Lutetium-Aluminium-Granat

Lutetium-Aluminium-Granat (kurz LuAG, ) 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

LuAG ist ein farbloses Material mit einem hohen Brechungsindex (2,1 bei 193 nm Wellenlänge<ref name="Wei2009" /><ref name="MackISIL2007" />). 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<ref name="Wei2009" /><ref name="Burnett" />.

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.<ref name="Karim" />

Mit Cer dotiertes LuAG zeigt Szintillation mit Lumineszenz im sichtbaren Spektralbereich. Dies macht es zu einem Kandidaten als Detektormaterial zum Nachweis von hochenergetischen Photonen.<ref name="Cherepy-et-al" />

Verwendung

LuAG 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.<ref name="Wei2009" /> Durch die Nähe des Bandabstands (6,9 eV<ref name="MackISIL2007" /> entspricht 176,7 nm) zur aktuell genutzten Wellenlänge von 193 nm (ArF-Excimerlaser) bei der Fotolithografie, muss LuAG in hochreiner Form<ref name="Parthier2008" /> 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

<references> <ref name="Burnett"> 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.  </ref> <ref name="Cherepy-et-al"> 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.  </ref> <ref name="Karim"> Kamran Said Karim: Herstellung polykristalliner Szintillatoren für die Positronen-Emissions-Tomographie (PET). Forschungszentrum Jülich, 2010, ISBN 978-3-89336-610-1, S. 27.  </ref> <ref name="MackISIL2007"> Chris A. Mack Gabriel Y. Sirat, Michael Goldstein: Uniaxial Crystal Last Optical Element for Second- and Third-Generation Immersion Lithography (Memento vom 3. November 2013 im Internet Archive). 4th International Symposium on Immersion Lithography, 8.–11. Oktober 2007 Keystone, Colorado (Memento vom 3. November 2013 im Internet Archive) (Poster; mit weiteren Materialeigenschaften). </ref> <ref name="Parthier2008"> Lutz Parthier, Gunther Wehrhan, Frank Seifert, Marcus Ansorg, Tilo Aichele, Christoph Seitz: High-Index Lens Material LuAG: Development Status and Progress (Memento vom 3. November 2013 im Internet Archive). 2008 SEMATECH Litho Forum, 12.–14. Mai 2008, Bolton Landing (Lake George), NY (Memento vom 28. Februar 2012 im Internet Archive) (Vortrag; u. a. mit Abbildungen eines LuAG-Einkristall und der Kristallstruktur). </ref> <ref name="Wei2009"> Yayi Wei, Robert L. Brainard: Advanced processes for 193-nm immersion lithography. SPIE Press, 2009, ISBN 978-0-8194-7557-2.  </ref> </references>