Book/Dissertation / PhD Thesis

FZJ-2018-05292

http://join2-wiki.gsi.de/foswiki/pub/Main/Artwork/join2_logo100x88.png Methoden der Leitfähigkeitsuntersuchung mittels Rasterkraftmikroskop und deren Anwendung auf Barium Titanat Systeme

Reichenberg, B. (Corresponding author)FZJ*

2018
Forschungszentrum Jülich GmbH Zentralbibliothek, Verlag Jülich
ISBN: 978-3-95806-350-1

Please use a persistent id in citations: http://hdl.handle.net/2128/19741

Abstract: Elektrokeramische Werkstoffe sind aufgrund ihrer vielfältigen Einsatzmöglichkeiten von hohem Interesse für Forschung und Entwicklung. Besonders Titanate mit Perowskitstruktur werden verstärkt in Form dünner Schichten in modernste elektronische und elektromechanische Bauelemente wie Aktoren, Sensoren und Speicher integriert. Als Folge des immer größeren Drucks zur Miniaturisierung reichen die Strukturgrößen bis auf wenige Nanometer hinab. Hierbei spielen die elektrischen Leitungsmechanismen eine besonders wichtige Rolle. Das Rasterkraftmikroskop ist seit langem ein wichtiges Werkzeug bei der Erforschung von elektrischen Eigenschaften auf der Nanometer-Skala. Allerdings bildet die Charakterisierung von Perowskiten eine besondere Herausforderung, da diese eine auÿerordentlich kleine elektrischen Leitfähigkeit besitzen und zu den Nichtleitern zählen. Daher sind sie durch die üblichen Charakterisierungsmethoden nicht zu messen. Im Rahmen dieser Arbeit wurden daher verschiedene, neue Erweiterungen des Rasterkraftmikroskops entwickelt. Besonders hervorzuheben sind hier das Leitfähigkeitsrasterkraftmikroskop (LC-AFM), das Oberflächenpotentialkraftmikroskop (SPM) und die Kombination aus LC-AFM und Piezoelektrizitäts Rasterkraftmikroskop (PFM). Die eigens dafür entwickelten Elektrometer- und Strom-Spannungswandler zeichnen sich durch extrem niedrige Eingangskapazitäten, hohe Eingangswiderstände und groÿe Bandbreite, gerade bei hochohmigen Quellen, aus. Da diese auch für andere Bereiche der Wissenschaft von großem Interesse sind, werden die Verstärker bereits interdisziplinär kommerziell vermarktet. Bisherige Modelle für Perowskite erklären die elektrische Leitfähigkeit als ein Phänomen, das sich homogen im Material ausbildet. Durch die neuen Messmethoden konnte nachgewiesen werden, dass die Leitfähigkeit im Gegensatz dazu auf wenige, sehr gut leitende Pfade zurückzuführen ist. Ferner konnte gezeigt werden, dass diese Pfade durch Titansegregationen entlang von ausgedehnten Defekten entstehen. Oberflächenpotentialmessungen an Bariumtitanat Dünnschichten zeigten, dass die Leitfähigkeit von Körnern deutlich gröÿer ist, als die der Korngrenzen. Auf diese Weise konnten die auftretenden elektrischen Felder zum ersten Mal experimentell bestimmt werden. Die Untersuchung des Tempeaturverhaltens von polykristallinen Bariumtitanat Dünnschichten hat gezeigt, dass lokale piezoelektrische Aktivität durch Verspannungen mit dem Substrat blockiert werden, ein in der Literatur berichtetes Ausbleiben von Ferroelektrizität konnte auf einen Substrateffekt zurückgeführt werden. Diese Arbeit zeigt erstmals eine systematische Studie der lokalen, elektrischen Leitfähigkeit von Bariumtitanat und weist neue Wege der elektrischen Charakterisierung auf der Nanometer-Skala auf.

Note: RWTH Aachen, Diss., 2018

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Contributing Institute(s):

1. Elektronische Materialien (PGI-7)

Research Program(s):

1. 899 - ohne Topic (POF3-899) (POF3-899)

Appears in the scientific report 2018

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Database coverage:
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