V2O5Fe2 O3-P2O5-Na2O系와 V2O5-CuO-P2O5-Na2O系 유리 半導體의 電氣的 性質 및 構造分析에 관한 比較 硏究 = A Study on Electric Properties and Structural Analysis of V2O5-Fe2O3-P2O5-Na2O glasses and V2O5-CuO-P2O5--Na2O glasses

국문 초록 (Abstract)

전이 금속 유리 반도체인 V₂O_5-Fe₂O₃-P₂O_5-Na₂O 계 유리와 V₂O_5-CuO-P₂O_5-Na₂O 계 유리에서 각 성분의 조성비를 달리하여 시료를 제작해서 전기 전도도, 유전 특성, DTA. EPR. IR을 비교 조사하였다.
시료의 전기 전도도 σ는 측정 온도 범위내에서 10^-11-10^-3(Ωcm)^-1로 온도가 증가함에 따라 증가하는 특성을 나타내었고 고온 영역(T > _θD/2)에서 V₂O_5의 함량이 증가함에 따라(55 mole % - 60 mole %) 활성화 에너지 W는 V₂O_5- Fe₂O₃- P₂O_5 - Na₂O 계 유리의 경우 0.39 - 0.36eV으로 감소하였고 V₂O_5- CuO - P₂O_5 - Na₂O의 경우는 0.38 -0.32eV로 감소하였다. 이것으로써 본 시료의 전기 전도도는 Arrehenius 관계식을 만족함을 알 수 있었다. 또한 중간 온도 영역 (θ_D/4 < T <θ_D/2)에서는 Killias가 제안한 활성화 에너지 W(T) = Wo(l-θk/T) 식에 잘 적용이 되었다. 저온 영역(θ_D/4 < T)에서는 Mott의 T^-1/4의 법칙을 만족하며 V₂O_5- Fe₂O₃ - P₂O_5 - Na₂O 계 유리 및 V₂O_5- CuO - P₂O_5 - Na₂O 계 유리의 전기 전도도는 small polalon theroy로 잘 설명할 수 있었다.
유전율은 주파수가 증가함에 따라 지수 함수적으로 감소하고 온도가 상승하면 유전율도 증가하였으며 V₂O_5의 함량이 증가할수록 유전율도 증가하였다.
유전 손실은 주파수가 증가할수록 감소하고 한 주파수에서 변곡점이 나타나고 있는데 이 변곡점이 유전 손실의 극대값을 나타내며 온도가 상승함에 따라 고주파쪽으로 이동함을 알 수 있다. 따라서 본 실험에 사용된 유리의 유전 특성은 Debye theory를 만족함을 관찰할 수 있었다.
본 실험을 위해 합성된 시료들에서는 EPR spectrum상에 CU^2+나 Fe^3+ signal이 관찰되지 않았으며 V^4+는 hyperfine spectra를 나타내지 않고 broad singlet를 나타내었다. 이는 V₂O_5의 농도가 매우 크기 때문이다. 또한 온도가 낮아지면 g-value는 작아지고 line width는 broad해지고 intensity가 점점 커짐을 알 수 있었다.
TG-DTA로 부터 상온에서 800℃까지의 변화는 상전이에 의한 것이며 V₂O_5의 함량이 증가하면 Tg와 Tm이 감소함을 알 수 있었다.
IR분석 결과에서는 매우 넓고 약한 absorption band들이 얻어졌다. 이는 합성한 유리반도체들의 non-crystallinity가 매우 크기 때문이라고 생각된다

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Different ratios of V₂O_5-Fe₂O₃-P₂O_5-Na₂O glasses and V₂O_5- CuO -P₂O_5-Na₂O glasses have been prepared by melting and guenching.
The conductivity, dielectric characteristics, EPR, TG-DTA and IR spectroscopy of the glasses were investigated. Electrical conductivity was measured in the various temperature range from 120K to 410K.
At high temperature (T > □_D/2), hopping activation energy of V₂O_5-Fe₂O₃-P₂O_5-Na₂O glasses was 0.369-0.398eV and that of V₂O_5-CuO-P₂O_5-Na₂O glasses was 0.323-0.388eV respectively.
At middle temperature (□_D/4 < T < □_D/2), on the other hand. hopping activation energy was decreased with decreasing the temperature.
Electrical conductivity followed Matt's T^-1/4 law at low temperature (T < □_D/4), which explained the conduction mechanism based on smallpolalon theory.
The dielectric constant exponentially was decreased as frequency, temperature and the amount of V₂O_5 in the sample were increased. At a given frequency, the dielectric constant was larger at high temperature than at low temperature.
Maximum peak of dielectric loss shifed from short wave length to long one as increasing temperature. There was a turning point at a certain frequency, which shifted to the higher frequency when temperature was increased. Dielectric characteristics of the glasses were obeyed the Debye Theory.
TG-DTA were measured at temperature from 30℃ to 800℃. At this range, the change was due to phase transition, T_g and T_m were decreased as increasing the amount of V₂O_5 in the sample.
Cu^2+ and Fe^3+ signal was not observed in the glasses studied. V^4+ signal did not show hyperfine spectra, but it showed broad spectra when amount of V₂O_5 in the sample was large(55-60mole%). At decreasing temperature, g-value was decreased, line width was broaden, and intensity was increased.
In IR analysis, broad and weak absorption bands were observed, because of the fact that non-crystallinity of glasses was very large.

목차 (Table of Contents)

• 목차
• 표목차 = iii
• Figure Caption = iv
• 초록 = vii
• I. 서론 = 1
• II. 이론 = 4
• 1. 전기 전도도 = 4
• 2. 전류 전압 특성 = 8
• 3. 유전율과 유전 손실 = 10
• 4. EPR = 12
• 5. TG-DTA = 14
• III. 실험 = 19
• 1. 시료의 제작 = 19
• 2. 실험 장치 및 측정 방법 = 21
• 1) 전기 전도도 측정 = 21
• 2) 전류 전압 특성 = 21
• 3) 유전율 및 유전 손실 = 24
• 4) EPR = 25
• 5) TG-DTA = 27
• 6) IR = 28
• IV. 결과 및 논의 = 29
• 1. 전기 전도도 = 29
• 2. 전류 전압 특성 = 37
• 3. 유전율의 온도및 주파수 의존성 = 40
• 4. 유전 손실의 온도 및 주파수 의존성 = 49
• 5. EPR = 58
• 6. TG-DTA = 66
• 7. IR = 71
• V. 결론 = 74
• 참고 문헌 = 76
• Abstract = 79
• 감사의 글 = 81