Lutetium-Aluminium-Granat (kurz LuAG, englisch lutetium aluminium garnet) ist eine künstlich hergestellte kristalline Verbindung mit der chemischen Zusammensetzung Lu3Al5O12. Im Aufbau ähnliche, ebenfalls künstliche Kristalle sind Yttrium-Aluminium-Granat (YAG) und Yttrium-Eisen-Granat (YIG).
Eigenschaften
BearbeitenLuAG ist ein farbloses Material mit einem hohen Brechungsindex (2,1 bei 193 nm Wellenlänge[1][2]). Des Weiteren zeigt es eine vergleichsweise hohe Transparenz im ultravioletten (UV) Spektralbereich. Der Absorptionskoeffizient bei 193 nm liegt bei 1,1 bis 1,4 cm−1[1][3].
LuAG besitzt dieselbe Kristallstruktur wie der bekanntere YAG, das heißt, er kristallisiert höchstsymmetrisch im kubischen Kristallsystem (Kristallklasse kubisch-hexakisoktaedrisch). Allerdings ist die Dichte von LuAG mit 6,71 g/cm³ höher als die von YAG (4,55 bis 4,65 g/cm³), die unter anderem durch die Ersetzung der Yttrium-Ionen durch die schweren Lutetium-Ionen hervorgerufen wird. Dadurch zeigt es bessere Szintillationseigenschaften.[4]
Mit Cer dotiertes LuAG zeigt Szintillation mit Lumineszenz im sichtbaren Spektralbereich. Dies macht es zu einem Kandidaten als Detektormaterial zum Nachweis von hochenergetischen Photonen.[5]
Verwendung
BearbeitenLuAG eignet sich aufgrund seiner hohen Transparenz im UV-Bereich als Material für UV-Linsen, beispielsweise für qualitativ hochwertige Linsensysteme in fotolithografischen Belichtungsanlagen, wie Stepper und Scanner.[1] Durch die Nähe des Bandabstands (6,9 eV[2] entspricht 176,7 nm) zur aktuell genutzten Wellenlänge von 193 nm (ArF-Excimerlaser) bei der Fotolithografie, muss LuAG in hochreiner Form[6] zur Verfügung stehen, denn schon geringe Verunreinigungen würden die Absorption in diesem Spektralbereich merklich ansteigen lassen und das Material würde sich für diese Anwendung nicht mehr eignen.
Einzelnachweise
Bearbeiten- ↑ a b c Yayi Wei, Robert L. Brainard: Advanced processes for 193-nm immersion lithography. SPIE Press, 2009, ISBN 978-0-8194-7557-2.
- ↑ a b Chris A. Mack Gabriel Y. Sirat, Michael Goldstein: Uniaxial Crystal Last Optical Element for Second- and Third-Generation Immersion Lithography ( vom 3. November 2013 im Internet Archive). 4th International Symposium on Immersion Lithography, 8.–11. Oktober 2007 Keystone, Colorado ( vom 3. November 2013 im Internet Archive) (Poster; mit weiteren Materialeigenschaften).
- ↑ John H. Burnett: High-index materials for 193 nm immersion lithography. In: Proceedings of SPIE. San Jose, CA 2004, S. 611–621, doi:10.1117/12.600109.
- ↑ Kamran Said Karim: Herstellung polykristalliner Szintillatoren für die Positronen-Emissions-Tomographie (PET). Forschungszentrum Jülich, 2010, ISBN 978-3-89336-610-1, S. 27.
- ↑ Nerine J. Cherepy, Joshua D. Kuntz, Thomas M. Tillotson, Derrick T. Speaks, Stephen A. Payne, B. H. T. Chai, Yetta Porter-Chapman, Stephen E. Derenzo: Cerium-doped single crystal and transparent ceramic lutetium aluminum garnet scintillators. In: Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment. Band 579, Nr. 1, 21. Juli 2007, S. 38–41, doi:10.1016/j.nima.2007.04.009.
- ↑ Lutz Parthier, Gunther Wehrhan, Frank Seifert, Marcus Ansorg, Tilo Aichele, Christoph Seitz: High-Index Lens Material LuAG: Development Status and Progress ( vom 3. November 2013 im Internet Archive). 2008 SEMATECH Litho Forum, 12.–14. Mai 2008, Bolton Landing (Lake George), NY ( vom 28. Februar 2012 im Internet Archive) (Vortrag; u. a. mit Abbildungen eines LuAG-Einkristall und der Kristallstruktur).