YIG-Schichten
LPE-YIG auf einkristallinem GGG
Einkristalliner ferrimagnetischer Yttrium-Eisen-Granat (YIG) und dessen isovalent-substituierte Homologe haben eine sehr niedrige Dämpfung und geringe Mikrowellenverluste. Epitaktisch hergestellte YIG-Schichten weisen eine hohe kristalline Qualität, glatte Oberflächen und optimierte Mikrowelleneigenschaften auf. Mit der Flüssigphasenepitaxie (LPE) sind wir in der Lage, YIG auf GGG mit Schichtdicken im Mikrometer- als auch im Submikrometerbereich abzuscheiden und über geeignete Substitution maßgeschneiderte Funktionsschichten zu entwickeln.
LPE-YIG-Schichten werden für folgende Forschungs- und Anwendungsbereiche eingesetzt:
- Magnonik / Spinwellentechnik (Wellenleiter, Logikelemente, Resonatoren)
- Mikrowellen- und HF-Bauelemente (Phasenschieber, Verzögerungsleitungen)
- Integrierte magnetooptische Bauelemente (Isolatoren, Zirkulatoren, Bragg-Zellen, Modulatoren)
- Spintronik (Spin-Pumping, Spin-Hall-Effekt, Spin-Seebeck-Effekt)
- Quanten-Magnonik (Hybrid-Systeme: Magnonen und supraleitende Qubits, Transducer, Langzeit-Magnonen)
| YIG, wafer level | 3 inch |
| YIG on GGG substrate | Epitaxial grown, single crystalline |
| Thickness (submicrometer range) | 50 nm, 100 nm, 200 nm, 300 nm |
| Thickness (micrometer range) | 1 µm, 3 µm, 5 µm, 10 µm |
| Surface roughness (RMS) | < 0.5 nm |
| FMR linewidth (FWHM) | < 2 Oe (@ 6.5 GHz) |
| Thickness variation (80%, central area) | < 2 % (@ 1 µm) |
| Coating, polishing | Single-sided-coated or on both sides |
| GGG thickness (substrate) | 0.5 ± 0.05 mm |
Magnetooptische Schichten
Bismut-Eisen-Granat-Schichten (Bi:REIG, BIG) auf GGG
Einkristalline Bismut-substituierte Eisen-Granat-Schichten (BIG) werden aufgrund ihrer hohen spezifischen Faraday-Drehung als kompaktes magnetooptisches (MO) Element in Faraday-Isolatoren und als optisches Sensorelement für die Visualisierung von Magnetfeldern (MO-Bild) eingesetzt. Letztere sind in der Lage, lokale magnetische Streufelder zu detektieren, die beispielsweise von Permanentmagneten, magnetischen Encodern und Elektroblechen ausgehen. MO-Sensorschichten ermöglichen die schnelle Durchführung einer flächigen und zerstörungsfreien Streufeldprüfung magnetischer Werkstoffe im Feldstärkebereich von 0,05 bis 125 mT bei einer Auflösung bis zu 1 µm. Der große Vorteil besteht im Direktkontakt der Sensorfläche mit der Probenoberfläche (Nahfeldprüfung). Somit kann die Streufeldausbreitung mit hoher Ortsauflösung hinsichtlich Geometrie, lokaler Feldstärke und Polarität charakterisiert werden.
Die gezielte Entwicklung von MO-Sensoren auf Basis von BIG-Schichten mit gezielt eingestellter magnetischer Anisotropie ist die Voraussetzung, um maßgeschneiderte Systemlösungen für unterschiedlichste Messaufgaben zu erarbeiten. Hier kann INNOVENT auf eine umfassende Expertise verweisen, die sowohl die Schichtzüchtung, als auch die Sensorfertigung und die Entwicklung magnetooptischer Messsysteme gemäß IEC TS 62607-9-2:2024 einschließt.
| BIG, wafer level | 3 inch |
| BIG on GGG substrate | Epitaxial grown, single crystalline |
| Specific Faraday rotation (polar) | 1 .. 1.5 deg / µm |
| Magnetic range | 0.05 .. 100 kA / m |
| Optical resolution | 1 .. 60 µm |
| Chip sizes | 20 x 15 mm, 60 x 45 mm |
| Transmission (VIS) | λ > 530 nm |
| MO thickness | 500 nm ... 5 µm |
Flüssigphasenepitaxie (LPE)
Das Verfahren der Flüssigphasenepitaxie, kurz LPE (engl. liquid phase epitaxy), dient zur Herstellung einkristalliner Schichten hoher Kristallqualität mit Schichtdicken im µm-Bereich. Hierbei wird ein kristallographisch gesetzmäßiges Aufwachsen von in Lösung befindlichen Stoffen auf einem einkristallinen Substrat vergleichbarer Gitterparameter angestrebt.
Ein Schichtwachstum wird erreicht, indem ein ruhendes oder rotierendes Substrat definierter kristallographischer Orientierung mit einer übersättigten Lösung in Kontakt gebracht wird. Nach Erreichen der gewünschten Schichtdicke wird dieser Kontakt wieder unterbrochen.
Wesentliche Vorteile der LPE-Technologie gegenüber anderen Beschichtungsverfahren sind:
- Realisierung von Schichtdicken zwischen 50 nm und 10 µm unter Beibehaltung einer hohen strukturellen Perfektion über die gesamte Schichtdicke
- Wachstum der thermodynamisch stabilen Phase mit bzw. nahe der Idealstöchiometrie
- Ausbildung extrem glatter Oberflächen möglich (RMS < 0,5 nm)
Grenzen des Verfahrens sind:
- begrenzte Verfügbarkeit angepasster einkristalliner Substratmaterialien, die außerdem chemisch inert gegenüber den verwendeten Lösungen sein müssen
