Magnetooptik auf der Hannover Messe

Augsburger Materialwissenschaftler präsentieren vom 24. bis 28. April magnetooptische Dünnschicht- und Oberflächentechnik

Wie verteilen sich Magnetfelder und Stromflüsse in elektrischen Bauteilen? Dieser Frage geht ein junges Team von Materialwissenschaftlern des Lehrstuhls Experimentalphysik IV der Universität Augsburg nach. Dazu entwickeln die Forscher so genannte magnetooptische Sensoren, die mit Hilfe von Licht Magnetfelder sichtbar machen. Diese vielversprechende Technik und mögliche zukünftige Anwendungen präsentieren die Augsburger Physiker zusammen mit dem Anwenderzentrum Material- und Umweltforschung (AMU) der Universität Augsburg, der Firma Carl Zeiss AG und der Firma AXYNTEC Dünnschichttechnik GmbH vom 24. bis 28. April auf der Hannover Messe am Messestand von BayernInnovativ (Halle 2, Stand A54).

Die Forschungsarbeiten am Lehrstuhl für Experimentalphysik IV der Universität Augsburg konzentrieren sich vor allem auf die Entwicklung innovativer dünner Schichtsysteme. Mit diesen Schichtsystemen sollen neue funktionelle Materialien entwickelt werden, die zum Beispiel für die Fehleranalyse von Hochleistungs-Halbleitern dienen können. Ebenso könnten die Schichtsysteme als optische Isolatoren in integrierten Optiken Anwendungen finden. Zudem dienen sie zur Klärung grundlegender physikalischer Fragestellungen wie etwa der des Stromtransports in Hochtemperatur-Supraleitern für Elektromotoren. Die neu entwickelten magnetooptisch aktiven Granatschichten werden von den Forschern auf ihre strukturellen, morphologischen und optischen Eigenschaften sowie auf ihre elektrischen Transport-Eigenschaften hin untersucht.

Für ihre Untersuchungen der bis zu einigen Mikrometern dicken Schichten bedienen sich die Augsburger Physiker magnetooptischer Verfahren. Generell beschreibt die Magnetooptik die Wechselwirkung zwischen Licht und magnetisierter Materie. Wenn polarisiertes Licht, also Licht, dessen Amplitude noch eine Richtung hat, magnetooptisch aktive Materie durchstrahlt, dann ändert sich seine Polarisationsrichtung. Das geschieht in Abhängigkeit von der Wellenlänge, dem angelegten Magnetfeld und der Schichtdicke. Anschließend passiert das Licht einen Analysator und wird z. B. über eine Digitalkamera detektiert. Man erhält so eine zweidimensionale Aufnahme der Helligkeitsverteilung, die ein Maß für die lokale Magnetfeldverteilung ist und damit zur Qualitätsanalyse der Materialien dient.

Die Analyse solcher Magnetfeldverteilungen ist in vielen Bereichen der Elektronik und Festkörperphysik von essentieller Bedeutung. Ein hohes Potenzial der magnetooptischen Analyse sehen Experten in der Fehleranalyse von integrierten Hochleistungs-Halbleiterschaltungen mit hohen Strömen.

In der Regel werden solche Analysen bisher mit Hilfe der Flüssigkristallthermographie verhältnismäßig aufwändig durchgeführt. Dazu muss ein Flüssigkristall auf die Halbleiterstruktur aufgebracht werden. Anschließend wird das Bauteil elektrisch kontaktiert und mit Strom belastet. Die dadurch bedingte Wärmeentwicklung bewirkt einen Umschlag des Flüssigkristalls am Klärpunkt. Der Klärpunkt bezeichnet dabei den Punkt, an dem im Flüssigkristall eine Phasenumwandlung stattfindet. Der zunächst durchsichtige Flüssigkristall erscheint nun im Polarisationsmikroskop schwarz. Auf diese Weise ist eine Detektion von fehlerhaften und damit stark Wärme entwickelnden Bereichen möglich.

Einfacher und schneller als diese relativ aufwändige Methode wäre die magnetooptische Aufnahme mit Hilfe eines Mikroskops, wie es die Augsburger Materialwissenschaftler zur Zeit entwickeln. Um die Magnetfeld- oder Stromverteilungen, zum Beispiel in elektrischen Bauteilen, in Zukunft viel kostengünstiger und einfacher als bisher, sichtbar zu machen, werden im Rahmen des neuen großen Forschungsverbundes FOROXID in Augsburg nun magnetooptische Sensoren hergestellt. Innerhalb der Laufzeit des Verbundes sollen die Produkte Serienreife erlangen. Diese magnetooptischen Sensoren basieren auf so genannten Eisen-Granat-Schichten, die auf geeigneten Substraten, wie zum Beispiel Silizium oder Quarzglas mittels der gepulsten Laserablation aufgebracht werden. Zur Untersuchung der deponierten Schichten stehen verschiedenste Messmethoden zur Verfügung, z. B. Transmissionselektronenmikroskopie (TEM), Rutherford-Rückstreu-Analyse (RBS), Röntgendiffraktometrie (XRD), Oberflächen-Profilometer (Dektak), Magnetooptik und Sekundärionenmassensprektroskopie (SIMS).

Auf der Hannover Messe werden die Augsburger Physiker nun einen von ihnen bereits entwickelten magnetooptischen Sensor vorstellen, mit dessen Hilfe man optische Aufnahmen eines Bauteils direkt mit Magnetfeldverteilungen korrelieren kann.

KOOPERATIONEN

Im Forschungsverbund FOROXID kooperieren die Augsburger Wissenschaftler mit dem Anwenderzentrum Material- und Umweltforschung (AMU) der Universität Augsburg. Die Experten des AMU erschließen für die Industrieunternehmen die Kompetenz und das technologische Potenzial des Instituts für Physik. Die Angebotspalette des AMU umfasst dabei sowohl physikalisch/chemische Materialanalysen und -präparationen als auch Projektpartnerschaften im materialwissenschaftlichen Bereich und Consulting.

Zudem besteht eine Kooperation mit der Firma AXYNTEC Dünnschichttechnik GmbH. Das Unternehmen ist ein Spin-off des Instituts für Physik der Universität Augsburg. Es bietet auf der Basis innovativer Beschichtungstechnologien alles aus einer Hand – von der Entwicklung über die Beschichtung bis hin zu Anlagensystemen inklusive der Prozesstechnik. Ein Schwerpunkt liegt dabei im Bereich von Verschleißschutzschichten für Anwendungen im Automobil- und Maschinenbau sowie in der Medizintechnik. Zusammen mit AXYNTEC werden für die magnetooptischen Sensoren spezielle verschleißarme Spiegelschichten im Rahmen des Projekts entwickelt.

Mit der Carl Zeiss AG in Göttingen, einem der Weltmarktführer im Bereich der optischen Mikroskopie, soll die wirtschaftliche Umsetzung der Integration der Sensoren in ein kommerzielles Objektivsystem erfolgen.

Ein weiterer Kooperationspartner ist die Firma OWIS GmbH Staufen, mit deren Hilfe verschiedene optische Anlagen konzipiert wurden. So wurde zum einen ein optischer Aufbau zur Mikrostrukturierung von Zahnimplantaten mittels Laser realisiert, zum anderen wurde ein Messplatz zur Bestimmung der Faraday Rotation von magnetooptisch aktiven Materialien aufgebaut.

Ein derartiger Messaufbau zur Bestimmung der magnetooptischen Eigenschaften, sowie ein Magnetooptischer Demonstrator werden auf der Hannover Messe 2006 präsentiert, mit dem Ziel, den Technologietransfer zwischen Universität und Industriefirmen zu fördern und diese neuartigen Entwicklungen für weitere Anwendungen zu erschließen.

Standort: Hannover Messe, vom 24. bis 28. April, Halle 2, Stand A54
Partner bei: Gemeinschaftsstand BayernInnovativ

KONTAKT UND WEITERE INFORMATIONEN:
Timo Körner
Lehrstuhl für Experimentalphysik IV
Universität Augsburg
86135 Augsburg
Tel: +49(0)821/598-3417
Fax: +49(0)821/598-3425
timo.koerner@physik.uni-augsburg.de

Weitere Informationen:
http://www.physik.uni-augsburg.de/exp4
http://www.amu-augsburg.de
http://www.axyntec.de
http://www.zeiss.de
http://www.owis-staufen.de
http://www.bayern-innovativ.de