atm. The defect structure and the type of this semiconductor and the electrical conduction mechanism are investigated by measuring the temperature and oxygen pressure dependence of the electrical conductivity. The activation energies of Sm_2O_3 are 27-29 Kcal/mol at higher temperature region, and 8-10 Kcal/mol at lower temperature region. The oxygen pressure dependences of electrical conductivity, σ∝FO_2^1/n, are characterized by n values of about 5.2 at 1000℃, 5.5 at 600℃. The sesquioxide exhibits mixed conduction with some ionic conduction and major electronic conduction carriers.
According to the principle of controlled valency, the electrical conductivity of ZrO_2-Sm_2O_3 system increase due to the electron donation of doped Zr^4+ in Sm^3+ site of Sm_2O_3. Electrical conduction mechanism is followed by polaron model and impurity doping is important as a impurity control semiconductor.