ZB계에 Mn3O4와 Co3O4를 1:1 비율로 합하여 1/3 mol% 첨가한 ZB(MCo)계의 전기적 특성과 결함 및 입계 특성에 대하여 각종 유전함수를 이용하여 분석한 결과 다음과 같은 결론을 얻었다. ZB계에 Mn과 Co를 동시 첨가할 경우, J-E 특성에서 비선형 계수는 24∼30으로 크게 높아졌으며, 소결온도가 높아질수록 비선형성과 pre-breakdown 영역의 비저항은 낮아지고 누설전류는 증가하지만, 단위 입계당 항복전압은 2.9∼3.4 V 범위를 유지하였다. AS와 유전함수를 함께 사용하여 계산한 결함들은 각 함수의 종류에 따라 선택적으로 확인되었으며, (0.17∼0.18 eV)과 (0.30∼0.33 eV)가 주결함으로 계산되었다. 따라서 결함을 관찰할 때 다양한 유전함수들을 함께 사용하는 것이 보다 유리하고 정확하다는 것을 알 수 있다. 입계는 전기적으로 단일 입계로 확인되지만, 측정 온도 구간에 따라 (540 K 이하=0.64 eV, 600 K 이상=1.06 eV) 입계 활성화 에너지의 변화가 관찰되었다. 입계 정전용량 Cgb는 1.5∼2.1 nF으로 측정 온도가 높아짐에 따라 낮아졌으며, Rgb는 지수적으로 감소하였다. 또한 α-factor는 0.136으로 측정온도에 따라 일정한 값을 가졌다. 따라서 ZB계에 Mn과 Co를 동시에 첨가할 경우, 입계는 보다 균일하게 되고 온도 안정성이 확보되는 것을 알 수 있었다.
In this study, we have investigated the effects of Mn and Co co-doping on defects, J-E curves and grain boundary characteristics of ZnO-Bi2O3 (ZB) varistor. Admittance spectra and dielectric functions show two bulk defects of Zn ·· (0.17∼0.18 eV) and V· (0.30∼0.33 eV). From J-E characteristics the nonlinear coefficient (α) and resistivity (ρgb) of pre-breakdown region decreased as 30 to 24 and 5.1 to 0.08 GΩcm with sintering temperature, respectively. The double Schottky barrier of grain boundaries in ZB(MCo) (ZnO-Bi2O3-Mn3O4-Co3O4) could be electrochemically single type. However, its thermal stability was slightly disturbed by ambient oxygen because the apparent activation energy of grain boundaries was changed from 0.64 eV at lower temperature to 1.06 eV at higher temperature. It was revealed that a co-doping of Mn and Co in ZB reduced the heterogeneity of the barrier in grain boundaries and stabilized the barrier against an ambient temperature (α-factor= 0.136).
