Suche

Timo Körner
Integration magnetooptisch aktiver Granate auf Nicht-Granat-Substraten
Betreuer: Prof. Dr. Bernd Stritzker [Experimentalphysik IV]
Datum der mündlichen Prüfung: 28.07.2008
149 Seiten, deutsch
Diese Arbeit beschäftigt sich mit der Herstellung und Charakterisierung von magnetooptisch aktiven Granatfilmen. Ein typischer Vertreter dieser Materialien ist der ferrimagnetische Yttrium-Eisengranat, dessen Faraday-Effekt durch Dotierung mit Bismuth gesteigert werden kann. Der Bi3Fe5O12-Granat kann allerdings nur auf Substrate, die ebenfalls eine Granat-struktur (z.B. Gd3Ga5O12) vorweisen, abgeschieden werden, da dieser nicht im thermo-dynamischen Gleichgewicht aufwächst. Um dessen Eigenschaften als eine neue Funktion für mikroelektromechanische Systeme oder für die integrierte Optik zugänglich zu machen, ist jedoch eine Integration auf z.B. Si oder SiO2 wünschenswert. Um dieses Ziel zu erreichen, wird in der vorliegenden Arbeit der Versuch unternommen, magnetooptisch aktive Granatstrukturen mittels Laserablation (PLD) auf technisch relevante Substrate, wie Si, SiO2 oder Quarzglas zu integrieren. Die systematische Optimierung der Depositionsparameter für die Abscheidung und Integra-tion von Granat-Puffersystemen (Gd3Fe5O12, Y3Al5O12, Y3Fe5O12) auf Nicht-Granat-Substra-ten (Si-, SiO2-, und MgO) wird ausführlich behandelt. Ein weiterer wesentlicher Bestandteil der Arbeit sind die Granat-Dotierungen. Hierbei wird besonders auf die Auswirkungen der Substitutionen (Bismuth, Neodym, Praseodym, Lanthan, Cer und Erbium) bezüglich struktureller und optischer Änderungen eingegangen. Die synthetisierten Filme werden mittels Röntgendiffraktometrie (XRD), Rasterelektronen-(REM) und Rasterkraftmikroskopie (AFM) und Rutherford-Rückstreu-Spektroskopie (RBS) auf ihre Morphologie hin untersucht. Weiterhin werden die physikalischen Eigenschaften der dünnen Filme betrachtet. Von besonderem Interesse sind hierbei die optische Absorption und die Faraday-Drehung. Außerdem werden die Granatschichten geeigneten Strukturierungs-verfahren unterzogen und deren Photolumineszenz (Er-Dotierte Granatstruktur) nachgewiesen. Des Weiteren werden die theoretischen Grundlagen für das Verständnis des Faraday-Effekts erarbeitet und zwei verschiedene Simulationen entwickelt. Mit diesen ist es möglich, aus den Transmissions-Spektren die Brechungsindizes der untersuchten Materialien zu gewinnen und die Faraday-Spektren dünner Schichtsysteme zu simulieren.