In order to investigate the $MnO_2$ dopping effect, the $ZnO-Bi_2O_3$ binary system chosen, and then the $MnO_2$ was added in the range of 0 mol% to 1 mol%. Also, in the case of ternary system dopped with the 0.5 mol% $MnO_2$, the changing effect of the sintering temperature was studied from 1000℃ to 1350℃.
In this $ZnO-Bi_2O_3-MnO_2$ ternary system, the intergranular materials were detected and the segregation of $Bi_2 O_3$ was observed, but the Mn was spreaded within the ZnO grain and intergranular materials.
In the V-I characteristics, the dopping of $MnO_2$ additive resulted in the increase of $V_{1mA}$/mm, but in the case of leakage current region, the decrease of leakage current was observed from 0 mol% to 0.1 mol% $MnO_2$ addition and above 0.1 mol%, the leakage current was increased again. Also, the increase of sintering temperature resulted in the decrease of the leakage current up to 1150℃, but above 1150℃, resulted in the increase of leakage current.
Nonlinear coefficient was increased by increasing the $MnO_2$ content, but in 0.5 mol% $MnO_2$ dopping ternary system, was maximum at 1150℃ sintering temperature and above 1150℃, the abrupt decrease was observed.
Also, the addition of more than 0.5 mol% $MnO_2$ in the studied $ZnO-Bi_2O_3$ binary system resulted in the abrupt increase of current instability.
$MnO_2$ 첨가에 따른 $ZnO-Bi_2O_3$ varistor의 미세구조와 전기적 특성의 변화에 대한 연구.
$MnO_2$ 첨가 효과를 규명하기 위하여 이미 여러사람에 의해 연구된 바 있는 $ZnO-Bi_2O_3$ 2 성분계가 선택되어 졌다. 이때 $MnO_2$ 의 첨가량은 0 mol%-1 mol %까지 변화되어 졌으며 또한 0.5 mol \% $MnO_2$ 첨가시의 소결온도의 변화효과에 대한 연구가 1000℃ - 1350℃의 온도에서 수행되어 졌다.
이러한 $ZnO-Bi_2O_3-MnO_2$ 3성분 계에서, 2성분 계에서와 마찬가지로 입계상의 존재가 확인되어 졌으며 이들 입계상은 $Bi_2O_3$ 의 석출에 의한 것으로 관찰되어 졌다. 그러나 첨가되어진 $MnO_2$ 는 ZnO grain 과 입계상 내에 분포 되어 진다.
V-I 특성에 있어서, $MnO_2$ 의 첨가는 동작전압인 $V_{1mA}/mm$ 의 증가를 초래하였으나 저 전류 영역의 경우 0 mol % - 0.5 mol % 첨가시킬때 전류가 감소하다가 0.1 mol% 이상에서 다시 증가되어 졌다. 또한 소결온도의 변화시 1150℃ 까지는 전류의 감소를 초래하나 그 이상의 온도에서는 급격히 증가 되어 진다.
이러한 $MnO_2$ 첨가에 따른 저 전류 영역의 전류의 변화는 초기에 첨가된 $MnO_2$ 가 전기적 장벽의 증가의 원인이 되는 Surface states 나 혹은 Trap 을 형성하나 오히려 계속되는 $MnO_2$ 의 첨가는 자유전자의 증가의 원인이 되는 Donor 로서 작용하기 때문이며 1150℃ 이상의 온도에서 급격한 전류의 증가는 $Bi_2O_3$ 의 증발 때문인 것으로 여겨진다.
비직선 상수 α는 $MnO_2$의 첨가에 따라 증가되어 진다. 또한 0.5mol% $MnO_2$ 가 첨가된 3 성분계에서는 1150℃ 에서 최대값을 보이며 그 이상의 온도 에서는 급격히 감소한다.
그러나 $MnO_2$의 첨가는 전류의 instabillity 를 초래하며 0.5 mol % 이상 첨가할 때 그 정도는 증가한다. 그러므로 $MnO_2$ additive 의 계속된 첨가는 비직선 특성은 증가시키나 instabillity도 증가시키므로 0.1 - 0.5 mol % 정도 첨가시키는 것이 적당하며 소결온도도 1150℃C - 1200℃가 적당하다는 것이 관찰되어진다.