Amorphous Oxide Transparent Thin Films: Growth, Characterisation and Application to Thin Film Transistors

This work mainly concentrate to understand the optical and electrical properties of amorphous zinc tin oxide and amorphous zinc indium tin oxide thin films for TFT applications. Amorphous materials are promising in achieving better device performance on temperature sensitive substrates compared to polycrystalline materials. Most of these amorphous oxides are multicomponent and as such there exists the need for an optimized chemical composition. For this we have to make individual targets with required chemical composition to use it in conventional thin film deposition techniques like PLD and sputtering. Instead, if we use separate targets for each of the cationic element and if separately control the power during the simultaneous sputtering process, then we can change the chemical composition by simply adjusting the sputtering power. This is what is done in co-sputtering technique. Eventhough there had some reports about thin film deposition using this technique, there was no reports about the use of this technique in TFT fabrication until very recent time. Hence in this work, co-sputtering has performed as a major technique for thin film deposition and TFT fabrication. PLD were also performed as it is a relatively new technique and allows the use high oxygen pressure during deposition. This helps to control the carrier density in the channel and also favours the smooth film surface. Both these properties are crucial in TFT.Zinc tin oxide material is interesting in the sense that it does not contain costly indium. Eventhough some works were already reported in ZTO based TFTs, there was no systematic study about ZTO thin film's various optoelectronic properties from a TFT manufacturing perspective. Attempts have made to analyse the ZTO films prepared by PLD and co-sputtering. As more type of cations present in the film, chances are high to form an amorphous phase. Zinc indium tin oxide is studied as a multicomponent oxide material suitable for TFT fabrication.

Measurements of Electromagnetic Shielding Effect Using Htsc Materials

A simple experimental set-up is described to measure the electromagnetic shielding property of high Tc superconducting samples. Measurements were performed using HTSC materials in the form of laser ablated thin films, powders and sintered pellets. Samples used were Gd-123 in pure and doped form as well as a few Bi-based superconducting ceramics. For comparison, similar measurements were carried out on metals like aluminium, copper and μ metal. Very effective shielding was observed for HTSC materials compared to the conventional materials mentioned above. However it also depended on the sample types and poor shielding was observed for powdered HTSC material in comparison to thin films prepared by laser ablation.

Fabrication and Characterisation of Dye Doped Polymer Optical Fibres With Different Refractive Index Profiles for Photonic Applications

International School of Photonics, Cohin University of Science and Technology

Growth and characterisation of p-type delafossite transparent conducting thin films for heterojunction applications

In the present studies, various copper delafossite materials viz; CuAlO2, CuGaO2, CuFeO2 , CuGa1-xFexO2, CuYO2 and CuCaxY1-xO2 were synthesised by solid state reaction technique. These copper delafossite materials were grown in thin film form by rf magnetron sputtering technique. In general copper delafossites exhibit good optical transparency. The conductivity of the CuYO2 could be improved by Ca doping or by oxygen intercalation by annealing the film in oxygen atmosphere. It has so far been impossible to improve the p-type conductivity of CuGaO2 significantly by doping Mg or Ca on the Ga site. The ptype conductivity is presumed to be due to oxygen doping or Cu Vacancies [6]. Reports in literature show, oxygen intercalation or divalent ion doping on Ga site is not possible for CuGaO2 thin films to improve the p-type conductivity. Sintered powder and crystals of CuFeO2 have been reported as the materials having the highest p-type conductivity [14, 15] among the copper and silver delafossites. However the CuFeO2 films are found to be less transparent in the visible region compared to CuGaO2. Hence in the present work, the solid solution between the CuGaO2 and CuFeO2 was effected by solid state reaction, varying the Fe content. The CuGa1-xFexO2 with Fe content, x=0.5 shows an increase in conductivity by two orders, compared to CuGaO2 but the transparency is only about 50% in the visible region which is less than that of CuGaO2 The synthesis of α−AgGaO2 was carried out by two step process which involves the synthesis of β-AgGaO2 by ion exchange reaction followed by the hydrothermal conversion of the β-AgGaO2 into α-AgGaO2. The trace amount of Ag has been reduced substantially in the two step synthesis compared to the direct hydrothermal synthesis. Thin films of α-AgGaO2 were prepared on silicon and Al2O3 substrates by pulsed laser deposition. These studies indicate the possibility of using this material as p-type material in thin film form for transparent electronics. The room temperature conductivity of α-AgGaO2 was measured as 3.17 x 10-4 Scm-1and the optical band gap was estimated as 4.12 eV. A transparent p-n junction thin film diode on glass substrate was fabricated using p-type α-AgGaO2 and n-ZnO.AgCoO2 thin films with 50% transparency in the visible region were deposited on single crystalline Al2O3 and amorphous silica substrates by RF magnetron sputtering and p type conductivity of AgCoO2 was demonstrated by fabricating transparent p-n junction diode with AgCoO2 as p-side and ZnO: Al as n-side using sputtering. The junction thus obtained was found to be rectifying with a forward to reverse current of about 10 at an applied voltage of 3 V.The present study shows that silver delafossite thin films with p-type conductivity can be used for the fabrication of active devices for transparent electronics applications.

Growth, optical characterization, and laser operation of a stoichiometric crystal KYb(WO4)(2)

We present our recent achievements in the growing and optical characterization of KYb(WO4)2 (hereafter KYbW) crystals and demonstrate laser operation in this stoichiometric material. Single crystals of KYbW with optimal crystalline quality have been grown by the top-seeded-solution growth slow-cooling method. The optical anisotropy of this monoclinic crystal has been characterized, locating the tensor of the optical indicatrix and measuring the dispersion of the principal values of the refractive indices as well as the thermo-optic coefficients. Sellmeier equations have been constructed valid in the visible and near-IR spectral range. Raman scattering has been used to determine the phonon energies of KYbW and a simple physical model is applied for classification of the lattice vibration modes. Spectroscopic studies (absorption and emission measurements at room and low temperature) have been carried out in the spectral region near 1 µm characteristic for the ytterbium transition. Energy positions of the Stark sublevels of the ground and the excited state manifolds have been determined and the vibronic substructure has been identified. The intrinsic lifetime of the upper laser level has been measured taking care to suppress the effect of reabsorption and the intrinsic quantum efficiency has been estimated. Lasing has been demonstrated near 1074 nm with 41% slope efficiency at room temperature using a 0.5 mm thin plate of KYbW. This laser material holds great promise for diode pumped high-power lasers, thin disk and waveguide designs as well as for ultrashort (ps/fs) pulse laser systems.

Spin-phonon avalanches in Mn-12 acetate

We report experimental studies and suggest a quantitative model of spin relaxation in Mn12 acetate in a pulsed magnetic field in the temperature range 1.95.0 K. When the field applied along the anisotropy axis is swept at 140 T/s through a nonmagnetized Mn12 acetate sample, the samples magnetization switches, within a few milliseconds, from zero to saturation at a well-defined field whose value depends on temperature but is quantized in units of 0.46 T. A quantitative explanation of the effect is given in terms of a spin-phonon avalanche combined with thermally assisted resonant spin tunneling.

Structural, electrical and electrochemical characterization of high frequency magnetron sputtered spinel oxide cathode films for lithium ion battery applications

The main challenges in the deposition of cathode materials in thin film form are the reproduction of stoichiometry close to the bulk material and attaining higher rates of deposition and excellent crystallinity at comparatively lower annealing temperatures. There are several methods available to develop stoichiometric thin film cathode materials including pulsed laser deposition; plasma enhanced chemical vapor deposition, electron beam evaporation, electrostatic spray deposition and RF magnetron sputtering. Among them the most versatile method is the sputtering technique, owing to its suitability for micro-fabricating the thin film batteries directly on chips in any shape or size, and on flexible substrates, with good capacity and cycle life. The main drawback of the conventional sputtering technique using RF frequency of 13.56MHz is its lower rate of deposition, compared to other deposition techniques A typical cathode layer for a thin film battery requires a thickness around one micron. To deposit such thick layers using convention RF sputtering, longer time of deposition is required, since the deposition rate is very low, which is typically 10-20 Å/min. This makes the conventional RF sputtering technique a less viable option for mass production in an economical way. There exists a host of theoretical and experimental evidences and results that higher excitation frequency can be efficiently used to deposit good quality films at higher deposition rates with glow discharge plasma. The effect of frequencies higher than the conventional one (13.56MHz) on the RF magnetron sputtering process has not been subjected to detailed investigations. Attempts have been made in the present work, to sputter deposit spinel oxide cathode films, using high frequency RF excitation source. Most importantly, the major challenge faced by the thin film battery based on the LiMn2O4 cathode material is the poor capacity retention during charge discharge cycling. The major causes for the capacity fading reported in LiMn2O4cathode materials are due to, Jahn-Teller distortion, Mn2+ dissolution into the electrolyte and oxygen loss in cathode material during cycling. The work discussed in this thesis is an attempt on overcoming the above said challenges and developing a high capacity thin film cathode material.

Towards Realization of Magnetocaloric and Magnetoelectric Applications based on Bulk and Thin film forms of Sodium substituted Lanthanum Manganites

The present thesis work focuses on hole doped lanthanum manganites and their thin film forms. Hole doped lanthanum manganites with higher substitutions of sodium are seldom reported in literature. Such high sodium substituted lanthanum manganites are synthesized and a detailed investigation on their structural and magnetic properties is carried out. Magnetic nature of these materials near room temperature is investigated explicitly. Magneto caloric application potential of these materials are also investigated. After a thorough investigation of the bulk samples, thin films of the bulk counterparts are also investigated. A magnetoelectric composite with ferroelectric and ferromagnetic components is developed using pulsed laser deposition and the variation in the magnetic and electric properties are investigated. It is established that such a composite could be realized as a potential field effect device. The central theme of this thesis is also on manganites and is with the twin objectives of a material study leading to the demonstration of a device. This is taken up for investigation. Sincere efforts are made to synthesize phase pure compounds. Their structural evaluation, compositional verification and evaluation of ferroelectric and ferromagnetic properties are also taken up. Thus the focus of this investigation is related to the investigation of a magnetoelectric and magnetocaloric application potentials of doped lanthanum manganites with sodium substitution. Bulk samples of sodium substituted lanthanum manganites. Bulk samples of sodium substituted lanthanum manganites with Na substitution ranging from 50 percent to 90 percent were synthesized using a modified citrate gel method and were found to be orthorhombic in structure belonging to a pbnm spacegroup. The variation in lattice parameters and unit cell volume with sodium concentration were also dealt with. Magnetic measurements revealed that magnetization decreased with increase in sodium concentrations.

VUV-Laserablation von Spinnenseide

Spinnenseide gehört zu den stabilsten bekannten Polymerverbindungen. Spinnfäden können bis auf das Dreifache ihrer ursprünglichen Länge gedehnt werden, bevor sie reißen, und dabei mit rund 160 MJ/m³ mehr als dreimal soviel Energie absorbieren wie die stärkste synthetisch hergestellte Faser Kevlar (50 MJ/m³). Dabei weisen Spinnfäden mit 2 bis 5 Mikrometer nur ein Zehntel des Durchmessers eines menschlichen Haares auf. Das präzise, berührungslose Bearbeiten von Spinnenseide ist für verschiedene technische Anwendungen interessant, insbesondere wenn dabei ihre außergewöhnlichen Eigenschaften erhalten bleiben. Könnten die von Natur aus dünnen Seidenfäden gezielt in ihrem Durchmesser verringert werden, so wären sie unter anderem in der Mikroelektronik einzusetzen. Hier könnten sie als Trägermaterial für eine dünne, elektrisch leitfähige Schicht fungieren. Man erhielte Nanodrähte, die auch in mechanisch besonders belasteten Mikroelektronikbauteilen (MEMS) Verwendung finden könnten. In dieser Arbeit wird die Verwendung der laserinduzierten Ablation zur gezielten Bearbeitung von Haltefäden der Schwarzen Witwe (Latrodectus hesperus) beschrieben. Eingesetzt wurde ein VUV-Excimerlaser vom Typ LPF 205 (Lambda-Physik, Göttingen) mit einer Wellenlänge von 157 nm und einer Pulsdauer von 18 ns. Eine berührungslose Laserbearbeitung bei 157 nm erlaubt einen effizienten und präzisen Abtrag von Material durch Ablation aufgrund der geringen optischen Eindringtiefe von unter 100 nm oberhalb einer Schwellenfluenz (Energie/Fläche) von Φth=29 mJ/cm², ohne dabei das umgebende Material thermisch zu beeinträchtigen. Parallel zur Ablation setzt allerdings eine wellenförmige Oberflächenstrukturierung auf der Faseroberfläche ein, wodurch die mechanische Belastbarkeit der Faser entscheidend geschwächt wird. Die Ursache hierfür liegt im Abbau materialbedingter Spannungsfelder („stress release“) innerhalb einer durch das Laserlicht induzierten dünnen Schmelzschicht. Im Rahmen dieser Arbeit ist es nun gelungen, diese Strukturen durch einen anschließenden Glättungsprozeß zu entfernen. Dabei wird auf der bestrahlten Oberfläche mittels Laserlichts eine glatte Ablation erzielt. Mit feinerer Abstufung dieser Prozeßschritte konnte der Durchmesser des verwendeten Spinnenseidefadens zum Teil um 70 Prozent bis auf ca. 750 nm verringert werden. Durch Zugfestigkeitsexperimente wurde belegt, daß die mechanischen Eigenschaften der so bearbeiteten Spinnenseide weitgehend erhalten bleiben. Die im Rahmen dieser Arbeit angewandte Methode erlaubt somit eine präzise Laserablation von Spinnenseide und ähnlichen hochabsorbierenden Materialien, ohne deren Kernsubstanz in ihrer Beschaffenheit zu verändern.

Quadrupole moments of radium isotopes from the 7p^2P_3/2 hyperfine structure in Ra II

The hyperfine structure and isotope shift of ^{221- 226}Ra and ^{212, 214}Ra have been measured in the ionic (Ra 11) transition 7s^2 S_{1/2} - 7p ^2 P_{3/2} (\lamda = 381.4 nm). The method of on-line collinear fast-beam laser spectroscopy has been applied using frequency-doubling of cw dye laser radiation in an external ring cavity. The magnetic hyperfine fields are compared with semi-empirical and ab initio calculations. The analysis of the quadrupole splitting by the same method yields the following, improved values of spectroscopic quadrupole moments: Q_s(^221 Ra)= 1.978(7)b, Q_s (^223 Ra)= 1.254(3)b and the reanalyzed values Q_s(^209 Ra) = 0.40(2)b, Q_s(^211 Ra) = 0.48(2)b, Q_s(^227 Ra)= 1.58(3)b, Q_s (^229 Ra) = 3.09(4)b with an additional scaling uncertainty of ±5%. Furthermore, the J-dependence of the isotope shift is analyzed in both Ra II transitions connecting the 7s^2 S_{1/2} ground state with the first excited doublet 7p^ P_{1/2} and 7p^ P_{3/2}.

Fundamental interactions of molecules (Na_2, Na_3) with intense femtosecond laser pulses

The real-time dynamics of multiphoton ionization and fragmentation of molecules Na_2 and Na_3 has been studied in molecular beam experiments employing ion and electron spectroscopy together with femtosecond pump-probe techniques. Experiments with Na_2 and Na_3 reveal unexpected features of the dynamics of the absorption of several photons as seen in the one- and three-dimensional vibrational wave packet motion in different potential surfaces and in high laser fields: In Na_2 a second major resonance-enhanced multiphoton ionization (REMPI) process is observed, involving the excitation of two electrons and subsequent electronic autoionization. The possibility of controlling a reaction by controlling the duration of propagation of a wave packet on an electronically-excited surface is demonstrated. In high laser fields, the contributions from direct photoionization and from the second REMPI process to the total ion yield change, due to different populations in the electronic states participating in the multiphoton ionization (MPI) processes. In addition, a vibrational wave packet motion in the electronic ground state is induced through stimulated emission pumping by the pump laser. The 4^1 \summe^+_g shelf state of Na_2 is given as an example for performing frequency spectroscopy of highlying electronic states in the time domain. Pure wave packet effects, such as the spreading and the revival of a vibrational wave packet, are investigated. The three-dimensional wave packet motion in the Na_3 reflects the normal modes in the X and B states, and shows in addition the pseudorotational motion in the B state in real time.

Preparation and applications of periodical gold nanoparticle arrays

Diese Arbeit beschäftigt sich mit der Herstellung und Anwendungen von periodischen Goldnanopartikel-Arrays (PPAs), die mit Hilfe von Nanosphären-Lithografie hergestellt wurden. In Abhängigkeit der verwendeten Nanosphären-Größe wurden dabei entweder kleine dreieckige Nanopartikel (NP) (bei Verwendung von Nanosphären mit einem Durchmesser von 330 nm) oder große dreieckige NPD sowie leicht gestreckte NP (bei Verwendung von Nanosphären mit einem Durchmesser von 1390 nm) hergestellt. Die Charakterisierung der PPAs erfolgte mit Hilfe von Rasterkraftmikroskopie, Rasterelektronenmikroskopie und optischer Spektroskopie. Die kleinen NP besitzen ein Achsverhältnis (AV) von 2,47 (Kantenlänge des NPs: (74+/-6) nm, Höhe: (30+/-4) nm. Die großen dreieckigen NP haben ein AV von 3 (Kantenlänge des NPs:(465+/-27) nm, Höhe: (1530+/-10) nm) und die leicht gestreckten NP (die aufgrund der Ausbildung von Doppelschichten ebenfalls auf der gleichen Probe erzeugt wurden) haben eine Länge von (364+/-16)nm, eine Breite von (150+/-20) nm und eine Höhe von (150+/-10)nm. Die optischen Eigenschaften dieser NP werden durch lokalisierte Oberflächenplasmon-Polariton Resonanzen (LPPRs) dominiert, d.h. von einem eingestrahlten elektromagnetischen Feld angeregte kollektive Schwingungen der Leitungsbandelektronen. In dieser Arbeit wurden drei signifikante Herausforderungen für Plasmonik-Anwendungen bearbeitet, welche die einzigartigen optischen Eigenschaften dieser NP ausnutzen. Erstens wurden Ergebnisse der selektiven und präzisen Größenmanipulation und damit einer Kontrolle der interpartikulären Abstände von den dreieckigen Goldnanopartikel mit Hilfe von ns-gepulstem Laserlicht präsentiert. Die verwendete Methode basiert hierbei auf der Größen- und Formabhängigkeit der LPPRs der NP. Zweitens wurde die sensorischen Fähigkeiten von Gold-NP ausgenutzt, um die Bildung von molekularen Drähten auf den PPAs durch schrittweise Zugabe von unterschiedlichen molekularen Spezies zu untersuchen. Hierbei wurde die Verschiebung der LSPPR in den optischen Spektren dazu ausgenutzt, die Bildung der Nanodrähte zu überwachen. Drittens wurden Experimente vorgestellt, die sich die lokale Feldverstärkung von NP zu nutze machen, um eine hochgeordnete Nanostrukturierung von Oberflächen mittels fs-gepulstem Laserlicht zu bewerkstelligen. Dabei zeigt sich, dass neben der verwendeten Fluenz die Polarisationsrichtung des eingestrahlten Laserlichts in Bezug zu der NP-Orientierung sowie die Größe der NP äußerst wichtige Parameter für die Nanostrukturierung darstellen. So konnten z.B. Nanolöcher erzeugt werden, die bei höheren Fluenzen zu Nanogräben und Nanokanälen zusammen wuchsen. Zusammengefasst lässt sich sagen, dass die in dieser Arbeit gewonnen Ergebnisse von enormer Wichtigkeit für weitere Anwendungen sind.

Absorptionsspektrometrie in der Kavität eines Halbleiterlasers unter Ausnutzung der Modenkonkurrenz zwischen zwei Moden

Motivation dieser Arbeit ist die Idee, ein höchst sensitives und selektives Spektroskop, welches gleichzeitig robust ist, auf Basis von Halbleiterlasern zum Einsatz in der Atemgasdiagnostik zu entwickeln. Technische Grundlage ist die Idee, die Probe innerhalb des Laserresonators zu vermessen (sogenannte intra cavity absorption spectroscopy, ICAS). Im speziellen soll durch die Verwendung des relativen Intensitätsrauschens zur Messwertbestimmung und die Verwendung von nur zwei Moden statt der sonst für ICAS verwendeten multimodigen Laser, die Empfindlichkeit erhöht, sowie die Messwerterfassung vereinfacht werden. Die Probe im Laserresonator zu Messen, hat den Vorteil, dass durch die multiple Hin­ und Rückreflektion die wirksame Pfadlänge durch die Probe vervielfacht wird. Dabei werden Verluste an den Resonatorspiegeln durch die Verstärkung der aktiven Zone des Lasers kompensiert. Außerdem wird durch die Konkurrenz der Moden um die idealerweise homogen verbreiterte Verstärkung im Laser die Empfindlichkeit noch einmal bedeutend erhöht. Schon eine geringe Absorption bei einer bestimmten Wellenlänge wird die Intensität des betroffenen Modes zugunsten der anderen Moden verringern. Die Arbeit beschäftigt sich zum einen mit der spektroskopischen Untersuchung zwei- er für die Atemgasdiagnostik relevanter Stoffe, Aceton und das in der Anästhesie häufig eingesetzte Propofol, um das Umfeld, in dem der Laser Verwendung finden soll, zu beleuchten. Diese Untersuchungen flossen in die Entwicklung des später zum Sensor auszubauenden Lasers ein. Für den Laser wurden in der Telekommunikation übliche, glasfaserbasierte, robuste Standardbauteile wie ein optischer Halbleiterverstärker (semiconductor optical amplifier, SOA), Faserkoppler und Faser­Bragg­Gitter verwendet. Die Bauteile wurden charakterisiert. Teilaspekte des Aufbaus wurden mit der Software CAMFR simuliert. Schließlich wurde der Laser als solcher aufgebaut und charakterisiert. Das Ziel der Zweimodigkeit, in einem Intervall von 2 nm durchstimmbar, konnte erreicht werden. An einem vom Heinrich­Hertz­Institut in Berlin entwickelten zweimodigen Halbleiterlasers wurden Untersuchungen der Idee zur Vereinfachung der Messwerterfassung mittels relativen Intensitätsrauschens (relative intensity noise, RIN) durchgeführt. Als Messgröße stellt das RIN die Amplituden der Intensitätsschwankungen des Lasers gegen die Frequenzen der Intensitätsschwankungen als Rauschspektrum dar. Es konnte nachgewiesen werden, dass das Rauschspektrum charakteristisch für das Oszillationsverhalten des Lasers ist.

Optimierung der laserinduzierten Plasmaspektroskopie an Metallen durch Femtosekunden-Doppelpulse für die Entwicklung eines hochauflösenden 3D-Rasterabbildungsverfahrens

Die laserinduzierte Plasmaspektroskopie (LIPS) ist eine spektrochemische Elementanalyse zur Bestimmung der atomaren Zusammensetzung einer beliebigen Probe. Für die Analyse ist keine spezielle Probenpräparation nötig und kann unter atmosphärischen Bedingungen an Proben in jedem Aggregatzustand durchgeführt werden. Femtosekunden Laserpulse bieten die Vorteile einer präzisen Ablation mit geringem thermischen Schaden sowie einer hohen Reproduzierbarkeit. Damit ist fs-LIPS ein vielversprechendes Werkzeug für die Mikroanalyse technischer Proben, insbesondere zur Untersuchung ihres Ermüdungsverhaltens. Dabei ist interessant, wie sich die initiierten Mikrorisse innerhalb der materialspezifschen Struktur ausbreiten. In der vorliegenden Arbeit sollte daher ein schnelles und einfach zu handhabendes 3D-Rasterabbildungsverfahren zur Untersuchung der Rissausbreitung in TiAl, einer neuen Legierungsklasse, entwickelt werden. Dazu wurde fs-LIPS (30 fs, 785 nm) mit einem modifizierten Mikroskopaufbau (Objektiv: 50x/NA 0.5) kombiniert, welcher eine präzise, automatisierte Probenpositionierung ermöglicht. Spektrochemische Sensitivität und räumliches Auflösungsvermögen wurden in energieabhängigen Einzel- und Multipulsexperimenten untersucht. 10 Laserpulse pro Position mit einer Pulsenergie von je 100 nJ führten in TiAl zum bestmöglichen Kompromiss aus hohem S/N-Verhältnis von 10:1 und kleinen Lochstrukturen mit inneren Durchmessern von 1.4 µm. Die für das Verfahren entscheidende laterale Auflösung, dem minimalen Lochabstand bei konstantem LIPS-Signal, beträgt mit den obigen Parametern 2 µm und ist die bislang höchste bekannte Auflösung einer auf fs-LIPS basierenden Mikro-/Mapping-Analyse im Fernfeld. Fs-LIPS Scans von Teststrukturen sowie Mikrorissen in TiAl demonstrieren eine spektrochemische Sensitivität von 3 %. Scans in Tiefenrichtung erzielen mit denselben Parametern eine axiale Auflösung von 1 µm. Um die spektrochemische Sensitivität von fs-LIPS zu erhöhen und ein besseres Verständnis für die physikalischen Prozesse während der Laserablation zu erhalten, wurde in Pump-Probe-Experimenten untersucht, in wieweit fs-Doppelpulse den laserinduzierten Abtrag sowie die Plasmaemission beeinflussen. Dazu wurden in einem Mach-Zehnder-Interferometer Pulsabstände von 100 fs bis 2 ns realisiert, Gesamtenergie und Intensitätsverhältnis beider Pulse variiert sowie der Einfluss der Materialparameter untersucht. Sowohl das LIPS-Signal als auch die Lochstrukturen zeigen eine Abhängigkeit von der Verzögerungszeit. Diese wurden in vier verschiedene Regimes eingeteilt und den physikalischen Prozessen während der Laserablation zugeordnet: Die Thermalisierung des Elektronensystems für Pulsabstände unter 1 ps, Schmelzprozesse zwischen 1 und 10 ps, der Beginn des Abtrags nach mehreren 10 ps und die Expansion der Plasmawolke nach über 100 ps. Dabei wird das LIPS-Signal effizient verstärkt und bei 800 ps maximal. Die Lochdurchmesser ändern sich als Funktion des Pulsabstands wenig im Vergleich zur Tiefe. Die gesamte Abtragsrate variiert um maximal 50 %, während sich das LIPS-Signal vervielfacht: Für Ti und TiAl typischerweise um das Dreifache, für Al um das 10-fache. Die gemessenen Transienten zeigen eine hohe Reproduzierbarkeit, jedoch kaum eine Energie- bzw. materialspezifische Abhängigkeit. Mit diesen Ergebnissen wurde eine gezielte Optimierung der DP-LIPS-Parameter an Al durchgeführt: Bei einem Pulsabstand von 800 ps und einer Gesamtenergie von 65 nJ (vierfach über der Ablationsschwelle) wurde eine 40-fache Signalerhöhung bei geringerem Rauschen erzielt. Die Lochdurchmesser vergrößerten sich dabei um 44 % auf (650±150) nm, die Lochtiefe um das Doppelte auf (100±15) nm. Damit war es möglich, die spektrochemische Sensitivität von fs-LIPS zu erhöhen und gleichzeitig die hohe räumliche Auflösung aufrecht zu erhalten.

Growth and Characterization of LiCoO₂ Thin Films for Microbatteries

LiCoO₂thin films have been grown by pulsed laser deposition on stainless steel and SiO₂/Si substrates. The film deposited at 600°C in an oxygen partial pressure of 100mTorr shows an excellent crystallinity, stoichiometry and no impurity phase present. Microstructure and surface morphology of thin films were examined using a scanning electron microscope. The electrochemical properties of the thin films were studied with cyclic voltammetry and galvanostatic charge-discharge techniques in the potential range 3.0-4.2 V. The initial discharge capacity of the LiCoO2 thin films deposited on the stainless steel and SiO₂/Si substrates reached 23 and 27 µAh/cm², respectively.