Laufende Projekte

• Maximilian Trapp und Hans-Joachim Kleebe

Zinkoxidvaristorkeramiken (ZnO) besitzen eine typische, nichtlineare elektrische Charakteristik, deren Ursache dem Vorhandensein doppelter „back-to-back“ Schottkybarrieren entlang der Korngrenzen zugeschrieben wird. Diese Potentialbarrieren werden durch Ladungsträger aufgebaut, die durch Dotanden und die damit einhergehenden Defektzustände an den Grenzflächen eingefangen werden. Die nicht zentrosymmetrische Wurtzitstruktur von Zinkoxid besitzt dabei piezoelektrische Eigenschaften, welche verwendet werden können, um mittels mechanischer Belastung die Höhe dieser Barrieren einzustellen. Durch mechanischen Stress werden piezoelektrische Ladungen an den Varistorkorngrenzen erzeugt, welche, abhängig von der eingestellten Orientierung der Kristallstruktur und ob Zug- oder Druckspannung verwendet wird, entweder kompensierend oder verstärkend wirken.

In enger Zusammenarbeit mit der Arbeitsgruppe Nichtmetallisch-Anorganische Werkstoffe von Prof. Jürgen Rödel werden ZnO Bikristalle mit spezifischen Orientierungen und Dotierungskonzepten mit den Methoden der atomar-aufgelösten Transmissionselektronen-mikroskopie (TEM) chemisch und strukturell untersucht, wobei der Schwerpunkt auf den kristallographischen Charakteristiken der Korngrenze, der Segregation der Dotanden und dem Einfluss verschiedener Herstellungsverfahren liegt. Die TEM-Ergebnisse werden mit lastabhängigen elektrischen Messungen verglichen und korreliert. Da Bikristalle ideale Modellsysteme für die Untersuchung spezifischer Korngrenzkonfigurationen und damit spezifischer Potentialbarrieren darstellen, tragen diese Studien nicht nur zur Entwicklung neuartiger piezotronischer Bauelemente bei, sondern auch zur Grundlagenforschung an Zinkoxid-Varistorkeramiken.

Des Weiteren werden die eingesetzten TEM-Charakterisierungsmethoden auch auf andere verwandte ZnO-Materialien, wie beispielsweise Nanodrähte, Nano-Inversionszwillinge und hexagonale Nanoplättchen angewandt.