The study of impedance spectra for CaCu3Ti4O12 ceramic
- 주제(키워드) CaCu3Ti4O12 , CCTO , impedance , Debye , Maxwell-Wagner , Cole-Cole , grain , grain boundary , relaxation , CuO , calcium copper titanate
- 발행기관 서강대학교 일반대학원
- 지도교수 박광서
- 발행년도 2011
- 학위수여년월 2011. 2
- 학위명 석사
- 학과 및 전공 일반대학원 물리학과
- 실제URI http://www.dcollection.net/handler/sogang/000000046591
- 저작권 서강대학교의 논문은 저작권 보호를 받습니다.
초록/요약
거대 유전상수(colossal dielectric constant)를 가지는 CaCu_(3)Ti_(4)O_(12)(CCTO) 세라믹의 유전 및 반도체 특성을 임피던스 분광(impedance spectroscopy)을 이용하여 확인하였다. 엑스선 회절(X-ray diffraction)과 라만 분광(Raman spectroscopy)을 이용하여 세라믹의 구조를 확인하였으며 DC transport(I - V), 임피던스 분광(ε*(ω), Z*(ω))을 통해 낟알(grain)과 낟알경계(grain boundary)의 온도에 따른 유전 및 반도체 특성을 확인하였다. Maxwell-Wagner 모델과 Cole-Cole 방정식을 적용하여 임피던스 분광 분석을 진행하였으며 낟알과 낟알경계에서의 쌍극자(dipole)와 점 결함(point defect)의 완화(relaxation) 현상을 구별하여 이해할 수 있었다. CCTO의 고유한 강유전 특성의 가능성 여부를 확인하기 위하여 전기장을 인가한 상태에서 라만 분광을 관찰하였으며, CCTO는 TiO_(6) octahedron의 중심 Ti 원자의 변위에 따른 고유한 강유전체가 아님을 확인하였다. 또한 CCTO 낟알경계가 전적으로 CuO로 구성됨을 마이크로 라만 분광으로 확인하였고, 이 때 Cu 빈자리에 의한 Cu3+ 이온의 존재가 저주파수 대역에 대응하는 hopping 전도의 원인임을 확인하였다. 결과적으로 이 전도현상에 의한 전하가 강유전 이력곡선(ferroelectric hysteresis curve)의 원인이 됨을 확인하였다.
more초록/요약
We have studied the dielectric and semiconducting properties of colossal dielectric constant of CaCu_(3)Ti_(4)O_(12)(CCTO) ceramic. Ceramic structures are identified by X-ray diffraction and Raman spectroscopy, and temperature dependent dielectric and semiconducting properties of grains and grain boundaries have been investigated by impedance spectra (ε*(ω), Z*(ω)) and DC transport measurement (I - V). Maxwell-Wagner model and Cole-Cole equation were employed for analyzing the impedance spectra of the samples, thus dipoles and point defects relaxation of grains and grain boundaries could be understood distinguishably. In order to check the possibility of intrinsic ferroelectric property in CCTO ceramic, the electric field dependent Raman spectroscopy has been carried out. As a result, it is confirmed that the CCTO ceramic has no intrinsic ferroelectricity which exactly originates from displacement of centered Ti ions in TiO_(6) octahedra. By means of micro-Raman spectroscopy, it is also found that CCTO grain boundaries entirely consist of CuO. We found that the presence of Cu^(3+) ions arising from Cu vacancies within the grain boundaries leads to the hopping conduction responding to low sampling frequency from Cu^(3+) ion to Cu^(2+) ion. It is believed that the charges originating from the hopping process is the origin of ferroelectric-like hysteresis curve.
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