Magnetron Sputteranlage

• Fachliche Zuordnung: Optik, Quantenoptik und Physik der Atome, Moleküle und Plasmen
• Förderung: Förderung in 2008
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 76817620

• Erstellungsjahr: 2012

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Mit der Sputteranlage können metallische sowie dielektrische Schichten mit sehr hoher Qualität sowie komplexe Schichtsysteme hergestellt werden. Infolgedessen ist die Anlage für viele Forschungsprojekte aus den Bereichen der Nanooptik, Nanophotonik, Photovoltaik und Faserlasertechnologie interessant und vielseitig einsetzbar. Beispielsweise werden Antireflexschichten für die Faseroptik oder einzelne Metallschichten für photonische Anwendungen gesputtert. Im Folgenden werden insbesondere zwei Forschungsprojekte vorgestellt. Ein Projekt beschäftigt sich mit der Wechselwirkung von Quantenemittern mit dielektrischen Resonatorstrukturen. Als Lichtemitter dienen Diamant-Nanokristalle, die mit ihren Abmessungen von einigen Nanometern zwei Größenordnungen kleiner sind als die Wellenlänge der von ihnen ausgesandten Strahlung. Um die Kopplung an das Lichtfeld zu verbessern, werden die Nanokristalle in dielektrische Mikroresonatoren eingebettet. Zur Herstellung der Resonatoren wird zunächst ein unterer Bragg-Spiegel aus 6 TiO2/SiO2-Schichtpaaren gesputtert. Die Diamant-Nanokristalle liegen werden dann durch Aufschleudern auf den unteren dielektrischen Spiegel aufgebracht. Anschließend wird der obere Spiegel analog zum unteren aufgesputtert. Um einen dreidimensionalen Lichteinschluss zu erreichen, werden in den planaren Resonator mittels eines fokussierten Ionenstrahls (FIB) Säulen herausgeschnitten. Ein neuartiges Solarzellenkonzept, dessen Weiterentwicklung derzeit weltweit an Fahrt gewinnt, sind Heterosolarzellen. Diese bilden einen weiteren Forschungsschwerpunkt. Der größte Unterschied zwischen Heterosolarzellen und derzeitigen Standard-Industriesolarzellen ist, dass der Emitter nicht in den Kristall eindiffundiert wird, sondern aus einem amorphen Material besteht. So können beispielsweise durch die Verwendung von dotiertem amorphem Silizium als Emitter Wirkungsgrade von über 23% erreicht werden. Aufgrund der geringen Querleitfähigkeit im amorphen Silizium ist für Heterosolarzellen mit hohen Wirkungsgraden ein transparentes leitfähiges Oxid (TCO) nötig. Dieses wird mittels Sputtern auf den amorphen Emitter aufgebracht und dann kontaktiert. Als TCO eignet sich neben dem standardmäßig verwendeten Indium-Zinn-Oxid (ITO) vor allem auch das in diesem Forschungsvorhaben untersuchte, Aluminium-dotierte Zinkoxid (ZnO:Al), weil es anders als ITO leichter und kostengünstiger verfügbar ist. Neben der Optimierung der zwei konträren Eigenschaften Transparenz und Leitfähigkeit der ZnO:Al Schichten, ist vor allem die Anpassung der ZnO:Al Schichten auf die darunter liegenden Emitter Schichten, u.a. hinsichtlich der Austrittsarbeit, sowie die Kontaktierbarkeit der ZnO:Al Schichten ein Schwerpunkt der Forschungsarbeiten.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

• „Nonadiabatic Spin Transfer Torque in High Anisotropy Magnetic Nanowires with Narrow Domain Walls” Phys. Rev. Lett. 101 (2008), p. 216601
  O. Boulle, J. Kimling, P. Warnicke, M. Kläui, U. Rüdiger, G. Malinowski, H. J. M. Swagten, B. Koopmans, C. Ulysse, and G. Faini
  
• "Efficient Nonlinear Light Emission of Single Gold Optical Antennas Driven by Few-Cycle Near-Infrared Pulses" Phys. Rev. Lett. 103, 257404 (2009)
  T. Hanke, G. Krauss, D. Träutlein, B. Wild, R. Bratschitsch und A. Leitenstorfer
  
• "The structure and optical properties of ZnO nanocrystals embedded in SiO2 fabricated by radiofrequency sputtering" Nanotechnology 20, 075601 (2009)
  G. Mayer, R. Schneider, N. Janßen, M. Fonin, R. Bratschitsch, D. Gerthsen und U. Rüdiger
  
• “Current-induced domain wall motion in Co/Pt nanowires: Separating spin torque and Oersted-field effects” Apl. Phys. Lett. 96 (2010), p. 202510
  J. Heinen, O. Boulle, K. Rousseau, G. Malinowski, M. Kläui, H. J. M. Swagten, B. Koopmans, C. Ulysse, and G. Faini
  
• "All-passive phase locking of a compact Er:fiber laser system" Opt. Lett. 36, 540 (2011)
  G. Krauss, D. Fehrenbacher, D. Brida, C. Riek, A. Sell, R. Huber und A. Leitenstorfer
  
• "Femtosecond Cr:LiSAF and Cr:LiCAF lasers pumped by tapered diode lasers" Opt. Express 19, 20444 (2011)
  U. Demirbas, M. Schmalz, B. Sumpf, G. Erbert, G. S. Petrich, L. A. Kolodziejski, J. G. Fujimoto, F. X. Kärtner und A. Leitenstorfer
  
• "Ultraviolet photoluminescence of ZnO quantum dots sputtered at room temperature" Opt. Express 19, 1641 (2011)
  G. Kiliani, R. Schneider, D. Litvinov, D. Gerthsen, M. Fonin, U. Rüdiger, A. Leitenstorfer und R. Bratschitsch
  
• “Conductance and Vibrational States of Single-Molecule Junctions controlled by Mechanical Stretching and Material Variation” Phys. Rev. Lett. 106, 196804 (2011)
  Y. Kim, H. Song, F. Strigl, H.-F. Pernau, T. Lee, and E. Scheer
  
• "Nonlinear response of semiconductors driven by intense THz pulses" Proc. SPIE 8260, 82600M (2012)
  A. Pashkin, F. Junginger, C. Schmidt, B. Mayer, O. Schubert, S. Mährlein, R. Huber und A. Leitenstorfer
  
• "Tailoring Spatiotemporal Light Confinement in Single Plasmonic Nanoantennas" Nano. Lett. 12, 992 (2012)
  T. Hanke, J. Cesar, V. Knittel, A. Trügler, U. Hohenester, A. Leitenstorfer und R. Bratschitsch
  
• “Determination of the spin torque non-adiabaticity in perpendicularly magnetized nanowires” Journal of Physics: Condensed Matter 24 (2012), p. 024220
  J. Heinen, D. Hinzke, O. Boulle, G. Malinowski, H. J. M. Swagten, B. Koopmans, C. Ulysse, G. Faini, B. Ocker, J. Wrona, and M. Kläui