Conductive probe based investigations on ZnO varistor ceramics

Titel in Übersetzung: Untersuchungen an ZnO Varistor Keramiken mittels leitfähiger Sonden

Andreas Nevosad

Publikation: Thesis / Studienabschlussarbeiten und HabilitationsschriftenDissertation

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Abstract

Varistoren sind nicht-lineare, spannungsabhängige Widerstände. Aufgrund dieser Eigenschaft werden sie als Überspannungsschutz in elektrischen Schaltkreisen und Elektronikbauteilen verwendet. Das Standardmaterial zur Herstellung von Varistoren sind dotierte ZnO-Keramiken. Deren spezielles elektrisches Verhalten wird durch die Bildung von Doppel-Schottky-Barrieren an den ZnO-Korngrenzen verursacht. Daher ist die Bestimmung der elektrischen Eigenschaften individueller Korngrenzen grundlegend für das Verständnis des Verhaltens von Varistor-Bauteilen. In dieser Arbeit wurden die elektrischen Eigenschaften von industriell hergestellten Varistor-Keramiken in Bezug auf die Mikrostruktur untersucht. Die verwendeten Untersuchungsmethoden waren einerseits Varianten der Rasterkraftmikroskopie (Atomic Force Microscopy, AFM) und andererseits ein neu aufgebautes Mikro-Vier-Punkt-Messsystem (M4PP). Als Rasterkraftmikroskopie - basierte Methoden wurden die Leitfähigkeits-Rasterkraftmikroskopie (Conductive Atomic Force Microscopy, C-AFM), Kelvinsonden-Rasterkraftmikroskopie (Kelvin Probe Force Microscopy, KPFM), Oberflächenpotential-Rasterkraftmikroskopie (Scanning Surface Potential Microscopy, SSPM) und Impedanz-Rasterkraftmikroskopie (Scanning Impedance Microscopy, SIM) verwendet. Die AFM Untersuchungen zeigten eine hohe Leitfähigkeit innerhalb des ZnO Korns und einen hohen Widerstand an den Korngrenzen. Mittels KPFM und SSPM konnte ein, mit Thermographie gefundener, Hauptstrompfad durch ein Bauteil genau lokalisiert werden und die Bildung des Strompfades einer spezifischen Korngrenze mit reduziertem Widerstand zugeordnet werden. Weiters konnte asymmetrisches Verhalten auch für Strompfade über zwei Korngrenzen nachgewiesen werden. Die M4PP Messungen erlaubten eine Untersuchung der Strom-Spannungs Charakteristik einzelner Korngrenzen, wobei Asymmetrien und starke Unterschiede in den für das Verhalten des Bauteiles wichtigen Parameter gefunden wurden.
Titel in ÜbersetzungUntersuchungen an ZnO Varistor Keramiken mittels leitfähiger Sonden
OriginalspracheEnglisch
QualifikationDr.mont.
Betreuer/-in / Berater/-in
  • Reichmann, Klaus, Beurteiler A (extern), Externe Person
  • Teichert, Christian, Beurteiler A (intern)
PublikationsstatusVeröffentlicht - 2013

Bibliographische Notiz

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