Microscale characterisation and modelling of the highly nonlinear electrical behaviour of zinc oxide varistors

Titel in Übersetzung: Mikrocharakterisierung und Modellierung des stark nicht-linearen elektrischen Verhaltens von Zinkoxidvaristoren

Benjamin Kaufmann

Publikation: Thesis / Studienabschlussarbeiten und HabilitationsschriftenDissertation

Abstract

Diese Arbeit liefert ein einfaches Modell zur Beschreibung des stark nichtlinearen elektrischen Verhaltens von Zinkoxidvaristoren. Es ist bekannt, dass der Strom durch Varistoren durch sogenannte Doppel-Schottky-Barrieren an den Zinkoxid-Korngrenzen bestimmt wird. Der vorgestellte Ansatz dieser Arbeit ist insofern neu, als die Korngrenzencharakteristik, die Bestandteil jedes Varistormodells ist, auf experimentellen Daten, nämlich Mikro-4-Punkt-Messungen, basiert. Darüber hinaus ist es das erste Modell, bei dem auch die Elektrode-Keramik-Grenzflächen (Elektrode-Korn-Übergänge) mit einbezogen werden. Ein weiterer Punkt, auf den viel Wert gelegt wurde, ist das asymmetrische Strom-Spannungs-Verhalten der Korngrenzen, das in der Literatur nicht viel Beachtung findet. Die Messungen zeigten, dass die meisten Korngrenzen eine asymmetrische Charakteristik aufweisen, d.h. die Vorwärts- und Rückwärts-Strom-Spannungs-Kurven überschneiden sich nicht. Ein theoretischer Erklärungsversuch für diese Asymmetrie liefert Argumente, warum eine solche Asymmetrie möglich ist, obwohl die experimentellen Daten nicht vollständig erklärt werden konnten. Im Hinblick auf die Modellierung des Varistors konnte ein völlig neuer Zugang gefunden werden. Es wird dabei gezeigt, dass sich der Strom durch das Gefüge des Zinkoxid - mit Tausenden von Korngrenzen - äquivalent zur Summe der Ströme von Pfaden mit unterschiedlicher Anzahl von in Reihe geschalteten Korngrenzen verhält. Nach Kenntnis des Autors ist dies das erste Modell, das das Strom-Spannungs-Verhalten von Niederspannungsvaristoren beschreiben und den stufenweisen Anstieg des Stroms durch diese erklären kann.
Titel in ÜbersetzungMikrocharakterisierung und Modellierung des stark nicht-linearen elektrischen Verhaltens von Zinkoxidvaristoren
OriginalspracheEnglisch
QualifikationDr.mont.
Gradverleihende Hochschule
  • Montanuniversität
Betreuer/-in / Berater/-in
  • Kiener, Daniel, Mitbetreuer (intern)
  • Supancic, Peter Hans, Betreuer (intern)
  • Romaner, Lorenz, Beurteiler B (intern)
  • Reichmann, Klaus, Beurteiler A (extern), Externe Person
PublikationsstatusVeröffentlicht - 2021

Bibliographische Notiz

gesperrt bis 18-05-2026

Schlagwörter

  • Varistor
  • ZnO
  • Schottky Diode
  • Doppel Schottky Barriere

Dieses zitieren