FOROXID

BAYERISCHER FORSCHUNGSVERBUND MULTISKALENDESIGN OXIDISCHER FUNKTIONSMATERIALIEN

TP 6: Magneto-optische Sensorik

Arbeitsfeld:

Für magneto-optisch aktive (MOA) Filme wird ein hohes Anwendungspotenzial gesehen. Mit diesen ist es möglich, in einfacher und schneller Weise eine qualitativ hochwertige lückenlose zwei-dimensionale Visualisierung von Feldverteilungen mit hoher Ortsauflösung zur Qualitätsanalyse durchzuführen. Die Feldverteilungen können dabei z.B. eine Folge von Strömen in Hochleistungshalbleitern, von unterschiedlichen Orientierungen in magnetischen Materialien oder dergleichen sein. Auf dem kommerziellen Markt ist so ein vielseitig einsetzbares Analysegerät derzeit nicht zu beziehen. Um ein solches Gerät mit einer ausreichenden Sensitivität zu entwickeln, ist eine phasenreine Abscheidung von dicken magneto-optisch aktiven Filmen (z.B. Bi3Fe5O12 / BIG) mit einer möglichst geringen Defektdichte notwendig. Dies stellt eine große Herausforderung an den Herstellungsprozess dar. Einerseits liegt dies daran, dass es allem Anschein nach für BIG keine thermodynamisch stabile Phase während des Wachstums gibt. Andererseits konnte festgestellt werden, dass die Abscheidung von BIG nur auf Substraten mit Granatstruktur (meist Gd3Ga5O12 / GGG) möglich ist. Allerdings entstehen dabei aufgrund des Gittermisfits eine große Anzahl von Defekten, die sich negativ auf die physikalischen Eigenschaften des BIG-Materials auswirken. Eine Möglichkeit den Gittermisfit zu reduzieren ist die Substitution von Bi durch andere Elemente wie z.B. Lu. Dies hat jedoch eine reduzierte Faraday-Drehung zur Folge. Ein Ziel des Vorhabens ist die Herstellung und Untersuchung der Realstruktur von dicken magneto-optisch aktiven Schichten. Im Vordergrund steht dabei der Aufbau, die Entwicklung und die Dynamik von Defekten in dicken Schichten und deren Einfluss auf die magneto-optischen Eigenschaften der Schicht. Durch Variation der Substituenten im Film gilt es das Optimum bzgl. geringer Gitterverspannung und maximalem Bi - Gehalt, also maximaler Faraday-Drehung, zu finden. Hier sollen verschiedene neue Materialverbindungen untersucht werden, die gerade mit Hilfe der Laserablation effizient und kostengünstig abgeschieden werden können. Ein weiteres Ziel ist es, die Phasen und Phasengrenzen der Filme zu untersuchen. Hier steht vor allem die Problematik der Targetdegradation mit zunehmender Pulszahl / Schichtdicke im Vordergrund. Die Skalierung des Prozesses auf eine größere Fläche stellt ebenfalls einen wesentlichen Punkt des Arbeitsprogramms dar. Größere homogene Schichten sind notwendig, um einen ausreichend großen Sensor zu bewerkstelligen. Da die magneto-optische Sensorschicht in direkten Kontakt mit dem zu analysierenden Werkstück gebracht werden muss, ist eine weitere Aufgabe ein entsprechendes Schichtpaket aus Spiegel- und Schutzschicht zu entwickeln. Die Spiegelschicht wird benötigt, da die Werkstücke i.d.R. lichtundurchlässig sind. Durch den Spiegel können sich Lichtquelle und Detektor im gleichen Halbraum befinden. Außerdem wird die Sensorschicht 2-fach genützt, wodurch das Signal verdoppelt wird. Metallische Spiegelschichten sind jedoch sehr kratzempfindlich, so dass eine zusätzliche Schutzschicht aufgebracht werden muss. Dabei ist jedoch zu beachten, dass sich die Ortsauflösung mit zunehmender Spiegel- und Schutzschichtdicke verringert. Ein wesentliches Ziel des Projektes ist der Bau eines Demonstrators, mit dem ausgewählte Werkstücke untersucht werden können. Dies ist notwendig, um evtl. auftretende Probleme bei der Anwendung für die Analyse zu erkennen und entsprechende Verbesserungen in den anderen Arbeitspaketen durchführen zu können. Aufgrund der Entwicklung von neuen Materialien und deren Einsatz zur Entwicklung von neuen Verfahren der Qualitätsanalyse sehen wir den Innovationscharakter des Projektes als sehr hoch an. Im Bereich der magneto-optischen Materialien gibt es sowohl deutschlandweit, als auch international gesehen nur wenige Gruppen, die sich mit dieser Problematik beschäftigen. Da an der Universität Augsburg bereits fundierte Erfahrungen mit diesen Materialien bestehen, zeigt sich auch ein hoher strategischer Wert dieses Vorhabens.