Stabilität von Sr(Ti0.65,Fe0.35)O3-δ - am IWE

50 4 Diskussion
zu einer erhöhten Ladungsträgergeneration (n-Leitung) und somit zu einem Anstieg der Leitfähigkeit
kommen müsste. Dieses Abweichen von der theoretischen Kurve weist auf eine Instabilität
des Materials hin. Die Instabilität steigt mit zunehmender Dauer (Bild 4-11, „Instabilität
I, II“).
Korngrenzen haben auf die Leitfähigkeit in Metalloxiden einen großen Einfluss. Häufig behindern
Korngrenzen den Transport von Ladungen und Ionen; der Korngrenzwiderstand wird
durch eine Raumladungszone verursacht, in der sich keine freien Ladungen befinden. Deshalb
wird vermutet, dass sich die Korngrenzen von STF ändern und somit die elektrische Instabilität
verursachen.
Souza [34] setzt für eine Korngrenze in eisendotiertem SrTiO 3 zwei Schottky-Übergänge als
Modell an. Die Grenzfläche ist in diesem Modell positiv geladen, was zu einer Verarmung
von Sauerstoffleerstellen und Löchern in den Körnern führt. Die positive Korngrenze wird
also durch eine negative Raumladungszone der unbeweglichen, negativ geladenen Eisenionen
Fe′
Ti
kompensiert. Mit der Poissongleichung lässt sich der Potentialverlauf über eine Korngrenze
errechnen (für die mathematische Ausführung siehe [34]). Für Ladungsträger stellt
dieser Potentialverlauf eine Barriere dar. Mit zunehmender Reduzierung steigt diese Barriere
an, so dass der Widerstand der Probe steigt bzw. die Leitfähigkeit sinkt.
Ein Widerstandsanstieg wurde auch bei den Untersuchungen zur elektrischen Impedanz festgestellt
(Anhang II). Da die Messungen bei 100 °C durchgeführt wurden, lag bereits der Ausgangswiderstand
mit ca. 10 kΩ deutlich über dem Ausgangswiderstand des Leitfähigkeitsmessplatzes
(10 Ω, 900 °C). Nach der Alterung (Versuch 8, S. 18) erhöhte sich der Widerstandswert
um mehrere Dekaden (die Proben waren weitgehend isolierend), während sich der
Widerstand während der Alterung im Leitfähigkeitsmessplatz maximal verdoppelte.
Die starke Temperaturabhängigkeit der Widerstandsänderung spricht ebenfalls für eine Veränderung
der Korngrenzen. Bei einer hohen Temperatur von 900 °C überwinden die Ladungsträger
die Potentialbarriere leichter als bei der niedrigen Temperatur von 100 °C.
Der starke Widerstandsanstieg nach 128 h in Bild 4-11 ist auf Rissbildung in der Probe zurückzuführen.
Die Risse entstanden nach einer T-Variation von 900 auf 850 °C.