Dokument:
Mikroelektrochemische Untersuchungen
an isolierenden Oxidschichten Analyse, Simulation und Anwendung
| Titel: | Mikroelektrochemische Untersuchungen an isolierenden Oxidschichten Analyse, Simulation und Anwendung | |||||||
| URL für Lesezeichen: | https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=2240 | |||||||
| URN (NBN): | urn:nbn:de:hbz:061-20020201-000240-0 | |||||||
| Kollektion: | Dissertationen | |||||||
| Sprache: | Deutsch | |||||||
| Dokumententyp: | Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation | |||||||
| Medientyp: | Text | |||||||
| Autor: | Pilaski, Milan [Autor] | |||||||
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| Beitragende: | Prof. Dr. Schultze, Joachim Walter [Gutachter] PD Dr. Lohrengel, Manuel M. [Gutachter] | |||||||
| Stichwörter: | Oxidbildung, Simulation, Kornorientierung,EBSD, Mikroelektrochemie, Grobkornmaterialien, Nb, Ta, Zr, Hfoxideformation, simulation, grain orientation, EBSD, micro electrochemistry,coarse grain materials, Nb, Ta, Zr, Hf | |||||||
| Dewey Dezimal-Klassifikation: | 500 Naturwissenschaften und Mathematik » 540 Chemie | |||||||
| Beschreibungen: | In dieser Arbeit wurde die Oxidbildungs-Kinetik an Ventilmetallen mit
der Tropfenzelle und Finite-Elemente-Simulationen untersucht. Mit
selbst entwickelter Software konnten ortsaufgelöste elektrochemische
Experimente automatisch durchgeführt und zu Karten elektrochemischer
Eigenschaften verarbeitet werden (Auflösung 50µm). Unter Einbeziehung des Modells von VETTER zur Korrosion ließ sich der komplette Prozess der Oxidbildung simulieren, beginnend mit der Umladung der Doppelschicht, der dielektrischen Relaxation, folgende Ladungsträger-Injektion, Oxidbildung unter Rückgang der Ladungsträger-Konzentration und schließlich stationärer Korrosion. Mit Hilfe einer Kombination aus besonders rauscharmer Kapazitäts- und Ladungsmessung konnte erstmals die Injektionsladung bei Ta gemessen werden. Sie beträgt 700 Ccm-3 bei 2.5 nm Oxid. Die Verarmung der mobilen Ladungsträger konnte quantitativ verfolgt und zur Erklärung des Memory-Effektes herangezogen werden. Eine vollständige Verarmung erfolgt nur bei einer hinreichend hohen Feldstärke von einigen MVcm-1. Sauerstoff-Überführungszahlen nahe eins führen zu einer Hemmung der Ladungsträger-Verarmung und erklären den besonders ausgeprägten Memory-Effekt bei Zr und Hf. Mikroelektrochemische Messungen zur Oxidbildungs-Kinetik wurden mit der Tropfenzelle auf grobkristallinen Proben der Metalle Nb, Ta, Zr und Hf auf einzelnen Körnern durchgeführt und dazu die kristallographische Kornorientierung mit EBSD (electron backscattering diffraction) bestimmt. Hinsichtlich ihrer Oxidbildungs- Kinetik lassen sich zunächst kubische Ventilmetalle mit amorphen Oxiden und geringer Orientierungsabhängigkeit der Oxidbildung von hexagonalen Metallen mit vorwiegend kristallinen Oxiden und hoher Orientierungsabhängigkeit unterscheiden. Die Tropfenzelle lässt sich bei hängendem Tropfen auch zur Mikrostrukturierung einsetzen. Bei ultradünnen Aufdampfschichten (10-20 nm) aus Aluminium wurde das Metall lokal teilweise in Oxid umgewandelt. Dabei konnten laterale Strukturbreiten dx, dy von bis hinab zu 30µm mit hoher Randschärfe erzielt werden. Die normale Genauigkeit dz betrug unter 0.5 nm. Die Anodisierung war kontinuierlich bis zur vollständigen Umwandlung des Metalls in Oxid. In this work oxide formation kinetics on valve metals was studied with the scanning droplet cell and finite element simulations. Spacially resolved electrochemical experiments were performed automatically to obtain surface maps of electrochemical properties (resolution 50µm). Including the model for corrosion by Vetter, the whole process of oxide formation could be simulated, starting with charging of the double layer, followed by dielectric relaxation, injection of mobile ions, oxide formation, decay of mobile ion concentration and finally stationary corrosion. Combination of low-noise capacity and charge measurements allowed to measure the injection charge for tantalum oxide for the first time (700 Ccm-3 at 2.5 nm oxide film thickness). The decay of the concentration of mobile ions could be followed quantitatively and was used to explain the memory effect. A complete decay of the concentration of mobile ions occurs only at a sufficiently high field strength of some MV cm-1. Transfer coefficients around 1 for O2- lead to an inhibition of the decay of mobile ion concentration and thus explain the very profound memory effect for Zr and Hf. Micro electrochemical measure´ments of the oxide formation kinetics were performed with the scanning droplet cell on single grains of coarse crytalline samples of the metals Nb, Ta, Zr, Hf. The corresponding crystal orientation was determined by EBSD (electron backscattering diffraction). In terms of oxide formation cubic valve metals with amorphous oxides and small orientation dependance can be destinguished from hexagonal metals with large orientation dependance. The droplet cell was also used for micro structuring of ultra thin (10-20nm) Al films on glass substrates. Anodisation lead to a continous transformation of metal into oxide. The normal resolution was 0.5 nm, the lateral resolution was >30µm. | |||||||
| Lizenz: |  Urheberrechtsschutz | |||||||
| Fachbereich / Einrichtung: | Mathematisch- Naturwissenschaftliche Fakultät » WE Chemie | |||||||
| Dokument erstellt am: | 01.02.2002 | |||||||
| Dateien geändert am: | 12.02.2007 | |||||||
| Promotionsantrag am: | 01.02.2002 | |||||||
| Datum der Promotion: | 01.02.2002 |
