Conduction mechanism of non-Ohmic zinc oxide ceramics

Eda, Kazuo

doi:10.1063/1.325139

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“…Summarized Degradation Mechanism Eda et al [16][17][18] ion migration process Takahashi et al 19 chemical desorption of oxygen ions at the grain boundaries Chiang et al 20 asymmetrical distribution of impurity ions in grain boundary region Sato et al 21,22 electrons captured by traps inside depletion layer and thus accumulated near grain boundary Gupta et al 15 migration process of zinc interstitial (the seminal grain-boundary defect model) Sonder et al 23 high mobility of oxygen ion at high temperature, and flaws like micro-cracks in varistor act as conduits for oxygen Bui et al 24 partial discharges causing the formation of HNO 3 that degrades the Schottky barrier Ramírez et al 25 the lost of oxygen species and β-Bi 2 O 3 phase during degradation process leading to abnormal degradation phenomena and determining its degradation rate, 26 whereas knowledge from atomic scale is quite limited on the role of element that is individually doped and, worse, on the co-doping effect.…”

Section: Researchersmentioning

confidence: 99%

Electrical degradation of double-Schottky barrier in ZnO varistors

Cheng

2016

AIP Advances

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Researches on electrical degradation of double-Schottky barrier in ZnO varistors are reviewed, aimed at the constitution of a full picture of universal degradation mechanism within the perspective of defect. Recent advances in study of ZnO materials by atomic-scale first-principles calculations are partly included and discussed, which brings to our attention distinct cognition on the native point defects and their profound impact on degradation.

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Section: Researchersmentioning

confidence: 99%

Electrical degradation of double-Schottky barrier in ZnO varistors

Cheng

2016

AIP Advances

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“…Donde sí se observan diferencias es en los valores del Voltaje de corte, que siempre resultan superiores para el material SE frente a los del material CE para una misma temperatura de sinterización. Considerando que la respuesta del material se puede asimilar a la conexión en serie de los microvaristores formados por los bordes de grano activos (16), se puede relacionar el aumento del voltaje de corte con la disminución del tamaño de grano por medio de la siguiente ecuación empírica (1,17):…”

Section: Resultados Y Discusionunclassified

Incorporación de la fase Zn7Sb2O12 previamente sintetizada en varistores cerámicos basados en ZnO

Peiteado¹,

Fernández²,

Caballero³

2002

Bol. Soc. Esp. Ceram. Vidr.

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Una de las reacciones que tiene lugar durante la sinterización de varistores cerámicos basados en el sistema ZnO-Bi 2 O 3 -Sb 2 O 3 es la formación de la fase Zn 7 Sb 2 O 12 , de estructura tipo espinela, que ocurre en el intervalo de temperaturas comprendido entre 900 y 1100ºC, dependiendo de la composición específica del material. Esta fase es la responsable del control del crecimiento de grano y su distribución en el seno del material como una segunda fase dispersa en la matriz mayoritaria de granos de ZnO determinará la cinética del crecimiento de los granos. Sin embargo, el proceso de nucleación y crecimiento de esta fase resulta difícil de controlar cuantitativamente, aspecto que se refleja en las características finales del dispositivo varistor obtenido. En el presente trabajo se analiza el efecto de la incorporación de la fase espinela previamente sintetizada a partir de los óxidos de zinc y antimonio. El análisis mediante Microscopía Electrónica de Barrido (MEB) de la microestructura de muestras sinterizadas a diferentes temperaturas, revela un mayor control microestructural en los materiales en los que se ha incorporado la espinela sintetizada. La respuesta Intensidad-Voltaje de estos materiales es coherente con las característi-cas microestructurales obtenidas, observándose una mayor reproducibilidad en el material. Palabras clave: varistor, microestructura, espinela, bordes de grano. Incorporation of Zn 7 Sb 2 O 12 spinel phase previously synthesized on ZnO ceramic varistors.During the sintering process of ZnO-Bi 2 O 3 -Sb 2 O 3 based varistors, different reactions take place. The formation of the Zn 7 Sb 2 O 12 spinel phase occurs between 900 and 1100ºC depending on the composition of the material. The spinel phase acts as ZnO grain growth inhibitor and its distribution on the whole material as a secondary phase in the matrix of ZnO grains determines the kinetics of grain growth. However, it is difficult to control the nucleation and growth of this phase, and this concerns on the final grain size and consequently on the characteristics of the varistor device. The present study has focused on the incorporation of the previously synthesized spinel phase. Scanning Electronic Microscopy analysis of sintered samples reveals a better control of microstructure in those materials with the synthesized spinel phase. The electrical behaviour of these materials agrees with the microstructural features and a greater reproducibility is observed. Key words: varistor, microstructure, spinel, grain boundary INTRODUCCIONLos varistores cerámicos basados en óxido de zinc son sistemas multicomponente caracterizados por un comportamiento eléctrico intensidad-voltaje no lineal, que se emplean como dispositivos protectores frente a sobretensiones transitorias y estabilizadores de voltaje en circuitos electrónicos (1,2,3). El material está constituido principalmente por ZnO con pequeñas cantidades de dopantes tales como Bi 2 O 3 , Sb 2 O 3 , CoO, MnO 2 y Cr 2 O 3 . El comportamiento no óhmico de un varistor es función de su...

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“…Es decir, V B ≈ 1.16 V A . Considerando que la respuesta del material se puede asimilar a la conexión en serie de los microvaristores formados por los bordes de grano activos (16), se puede relacionar el aumento del voltaje de corte con la disminución del tamaño de grano (1,17):…”

Section: Resultados Y Discusionunclassified

Influencia del tamaño de partícula del MnO2 en la evolución microestructural de varistores cerámicos basados en ZnO

Peiteado¹,

Fernández²,

Villegas³

et al. 2001

Bol. Soc. Esp. Ceram. Vidr.

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Los varistores cerámicos basados en el sistema ZnO-Bi 2 O 3 -Sb 2 O 3 poseen una respuesta no óhmica que es función de su microestructura. El crecimiento de los granos de ZnO está controlado por la presencia de una fase secundaria con estructura de espinela cuya formación depende de la homogeneidad del sistema y de la presencia de los óxidos dopantes minoritarios. Para el presente estudio, se ha trabajado con materiales de idéntica composición utilizando MnO 2 de distinto tamaño de partícula, y se ha seguido la evolución de las distintas fases cristalinas en función de la temperatura. Las medidas eléctricas y las micrografías obtenidas por Microscopía Electrónica de Barrido muestran el papel del óxido de manganeso como catalizador de la reacción de formación de la fase espinela.Palabras clave: varistor, microestructura, espinela, tamaño de grano, voltaje de corte.Influence of the MnO 2 particle size on the microstructural evolution of ZnO ceramic varistors.The electrical properties of ceramic varistors based on the ZnO-Bi 2 O 3 -Sb 2 O 3 system are related to the complexity of its polycrystalline microstructure. ZnO grain growth is controlled by the presence of a spinel type secondary phase, whose formation depends upon the homogeneity of the system and the presence of other minority dopant oxides. The present study has focused on materials of identical composition but using MnO 2 of different particle size, and the evolution with temperature of the crystalline phases has been followed. Electrical measurements and micrographs obtained by scanning electron microscopy show the role that the manganese oxide plays in catalyzing the spinel-phase formation. Keywords INTRODUCCIONLos varistores cerámicos basados en óxido de cinc son materiales multicomponente caracterizados por su comportamiento no lineal intensidad-voltaje. La resistencia eléctrica de un varistor es muy alta para valores de tensión por debajo de un determinado valor de voltaje, voltaje de corte, por encima del cual el dispositivo se vuelve conductor (1). Debido a esta propiedad se emplean como dispositivos protectores frente a sobretensiones transitorias y estabilizadores de voltaje en circuitos eléctricos.El material está constituido principalmente por ZnO con pequeñas cantidades de dopantes tales como Bi 2 O 3 , Sb 2 O 3 , CoO, MnO 2 y Cr 2 O 3 . El comportamiento no óhmico de un varistor es función de su microestructura, caracterizada por la presencia de bordes de grano ricos en Bi 3+ que separan los granos de ZnO semiconductores y generan barreras de potencial frente a la conducción eléctrica (2,3). Estas uniones ZnOBi 2 O 3 -ZnO son eléctricamente activas y su desarrollo tiene lugar durante el proceso de sinterización, en el que la formación de fases secundarias y los procesos de difusión en estado sólido y líquido juegan un papel crítico (3). Las fases con estructuras tipo pirocloro, Zn 2 Bi 3 Sb 3 O 14 , y espinela, Zn 7 Sb 2 O 12 , se forman durante el proceso de sinterización por medio de reacciones que dependen de la relación Bi/Sb, y que se...

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Conduction mechanism of non-Ohmic zinc oxide ceramics

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Electrical degradation of double-Schottky barrier in ZnO varistors

Electrical degradation of double-Schottky barrier in ZnO varistors

Incorporación de la fase Zn<sub>7</sub>Sb<sub>2</sub>O<sub>12</sub> previamente sintetizada en varistores cerámicos basados en ZnO

Influencia del tamaño de partícula del MnO2 en la evolución microestructural de varistores cerámicos basados en ZnO

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