Fortschritt in der Photoakustik: GHz-Ultraschallwellen auf Wafern sichtbar gemacht

Dieser Fortschritt wurde durch kooperative Arbeit im Labor für Akustik (Arbeitsgruppe Prof. Wu) und des Laserzentrums (Arbeitsgruppe Prof. Huber) erzielt.

Die Kurzpuls-Pump-Probe-Mikroskopie wurde eingesetzt, um diese hochfrequenten Wellen auf Wafern sichtbar zu machen. Diese Technologie ist von besonderer Bedeutung insbesondere für piezoelektrische Schichten, die als Basis für Oberflächenwellenfilter in der Mobilfunktechnologie dienen. Die anisotropen Eigenschaften der kristallinen Werkstoffe stellen eine große Herausforderung dar, die nun durch Messungen der Winkelcharakteristik der Ausbreitungsgeschwindigkeit hochfrequenter Schallwellen bewältigt werden kann.

Mithilfe eines speziellen optischen Aufbaus, der von Kurzpulslasern angetrieben wird, konnten die Schallpulse erzeugt und die durch Druckpulse induzierten Änderungen der Reflektivität (elasto-optischer Effekt) beobachtet werden. Diese Technik erlaubt eine sogenannte Vollfeldmessung, die alle erzeugten Wellenmoden simultan im gesamten Kamerablickfeld abbildet – eine Leistung, die mit anderen Methoden nicht erreichbar ist. Die nun im Fachjournal „Photoacoustics“ (Elsevier, https://doi.org/10.1016/j.pacs.2024.100627) veröffentlichten Ergebnisse wurden durch Simulationen und numerische Berechnungen validiert.

Erfolgreiche interdisziplinäre Kooperation

Ein wesentlicher Bestandteil dieses Erfolgs war die engagierte Arbeit der Studierenden Ramon Auer (Masterstudiengang Photonik) und Dennis Schweiger (Masterstudiengang Mikro- und Nanotechnik). Im Rahmen ihrer Abschlussarbeiten trugen sie maßgeblich zu diesem Projekt bei. In weiterer Kooperation mit dem Labor für Mikrosystemtechnik (Arbeitsgruppe Prof. Schindler)) wurde die Probenbeschichtung von Michael Kaiser durchgeführt. Diese interdisziplinäre Zusammenarbeit zwischen allen Beteiligten führte hier zu den herausragenden Forschungsergebnissen.

Und durch fortlaufende Verbesserungen des Messaufbaus konnte die Empfindlichkeit der Methode weiter erhöht werden. Diese Fortschritte bilden nun die Grundlage für zukünftige Publikationen sowie gemeinsame Forschungsprojekte zur Charakterisierung moderner dünner Piezoschichten. Dies öffnet neue Wege in der Charakterisierung und Anwendung von piezoelektrischen Schichten, die in der Mobilfunktechnologie und darüber hinaus von großer Bedeutung sind.

Weitere Informationen: Ruben Burger, Labor für Akustik