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Title
Photoinduced changes of electrical properties in SrTiO3 / Richard Peter Barna
Additional Titles
SrTiO tief 3
AuthorBarna, Richard Peter
Thesis advisorFleig, Jürgen
PublishedWien, 2018
Description90 Blätter : Illustrationen, Diagramme
Institutional NoteTechnische Universität Wien, Diplomarbeit, 2018
Annotation
Zusammenfassung in deutscher Sprache
LanguageEnglish
Document typeThesis (Diplom)
Keywords (EN)oxides / conductivity / oxygen exchange / impedance spectroscopy
URNurn:nbn:at:at-ubtuw:1-118489 Persistent Identifier (URN)
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Photoinduced changes of electrical properties in SrTiO3 [2.58 mb]
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Abstract (German)

Eine erhöhte Sauerstoffeinbaurate in das SrTiO3-Gitter, induziert durch ultraviolettes Licht, wurde erstmals in den frühen 2000ern beschrieben und wurde nur in einer weiteren Arbeit untersucht, was zu einem bis heute nur sehr begrenzten Einblick in den Effekt führt. In der vorliegenden Arbeit wurde dieser photoelektrochemische Effekt weiter untersucht, um ein tieferes Verständnis der zugrundeliegenden und begleitenden Prozesse zu erhalten. Einkristallines, undotiertes SrTiO3 wurde als optisch aktives Material gewählt. Dünnschichtelektroden wurden auf beiden Seiten abgeschieden und die Arbeitselektroden wurden entweder zu einem Gitter oder zu kreisförmigen Mikroelektroden mikrostrukturiert. Eine systematische Versuchsreihe von Elektrochemische Impedanzspektroskopie (EIS), Photospannungsund Photostrommessungen wurde an den Proben in Luft bei verschiedenen Temperaturen durchgeführt, während sie ultraviolettem Licht und Dunkelheit ausgesetzt wurden. Die Wirkung des Elektrodenmaterials wurde ebenfalls untersucht, wobei ein Metall (Platin), ein gemischt-ionischer elektronischer Leiter (LSC, La0,6Sr0,4TiO3) und ein transparenter Leiter (Al-dotiertes ZnO) verwendet wurden. Impedanzspektren zeigten die Existenz von drei Halbkreisen, dern Hintergründe analysiert und diskutiert wurden, um so ein verbesserter äquivalenter Schaltkreis vorzuschlagen. Das UV-Licht verursachte in jedem Fall die Reduzierung des Widerstandes aller Transportprozesse, wobei das Ausmaß des Lichteffekts mit steigender Temperatur abnimmt. Es wurde gefunden, dass das Elektrodenmaterial nicht nur die raumladungsbezogenen Effekte beeinflusst, sondern auch die Äquilibrierungszeit unter und nach der UV-Bestrahlung. Messungen von Photospannung und Photostrom zeigten, dass ultraviolettes Licht zwei getrennte Phänomene in der Probe induziert; einerseits verursacht es eine raumladungsbezogene Photospannung, andererseits eine Stöchiometrieänderung durch eine erhöhte Sauerstoffeinbaurate.

Abstract (English)

An enhanced oxygen incorporation rate into the SrTiO3 lattice induced by ultraviolet light, was first reported in the early 2000s and was solely studied in one further work, leading to a limited insight into the effect as of today. In the present thesis this photoelectrochemical interaction was further investigated in order to get a deeper understanding of the underlying processes. Single crystal undoped SrTiO3 was chosen as the optically active material. Thin film electrodes were deposited on both sides and the working electrodes were microstructured into either a grid shape or into circular microelectrodes. Systematic measurements of electrochemical impedance spectroscopy (EIS), as well as photovoltage and photocurrent measurements were conducted on the samples in air, at different temperatures, while exposed to ultraviolet light and in dark. The effect of the electrode material was investigated as well, using a metal (platinum), a mixed ionic electronic conductor (LSC, La0.6Sr0.4TiO3), and a transparent conductor (Al doped ZnO). Impedance spectra showed the existence of three semicircles, which were analyzed and interpreted and consequently an improved equivalent circuit was suggested. UV light in general caused the decrease of the resistance of all processes, however increasing temperature leads to a diminishing light effect. The electrode material was found to not only affect the space charge related effects, but also the equilibration time under and after UV irradiation. Photovoltage and photocurrent measurements showed that ultraviolet light induces two separate processes in the sample; on one hand a space charge related photovoltage, on the other hand a stoichiometry change caused by an enhanced oxygen incorporation rate.

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