Universität Osnabrück, Graduiertenkolleg Mikrostruktur oxidischer

GRADUIERTENKOLLEG MIKROSTRUKTUR OXIDISCHER KRISTALLE 59
Ladungsträgerbeweglichkeit in oxidischen Kristallen (II)
Beginn des Projekts: 01.01.1998
Ende des Projekts: 15.03.2000
Dipl.-Phys. Holger Veenhuis
Dissertation: Optimierung der holographischen Eigenschaften von Barium-Calcium-
Titanat-Kristallen
Betreuer: Prof. Dr. E. Krätzig
1. Zusammenfassung
Die holographischen Eigenschaften eines Materials werden durch den lichtinduzierten Ladungstransport bestimmt.
Eine Untersuchung dieses Ladungstransports im neuen photorefraktiven Kristall Barium-Calcium-
Titanat (Ba0.77Ca0.23TiO3, BCT) mit verschiedenen optischen und holographischen Methoden zeigt, dass sich bei
Lichtintensitäten zwischen 0.1 und 1 Wcm -2 der lichtinduzierte Ladungstransport sehr gut mit einem Ein-
Zentren-Modell beschreiben lässt. Dabei überwiegt bei unbehandelten und oxidierten Proben Löcherleitung und
bei den reduzierten Kristallen Elektronenleitung. Die auftretenden raumladungsfeldbegrenzenden Effekte werden
sowohl durch oxidierende Behandlung als auch durch Dotierung mit Eisen oder Rhodium vermindert.
Die Technik der nichtstationären Photoströme wird erstmals auf BCT angewendet und ermöglicht die Bestimmung
der Debyeschen Abschirmlänge und des Produkts aus Driftbeweglichkeit und Lebensdauer freier Ladungsträger.
Weiter werden in BCT Hologramme thermisch fixiert. Das Schreiben erfordert nur wenige Sekunden, und die
Lebensdauer beträgt einige Stunden. Während des Entwickelns wird ein äußeres elektrisches Feld angelegt.
Diese neue Technik des elektrischen Entwickelns führt zu einer beträchtlichen Erhöhung des Beugungswirkungsgrads.
Eine Theorie, die sowohl die Bewegung von Löchern in einem Ein-Zentren-Modell als auch die
Wanderung von Ionen berücksichtigt, erklärt den Fixier- und Entwicklungsprozess sehr gut. Nach dem Modell
ergibt sich die Driftbeweglichkeit und die Dichte der am Fixierprozess beteiligten Ionen.
2. Ergebnisse
2.1 Lichtinduzierter Ladungstransport
Kuper et al. ist es 1997 gelungen, BCT-Einkristalle mit ausgezeichneter optischer Qualität zu züchten [1]. Dieses
Material hat größere elektrooptische Koeffizienten r13 und r33 als das Konkurrenzmaterial Bariumtitanat.
Zudem hat BCT im Gegensatz zu Bariumtitanat keinen Phasenübergang nahe Raumtemperatur. Im Folgenden
wird der Einfluss verschiedener Dotierungen und thermischer Behandlungen auf den lichtinduzierten Ladungstransport
in BCT untersucht.
Bei allen verwendeten Proben ist die Photoleitfähigkeit für Lichtintensitäten zwischen 0.1 und 1 Wcm- 2 linear,
und lichtinduzierte Absorptionsänderungen sind vernachlässigbar klein. Daher werden die holographischen
Ergebnisse im Rahmen eines Ein-Zentren-Modells interpretiert [2]. Die aus einer Anpassung an Strahlkopplungswerte
und Brechungsindexänderungen ermittelten Parameter sind in den Tabellen 1 und 2 aufgeführt.