Untersuchungen der Kristallisationskinetik von elektrokeramischen Bleititanat- und Bleizirkonattitanat-Dünnschichten mit in-situ XRD

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Rainer Waser
• Fachliche Zuordnung: Materialwissenschaft
• Förderung: Förderung von 2009 bis 2011
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 121425373

Dünne Perowskitschichten in Materialsystemen, die auf Bleititanat (PbTiO3) basieren, sind im Bereich elektronischer Keramiken von besonderem Interesse, da sie piezo-, pyro- und ferroelektrische Eigenschaften besitzen können. Speziell dem Bleizirkonattitanat (PbZr1-x TixO3, PZT) kommt wegen seiner hohen Piezokoeffizienten, die es für den Einsatz in mikoelektromechanischen Systemen (MEMS) und mechanischen Energiegewinnungstechniken nutzbar machen, große Bedeutung zu. Im allgemeinen bringt die nasschemische Abscheidung dünner Schichten nach dem Verfahren Chemical Solution Deposition (CSD) viele Vorteile in Hinsicht auf apparative Ausstattung, Kosten und Flexibilität gegenüber physikalischen Methoden mit Für eine genaue Kenntnis der Schichtwachstumsprozesse sind kinetische Daten elementar. Über PZT sind nur wenige Daten zur Reaktionskinetik von nasschemisch hergestellten Pulvern und Dünnschichten bekannt. Diesen liegen zudem unterschiedliche Prozessrouten zugrunde, so dass die Daten nicht übereinstimmen. Darüber hinaus stellt sich die Frage nach der Vergleichbarkeit von Bulkkeramik- und Dünnschichtdaten.Dieses Vorhaben hat die systematische Sammlung kinetischer Daten an dünnen Schichten und Bulkproben von Bleititanat als Zielsetzung. PbTiO3 fungiert hierbei als Modellsystem für PZT, dessen technisch angewendete Zusammensetzungen vorwiegend titanreich sind. Als Methode soll neben bewährten thermoanalytischen Verfahren insbesondere in-situ- Röntgendiffraktometrie angewendet werden, die Auswertungen erfolgen über die Kissinger bzw. die Johnson-Mehl-Avrami-Kolmogorov-Methode. Die Experimente sollen mit Hilfe einer Reaktionskammer durchgeführt werden, die ein Aufheizen einer Probe in verschiedenen Atmosphären bei gleichzeitiger Aufnahme von Diffraktogrammen erlaubt. Die Korrelation von den gewonnenen Röntgenbeugungsdaten mit sonstigen Ergebnissen durch Charakterisierungsmethoden wie Rasterelektronenmikroskopie soll dazu führen, dass Modelle zur Ausbildung der Mikrostruktur insgesamt aufgestellt werden. Diese können in weiteren Versuchsreihen als Grundlage für die Beschreibung komplexerer Materialsysteme auf der Basis von PbTiO3, z. B. PZT, dienen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen