Oberflächen nach Maß
Oberflächensensitive Methoden
Zusammensetzung und Struktur von Materialien und Gefügen präzise analysieren
Das IOM untersucht die chemische Zusammensetzung und Mikrostruktur von Materialien und Oberflächen. Ziel ist es, die Zusammenhänge zwischen Materialaufbau und funktionalen Eigenschaften zu verstehen und für die Entwicklung leistungsfähiger Werkstoffe nutzbar zu machen.
Analyse von Materialstruktur und Gefügen
- Untersuchung von Mikrostruktur und Phasenverteilungen
- Analyse von polykristallinen Gefügen und Kristallorientierungen
- Aufklärung von inhomogenen Materialsystemen und Kompositen
- Beitrag zum Verständnis von Struktur-Eigenschafts-Beziehungen
Chemische Zusammensetzung und Phasenanalyse
- Bestimmung der chemischen Zusammensetzung von Materialien und Oberflächen
- Analyse von lokalen Konzentrationsunterschieden und Grenzflächen
- Identifikation von Phasen und deren Verteilung
- Untersuchung komplexer Materialsysteme und Schichtstrukturen
Kristallstruktur und Materialaufbau
- Untersuchung der Kristallstruktur und -ordnung
- Bestimmung der lokalen Orientierungsverteilung an Oberflächen
- Analyse von Defekten und strukturellen Besonderheiten
- Aufklärung des Probenaufbaus über verschiedene Längenskalen
Beitrag zur Materialentwicklung und Prozessoptimierung
- Verbindung von Strukturinformationen mit funktionalen Eigenschaften
- Analyse von Einflüssen moderner Prozesstechnologien auf Materialien und Oberflächen
- Bereitstellung von systematischen Daten für Modellierung und Simulation
- Nutzung durch interne und externe Partner aus Forschung und Industrie
Publikationshighlights
M. Ehrhardt, P. Lorenz, J. Bauer, M.A. Hossain, B. Han, K. Zimmer
Dry etching of germanium with laser induced reactive micro plasma
Lasers Manuf. Mater. Process. 8 (2021) 237-255, https://doi.org/10.1007/s40516-021-00147-1
Laser-induziertes Plasmaätzen (LIP) von einkristallinem Germanium mit Ti:Sapphire-Laser (775 nm, 150 fs, 1 kHz) in CF4/O2 bei nahezu Atmosphärendruck erzeugt hochpräzise Oberflächen mit ~100 nm/min Ätzrate und <11 nm rms Rauheit. Parameterstudien zeigen Abhängigkeit von Laserenergie, Ätzezeit und Plasma-Oberflächenabstand, wobei chemische Reaktionen mit flüchtigen Produkten den Mechanismus dominieren. Einblicke in Oberflächenentwicklung mittels XPS und ToF-SIMS weisen eine Vergrößerung der Oxidschichtdicke nach. Der Prozess bietet überlegene Tiefenkontrolle und minimale Schädigung im Vergleich zu Laserablation, ideal für Infrarotoptik und Mikroelektronik.
D. Kalanov, Y. Unutulmazsoy, D. Spemann, J. Bauer, A. Anders, C. Bundesmann
Properties of gallium oxide thin films grown by ion beam sputter deposition at room temperature
J. Vac. Sci. Technol. A 40 (2022) 033409, https://doi.org/10.1116/6.0001825
Galliumoxid-Dünnschichten wurden mittels Ion-Beam-Sputter-Deposition (IBSD) bei Raumtemperatur auf Si-Substraten mit variierten Prozessparametern hergestellt. Eine systematische Charakterisierung umfasst Oberflächenmorphologie, Kristallstruktur, optische und elektrische Eigenschaften sowie Zusammensetzung, wobei β-Ga₂O₃-Phasen bevorzugt entstehen. Die Ergebnisse identifizieren optimale IBSD-Parameterbereiche für hochwertige Schichten mit verbesserter Qualität für optoelektronische Anwendungen.
F. Hölzel, D. Rolón, J. Bauer, J. Kober, S. Kühne, F. Pietag, D. Oberschmidt, T. Arnold
Reactive ion beam smoothing of rapidly solidified aluminum (RSA) 501 surfaces for potential visible and ultraviolet light applications
Surf. Interfaces 38 (2023) 102784, https://doi.org/10.1016/j.surfin.2023.102784
Für die Herstellung optischer Elemente aus Aluminium mit Sub-Nanometer-Oberflächenrauheit im VIS- und UV-Bereich wird reaktive Ionenfeinstrahlbearbeitung von Aluminium RSA 501 mittels ECR-Ionenquelle (CF4/N2) untersucht. Die polykristalline Kornstruktur und Ausscheidungen begrenzen die Rauheit im UP-Fly-Cutting-Prozess; reaktive Ionen modifizieren die Oxidschicht zu in-situ AlF3- oder AlN-Ätzfronten, wodurch kornorientierungsabhängiges Ätzen verhindert wird. Gefügestruktur und Kompositionsprofile wurden mit TEM-EDX und ToF-SIMS analysiert. Bei Einfallswinkeln von 40°/80° (CF4) werden Ausscheidungshöhen reduziert und eine Mikrorauheit von Sq=0,9 nm ± 0,1 nm erreicht.
E. Vogelsberg, J. Griebel, I. Engelmann, J. Bauer, F. Taube, B. Corzilius, S. Zahn, A. Kahnt, K.Yu. Monakhov
Reversible optical switching of polyoxovanadates and their communication via photoexcited states
Adv. Sci. 11 (2024) 2401595, https://doi.org/10.1002/advs.202401595
Der 2-Bit-Lindqvist-POM [V6O13((OCH2)3CCH2N3)2]2– mit diamagnetischem {V6O19}-Kern und Azid-Termini zeigt sechs voll oxidierte VV-Zentren sowohl in Lösung als auch festem Zustand (51V-NMR). Unter UV-Bestrahlung erfolgt reversibler Wechsel zwischen Grundzustand S0 und höheren angeregten Zuständen (TD-DFT: S0→S9), wobei Pulsradiolyse Ladungsdisproportionierung VV→VIV und POM-POM-Elektronenkommunikation über angeregte Zustände nachweist. XPS an POM auf Au/SiO2/Si-Wafern belegt zunehmende Reduktion der Vanadiumzentren nach Röntgen-Bestrahlung, wobei der T1-Zustand diesen Elektronentransfer unterdrückt.
D. Manova, J. Bauer, A. Dalke, S. Mändl
In-situ XRD investigations during nitriding of duplex steel 318LN
Surf. Coat. Technol. 509 (2025) 132222, https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2025.132222
In-situ-Röntgendiffraktometrie (XRD) wurde genutzt, um die zeitliche Entwicklung der Stickstoffdiffusion und Phasenbildung beim Nitrieren von Duplex-Edelstahl 318LN bei 350–500 °C detailliert zu verfolgen, ergänzt durch ex-situ Analysen. Die Daten zeigen schnelle Stickstoffdiffusion mit Übergang zu expandiertem Austenit, wobei Diffusionskoeffizienten aus XRD und ToF-SIMS übereinstimmen und Ferrit eine etwas schnellere Diffusion als Austenit aufweist. Bei 485 °C zerfällt die Schicht früh zu CrN und FeNi, während sie bei 450 °C stabil bleibt; SEM/EDX/EBSD zeigen, dass die Stickstoffphase nach Nitrieren bei 450 °C nicht nur aus expandiertem Austenit besteht, sondern eine Mischung mit einer röntgenamorphen, stark fehlgeordneten ferritischen Struktur bildet – letztere bleibt in XRD vollständig unsichtbar.
Ausstattung
Komposition, chemische Struktur und Phasenanalyse:
Flugzeit-Sekundärionenmassenspektrometrie (TOF-SIMS)
Röntgenphotoelektronenspektroskopie (XPS)
Energiedispersive Röntgenfluoreszenzanalyse (EDX im REM/TEM)
Analyse der kristallinen Struktur und Orientierung:
Röntgenstrukturanalyse (XRD)
Elektronenrückstreubeugung (EBSD im REM)
Feinbereichsbeugung (SAED im TEM)
Ansprechpartner:
