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| Book/Report | FZJ-2019-00547 |
1995
Forschungszentrum Jülich GmbH Zentralbibliothek, Verlag
Jülich
Please use a persistent id in citations: http://hdl.handle.net/2128/21319
Report No.: Juel-3056
Abstract: Die Herstellung heteroepitaktischer dünner Filme von Lithiumniobat ist technologisch von großem Interesse. Zur Zeit existiert keine etablierte Technik zur Herstellung solcher Filme. Erst muß ein Verständnis der beim Schichtwachstum ablaufenden Prozesse erarbeitet werden. In dieser Arbeit wurde das homo- und heteroepitaktische Wachstum von LiNbO$_{3}$-Filmen untersucht. Der Schwerpunkt lag dabei auf dem Studium des Systems LiNbO$_{3}$/Al$_{2}$O$_{3}$. AlsDepositionsverfahren wurde die Laserablation gewählt, die im Bereich der Hochtemperatursupraleitung erfolgreich eingesetzt wird. Aus der Untersuchung des homoepitaktischen Wachstums von Lithiumniobatschichten auf Lithiumniobatsubstraten lassen sich Charakteristika der Schichtherstellung ableiten. Hochwertige Filme von LiNbO$_{3}$ lassen sich nur herstellen, wenn die Schichtherstellung zwei Prozesse umfaßt, die Schichtdeposition und das Ausheilen der Schichten. Der Zwei-Stufen-Prozeß ist aus den folgenden beiden Gründen erforderlich: Erstens ist die kristalline Qualität der Schichten nach der Deposition unbefriedigend. Zweitens erfolgt während der Ablation ein nicht-stöchiometrischer Übertrag von Lithium vom Target auf das Substrat. Wegen des Lithium-Defizites bilden sich LiNbO$_{3}$ und ein nennenswerter Anteil von LiNb$_{3}$O$_{8}$. Das homoepitaktische Wachstum wurde bei zwei verschiedenen Sauerstoff-Partialdrückenwährend der Deposition untersucht, nämlich 5 $\cdot$ 10$^{-3}$ mbar und 0.15 mbar. Während der Deposition müssen die niedrigsten Temperaturen gewählt werden, die ein epitaktisches Wachstum ermöglichen (ca. 700 °C bei 5 $\cdot$ 10$^{-3}$ mbar und ca. 950 °C bei 0.15 mbar). Bei höheren Temperaturen tritt aufgrund von Diffusionsprozessen eine Schädigung des Substrates ein. Insgesamt ist bei der Homoepitaxie die Wahl der Depositionsparameter unkritisch: Selbstim Fall stark gestörter Schichten gelingt es praktisch immer, durch einen 3-minütgen In-Situ-Temperschritt in der Kammer bei 1080 °C perfekt einkristalline Schichten herzustellen. Während des Nachtemperns findet ein Ausheilen der Defekte statt. Das anfängliche Li-Defizit wird durch die Temperung behoben. Die geforderte, kongruente LiNbO$_{3}$-Stöchiometrie stellt sich ein. Der Kompensationsmechanismus beruht auf der hohen Beweglichkeit von Lithium in LiNbO$_{3}$. Das LiNbO$_{3}$-Substrat bildet ein unendliches Lithium-Reservoir, aus dem Lithium bei den hohen Temperaturen während des Nachtemperschrittes in die Schicht eindiffundiert. Die Diffusion bewirkt, daß in der Schicht die gleiche Stöchiometrie wie im Substrat eingestellt wird, also die kongruente Stöchiometrie. Bei der Heteroepitaxie von Lithiumniobat auf Saphir stellt sich dieses Problem anders dar: Ein anfängliches Li-Defizit kann nicht durch nachträgliche Eindiffusion aus dem Substrat behoben werden. Zusätzlich erschwert die Verschiedenartigkeit von Schicht und Substrat [...]
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