Epitaktische LiNb1-xTaxO3 Schichten

• Antragstellerin: Dr. Jutta Schwarzkopf
• Fachliche Zuordnung: Herstellung und Eigenschaften von Funktionsmaterialien ; Experimentelle Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 426703838

Dieses Teilprojekt beschäftigt sich mit der epitaktischen Abscheidung von LiNbxTa1-xO3 (LNT) Schichten mit der gepulsten Laserabscheidung (PLD) auf Oxid-Substraten. Im Vergleich zu den entsprechenden Volumenmaterialien (3D) können sich die Eigenschaften von dünnen Schichten aufgrund der reduzierten Dimensionalität (2D) deutlich unterscheiden und Grenzflächen und Oberflächen spielen eine deutlich prominentere Rolle als bei Volumenmaterialien. Durch das Einbringen einer mechanischen Verspannung durch Heteroepitaxie bieten sich zudem neue Freiheitsgrade Eigenschaften zu gezielt modifizieren (Strain Engineering). Das übergeordnete Ziel dieses Teilprojektes ist daher die grundlegende Untersuchung des Wachstumsprozesses von homo- und heteroepitaktischen LiNbxTa1-xO3 Dünnschichten über den ganzen Zusammensetzungsbereich von x = 0 (LN) bis x = 1 (LT) mittels PLD sowie des Einflusses der Wachstumsparameter auf die strukturellen, physikalischen und chemischen Schichteigenschaften. Zu diesem Zweck müssen die Wachstumsbedingungen (Temperatur, Sauerstoffpartialdruck, Targetzusammensetzung, Target-Substrat-Abstand, Laserfluenz/Frequenz) im Hinblick auf eine stöchiometrische Zusammensetzung der Schichten ohne Fremdphasen und hoher struktureller Qualität ohne Rotationsdomänen optimiert werden. Dies soll durch einen innovativen Machine Learning-Ansatz unterstützt werden, der die Abhängigkeiten zwischen den verschiedenen Prozessparametern und deren Einfluss auf die Filmeigenschaften berücksichtigt und einen neuen Weg für die gezielte Optimierung von Schichteigenschaften aufzeigt. Neben den fundamentalen Wachstumsuntersuchungen ist ein weiteres Ziel dieses Teilprojektes die kontrollierte Einbringung einer mechanischen Gitterverspannung durch das heteroepitaktische Schichtwachstum auf gitterfehlangepassten Substraten. In Kooperation mit den anderen Teilprojekten soll untersucht werden, wie sich die Gitterfehlanpassung und das Nb/Ta Verhältnis auf den Wachstumsprozess, die Defektbildung, die Phasen- und Domänenbildung (auf nanoskopischer Skala mit TP6) sowie das Polungsverhalten (TP5) auswirken. Der Einfluss der Gitterverspannung sowie der Schichtdicke auf den elektrischen (TP7) und ionischen (TP2) Transport, die thermische Stabilität (TP3), die optischen (TP4, TP5), elektromechanischen und elektroakustischen (TP7) Eigenschaften werden analysiert, was eine gezielt Modifizierung ermöglich. Mit numerischen Modellrechnungen (TP8) soll ein fundamentales Verständnis der Phasen- und Domänenbildung, des Phasenübergangs und der Transportmechanismen ermöglicht werden.

• DFG-Verfahren: Forschungsgruppen
• Teilprojekt zu: FOR 5044: Periodische niedrigdimensionale Defektstrukturen in polaren Oxiden