The dependence of electrical conductivity of MgxZn1-xO ceramics on phase composition
Loading...
Date
2024
Authors
Korsunska, Nadiia
Polishchuk, Yulia
Markevich, Iryna
Kozoriz, K.
Ponomaryov, Semyon
Melnichuk, Olexandr
Stara, Tetyana
Melnichuk, Lyudmyla
Khomenkova, Larysa
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Abstract
The structural and electrical characteristics of (Mg,Zn)O ceramics produced using the solid state reaction at 1100 °C for 3 hours were studied applying X-ray diffraction and IR reflection spectroscopy as well as means of direct current measurements versus MgO content in initial charge (varied from 0 to 100 mol.%). It has been shown that electrical conductivity extracted from the IR reflection spectra corresponds to that of hexagonal phase in a solid solution, while plasmon in cubic phase was not observed. The electron concentration in the hexagonal grains of solid solution prepared with MgO content below 30 mol. % in the charge was found to be close to that of ZnO grains. It shows the tendency to decrease with further growth of the MgO content, which was explained by extraction of zinc interstitials, responsible for ZnO conductivity, from ZnO under formation of the MgZnO cubic phase. The direct current measurements have shown the lower conductivity as compared to the value estimated from IR reflection spectra. This fact along with the superlinearity of current-voltage characteristics has been explained by the presence of intergranular barriers, which does not allow obtaining information on the concentration of free electrons in the grain by this method. The possible nature of intergranular barriers as well as the role of grain boundaries in the DC conductivity of samples has been discussed.
Description
Твердофазною реакцією при 1100 °С протягом 3 годин одержано кераміку (Mg,Zn)O з різним вмістом MgO, що змінювався у межах від 0 до 100 мол.% у шихті. Досліджено структурні та електричні характеристики кераміки методами рентгенівської дифракції та спектроскопії інфрачервоного відбиття, а також за допомогою прямого вимірювання електропровідності методом постійного струму. Показано, що величина електропровідності, визначена при моделюванні внеску плазмону у спектри інфрачервоного відбиття, характерна для гексагональної фази твердого розчину, оскільки у кубічній фазі твердого розчину плазмон не проявляється. Встановлено, що концентрація електронів у зернах гексагональної фази (Mg,Zn)O у зразках, виготовлених із шихти із вмістом MgO до 30 мол.%, близька до концентрації носіїв у кераміці ZnO. При збільшенні вмісту MgO спостерігається зменшення внеску гексагональної фази у керамічних зразках, що супроводжується зменшенням концентрації електронів і пояснюється зменшенням вмісту міжвузлового цинку внаслідок його екстракції з ZnO для утворення кубічної фази твердого розчину. Прямі вимірювання електропровідності при постійному струмі показують менші значення провідності у порівнянні із значеннями, оціненими зi спектрів інфрачервоного відбиття. Цей факт, а також надлінійність вольт-амперних характеристик можна пояснити наявністю міжзерених бар’єрів, що перешкоджають визначенню концентрації вільних електронів у зернах. Природа цих бар’єрів, а також роль міжзеренних границь у провідності зразків на постійному струмі, обговорюються.
Keywords
MgZnO ceramics, X-ray diffraction, electrical conductivity, IR reflection spectroscopy, article, кераміка MgZnO, дифракція рентгенівських променів, електрична провідність, спектри ІЧ-відбиття
Citation
The dependence of electrical conductivity of MgxZn1-xO ceramics on phase composition / N. O. Korsunska, Yu. O. Polishchuk, I. V. Markevich, K. O. Kozoriz, S. S. Ponomaryov, O. V. Melnichuk, T. R. Stara, L. Yu. Melnichuk, L. Yu. Khomenkova // Semiconductor Physics, Quantum Electronics & Optoelectronics. - 2024. - Vol. 27, No 1. - P. 70-78. - https://doi.org/10.15407/spqeo27.01.070