Kontrolle der Domänen in verspannten, bleifreien Alkalinobat-Dünnschichten zur Einstellung piezoelektrischer Koeffizienten

• Antragstellerin: Dr. Jutta Schwarzkopf, seit 9/2015
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 276754399

Ferroelektrische Materialien sind in unserem Alltag allgegenwärtig, zum Beispiel in Form von Sensoren und Aktoren in Autos, Ultraschallgeräten in der Medizin oder Speicherbauelementen. Trotz einer existierenden EG-Richtlinie zur Beschränkung gefährlicher Stoffe wird immer noch ein gewaltiges Volumen von bleihaltigen ferroelektrischen Materialien verwendet, was insbesondere auf das Fehlen von alternativen Materialien zurückgeführt werden kann. Auf der Suche nach bleifreien Ferroelektrika wurden in Niobaten stark ausgeprägte piezoelektrische Eigenschaften ermittelt, die ähnlich groß sind wie in bleihaltigen Materialien. Mit der Absicht, den Zusammenhang zwischen Mikrostruktur und ferroelektrischen Domänen auf der einen Seite und den piezoelektrischen Eigenschaften auf der anderen Seite weiter aufzuklären, soll in diesem Projekt die Herstellung des bleifreien Ferroelektrikums Kalium Natrium Niobat (KNN) mittels der industriekompatiblen metallorganischen chemischen Gasphasenabscheidung (MOCVD) entwickeln werden, mit dem Ausblick die piezoelektrischen Eigenschaften zu optimieren. Die gezielte Einführung einer epitaktischer Gitterverspannung wird durch die Verwendung verschiedener Oxidsubstrate realisiert um die piezoelektrischen Eigenschaften der Dünnschichten einzustellen. Verständnis und Kontrolle der Bildung von Domänen und Defekten sind unabdingbar um eine Verbesserung der piezoelektrischen Eigenschaften zu erreichen.MOCVD als Abscheidungsmethode ist potenziell geeigneter für industrielle Prozesse als die in der Grundlagenforschung typischerweise verwendete gepulste Laserabscheidung (PLD). Das Wachstum von Niobat-Dünnschichten durch MOCVD wurde erst kürzlich in der gastgebenden Forschungsgruppe entwickelt. Ausgezeichnete Ergebnisse wurden für NaNbO3 Dünnschichten erzielt, daher soll diese Methode nun für das komplexere KNN angewandt werden. Parallel dazu wird PLD als vergleichende Methode weiter verwendet, um den Einfluss der Abscheidungsbedingungen auf die piezoelektrischen Eigenschaften zu untersuchen. Das Ziel ist, KNN-Dünnschichten mit hohen piezoelektrischen Koeffizienten mittels MOCVD herzustellen und diese versuchsweise in elektronischen Bauelementen zu nutzen. Der Antragsteller bringt umfassende Qualifikationen in der Herstellung und Charakterisierung von Dünnschichten und speziell in der Kontrolle von ferroelektrischen Domänenstrukturen mit, die komplementär zu den Kompetenzen des aufnehmenden Instituts sind.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Niederlande
• Kooperationspartnerin: Professorin Dr. Beatriz Noheda
• Ehemaliger Antragsteller: Dr. Ludwig Feigl, bis 9/2015