TY - JOUR A1 - Minenkov, Alexey A1 - Hollweger, Sophia A1 - Duchoslav, Jiri A1 - Erdene-Ochir, Otgonbayar A1 - Weise, Matthias A1 - Ermilova, Elena A1 - Hertwig, Andreas A1 - Schiek, Manuela T1 - Monitoring the Electrochemical Failure of Indium Tin Oxide Electrodes via Operando Ellipsometry Complemented by Electron Microscopy and Spectroscopy JF - ACS Applied Materials & Interfaces N2 - Transparent conductive oxides such as indium tin oxide (ITO) are standards for thin film electrodes, providing a synergy of high optical transparency and electrical conductivity. In an electrolytic environment, the determination of an inert electrochemical potential window is crucial to maintain a stable material performance during device operation. We introduce operando ellipsometry, combining cyclic voltammetry (CV) with spectroscopic ellipsometry, as a versatile tool to monitor the evolution of both complete optical (i.e., complex refractive index) and electrical properties under wet electrochemical operational conditions. In particular, we trace the degradation of ITO electrodes caused by electrochemical reduction in a pH-neutral, water-based electrolyte environment during electrochemical cycling. With the onset of hydrogen evolution at negative bias voltages, indium and tin are irreversibly reduced to the metallic state, causing an advancing darkening, i.e., a gradual loss of transparency, with every CV cycle, while the conductivity is mostly conserved over multiple CV cycles. Post-operando analysis reveals the reductive (loss of oxygen) formation of metallic nanodroplets on the surface. The reductive disruption of the ITO electrode happens at the solid–liquid interface and proceeds gradually from the surface to the bottom of the layer, which is evidenced by cross-sectional transmission electron microscopy imaging and complemented by energy-dispersive X-ray spectroscopy mapping. As long as a continuous part of the ITO layer remains at the bottom, the conductivity is largely retained, allowing repeated CV cycling. We consider operando ellipsometry a sensitive and nondestructive tool to monitor early stage material and property changes, either by tracing failure points, controlling intentional processes, or for sensing purposes, making it suitable for various research fields involving solid–liquid interfaces and electrochemical activity. KW - General Materials Science PY - 2024 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-597625 DO - https://doi.org/10.1021/acsami.3c17923 SN - 1944-8252 VL - 16 IS - 7 SP - 9517 EP - 9531 PB - American Chemical Society (ACS) AN - OPUS4-59762 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - GEN A1 - Schiek, Manuela A1 - Minenkov, Alexey A1 - Hollweger, Sophia A1 - Duchoslav, Jiri A1 - Erdene-Ochir, Otgonbayar A1 - Weise, Matthias A1 - Ermilova, Elena A1 - Hertwig, Andreas T1 - Optical constants of In2O3-SnO2 (Indium tin oxide, ITO) N2 - Optical constants of In2O3-SnO2 (Indium tin oxide, ITO) Minenkov et al. 2024: on glass; n,k 0.191–1.69 µm Optical constants of In2O3-SnO2 (Indium tin oxide, ITO) Minenkov et al. 2024: on Si wafer, top; n,k 0.191–1.69 µm Optical constants of In2O3-SnO2 (Indium tin oxide, ITO) Minenkov et al. 2024: on Si wafer, bottom; n,k 0.191–1.69 µm KW - Indium Tin Oxide KW - Optical constants KW - Magnetron Sputtering KW - Electrochemical Degradation KW - Spectroscopic Ellipsometry PY - 2024 UR - https://refractiveindex.info/?shelf=other&book=In2O3-SnO2&page=Minenkov-glass UR - https://refractiveindex.info/?shelf=other&book=In2O3-SnO2&page=Minenkov-wafer-top UR - https://refractiveindex.info/?shelf=other&book=In2O3-SnO2&page=Minenkov-wafer-bottom PB - Refractiveindex.info AN - OPUS4-59766 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Grundmann, Jana A1 - Bodermann, Bernd A1 - Ermilova, Elena A1 - Weise, Matthias A1 - Hertwig, Andreas A1 - Klapetek, Petr A1 - Rafighdoost, Jila A1 - Pereira, Silvania F. T1 - Optical and tactile measurements on SiC sample defects JF - Journal of Sensors and Sensor Systems N2 - Abstract. In power electronics, compound semiconductors with large bandgaps, like silicon carbide (SiC), are increasingly being used as material instead of silicon. They have a lot of advantages over silicon but are also intolerant of nanoscale material defects, so that a defect inspection with high accuracy is needed. The different defect types on SiC samples are measured with various measurement methods, including optical and tactile methods. The defect types investigated include carrots, particles, polytype inclusions and threading dislocations, and they are analysed with imaging ellipsometry, coherent Fourier scatterometry (CFS), white light interference microscopy (WLIM) and atomic force microscopy (AFM). These different measurement methods are used to investigate which method is most sensitive for which type of defect to be able to use the measurement methods more effectively. It is important to be able to identify the defects to classify them as critical or non-critical for the functionality of the end product. Once these investigations have been completed, the measurement systems can be optimally distributed to the relevant defects in further work to realize a hybrid analysis of the defects. In addition to the identification and classification of defects, such a future hybrid analysis could also include characterizations, e.g. further evaluation of ellipsometric data by using numerical simulations. KW - Compound semiconductors KW - Hybrid metrology KW - Material defects KW - Spectroscopic Ellipsometry KW - Scanning Probe Microscopy KW - White-light Interference Microscopy PY - 2024 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-601220 DO - https://doi.org/10.5194/jsss-13-109-2024 SN - 2194-878X VL - 13 IS - 1 SP - 109 EP - 121 PB - Copernicus GmbH AN - OPUS4-60122 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Voss, Heike A1 - Knigge, Xenia A1 - Knapic, D. A1 - Weise, Matthias A1 - Sahre, Mario A1 - Hertwig, Andreas A1 - Sacco, A. A1 - Rossi, A. M. A1 - Radnik, Jörg A1 - Müller, Kai A1 - Wasmuth, Karsten A1 - Krüger, Jörg A1 - Hassel, A. W. A1 - Hodoroaba, Vasile-Dan A1 - Bonse, Jörn T1 - Picosecond laser processing of hierarchical micro–nanostructures on titanium alloy upon pre- and postanodization: morphological, structural, and chemical effects JF - Physica Status Solidi A N2 - Recent publications indicate that the order of electrochemical anodization (before or after the laser processing step) plays an important role for the response of bone-forming osteoblasts—an effect that can be utilized for improving permanent dental or removable bone implants. For exploring these different surface functionalities, multimethod morphological, structural, and chemical characterizations are performed in combination with electrochemical pre- and postanodization for two different characteristic microspikes covered by nanometric laser-induced periodic surface structures on Ti–6Al–4V upon irradiation with near-infrared ps-laser pulses (1030 nm wavelength, ≈1 ps pulse duration, 67 and 80 kHz pulse repetition frequency) at two distinct sets of laser fluence and beam scanning parameters. This work involves morphological and topographical investigations by scanning electron microscopy and white light interference microscopy, structural material examinations via X-ray diffraction, and micro-Raman spectroscopy, as well as near-surface chemical analyses by X-ray photoelectron spectroscopy and hard X-ray photoelectron spectroscopy. The results allow to qualify the mean laser ablation depth, assess the spike geometry and surface roughness parameters, and provide new detailed insights into the near-surface oxidation that may affect the different cell growth behavior for pre- or postanodized medical implants. T2 - 2023 E-MRS Spring Meeting, Symposium L "Making light matter: lasers in material sciences and photonics" CY - Strasbourg, France DA - 29.05.2023 KW - Hierarchical micro-nanostructures KW - Laser-induced periodic surface structures (LIPSS) KW - Ultrashort laser pulses KW - Ti-6Al-4V alloy KW - X-ray photoelectron spectroscopy PY - 2024 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-601962 DO - https://doi.org/10.1002/pssa.202300920 SN - 1862-6319 SP - 1 EP - 11 PB - Wiley-VCH GmbH CY - Weinheim AN - OPUS4-60196 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Gaal, Mate A1 - Hufschläger, Daniel A1 - Gohlke, Dirk A1 - Weise, Matthias A1 - Ilse, D. A1 - Hillger, W. A1 - Szewieczek, A. T1 - Thermoakustische und Ferroelektret-Wandler als Phased-Array-Sender für luftgekoppelte Ultraschallprüfung T2 - DAGA 2023 Jahrestagung für Akustik N2 - Die üblichen Verfahren der zerstörungsfreien Prüfung mit Ultraschall basieren auf der Verwendung von flüssigen Koppelmitteln. Luftgekoppelte Prüfung setzt sich gegen die konventionellen Verfahren durch, wenn die Flüssigkeit nicht erwünscht oder den Prüfling gar beschädigen kann. Zwei Technologien für Erzeugung von Ultraschallsignalen sind vielversprechend: thermoakustische Wandler und Ferroelektret-Wandler. Basierend auf diesen beiden Technologien wurden Array-Sender gebaut und in diesem Beitrag miteinander verglichen. Thermoakustische Wandler basieren auf Dünnschichttechnologie und bieten eine resonanzfreie Erzeugung von Ultraschall. Sie bestehen aus einer dünnen elektrisch leitenden Schicht und werden mit kurzen elektrischen Pulsen angeregt. Die Erhöhung der thermischen Energie führt zur Erzeugung von akustischen Wellen in der umgebenden Luft. Bei Ferroelektret-Wandlern handelt es sich um polarisierte zelluläre Kunststoffe, die für den Bau eines Array-Senders besonders gut geeignet sind. Einige Ferroelektrete weisen eine hervorragende an Luft angepasste akustische Impedanz auf, so dass auf den Einsatz von Anpassschichten verzichtet werden kann. Ein sehr niedriges mechanisches Übersprechen zwischen einzelnen Elementen ermöglicht eine unabhängige Anregung einzelner Elemente, was bei Piezokompositen deutlich schwieriger wäre. Mit der Phased-Array-Technik können elektronische Fokussierung oder Schwenkung des Einschallwinkels für eine luftgekoppelte Prüfung genutzt werden. Die Schallfelder von diesen beiden Technologien wurden berechnet, gemessen und miteinander verglichen. Die Vorteile und Nachteile der beiden Technologien werden dargestellt. T2 - DAGA 2023 Jahrestagung für Akustik CY - Hamburg, Germany DA - 06.03.2023 KW - Luftgekoppelte Ultraschallprüfung KW - Thermoakustik KW - Ferroelektret KW - Phased Array PY - 2023 UR - https://pub.dega-akustik.de/DAGA_2023 SN - 978-3-939296-21-8 SP - 1594 EP - 1597 AN - OPUS4-57554 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Gaal, Mate A1 - Hufschläger, Daniel A1 - Gohlke, Dirk A1 - Weise, Matthias A1 - Ilse, D. A1 - Hillger, W. A1 - Szewieczek, A. T1 - Phased-Array-Prüfköpfe für luftgekoppelte Ultraschallprüfung auf Basis von zellulären Kunststoffen T2 - DACH-Jahrestagung N2 - Luftgekoppelte Ultraschallprüfung setzt sich immer häufiger gegen die konventionelle Ultraschallprüfung von Leichtbaukomponenten durch, und zwar in vielen Industriezweigen von der Holzindustrie bis zur Luftfahrt. Während die Phased-Array-Technik mittlerweile zu dem industriellen Standard im Bereich der Prüfung mit Ankopplung gehört, wird luftgekoppelte Ultraschallprüfung meist mit zwei Wandlern in Durchschallung durchgeführt. Deswegen werden Vorteile der Phased-Array-Technik wie beispielsweise elektronische Fokussierung oder Schwenkung des Einschallwinkels für luftgekoppelte Prüfung selten genutzt. In diesem Beitrag werden die laufenden Arbeiten an der Entwicklung eines neuen Phased-Array-Geräts vorgestellt, mit dem Schwerpunkt an der Charakterisierung der Prüfköpfe und ihrer Schallfelder. Das Gerät besteht aus einem linearen Phased-Array-Prüfkopf, einer Sende- und einer Empfangseinheit. Die Hauptinnovation unserer Arbeit ist die Anwendung von zellulären Kunststoffen für den Bau eines Arrays, wobei der Sender mit Hochspannung von ca. 1500 V angeregt wird. Geladene zelluläre Polymere werden auch Ferroelektrete oder Piezoelektrete genannt. Sie weisen ein sehr niedriges Elastizitätsmodul und dadurch eine niedrige akustische Impedanz auf, so dass auf den Einbau von Anpassschichten verzichtet werden kann. Eine sehr niedrige mechanische Kreuzkopplung bei Ferroelektreten ermöglicht eine unabhängige Anregung einzelner Elemente, was bei Piezokompositen deutlich schwieriger wäre. Die Entwicklung der Array-Prüfköpfe wurde durch Berechnungen des Schallfeldes unterstützt, die auf Punktquellensynthese basieren. Die beabsichtigte Anwendung von Phased-Array-Prüfköpfen und des Prüfsystems sind die Durchschallung mit Fokussierung, elektronischer Scan und die Schwenkung des Einschallwinkels zur Anregung von geführten Wellen, angewandt an carbonfaserverstärkten Kunststoffen und ähnlichen Materialien. Die Anwendung von geführten Wellen bietet die Perspektive, Bauteile mit einseitiger Zugänglichkeit zu prüfen. T2 - DACH-Jahrestagung 2023 CY - Friedrichshafen, Germany DA - 15.05.2023 KW - Luftgekoppelte Ultraschallprüfung KW - Ferroelektret KW - Ultraschallwandler KW - Phased Array PY - 2023 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-575564 SP - 1 EP - 6 AN - OPUS4-57556 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Hufschläger, Daniel A1 - Gohlke, Dirk A1 - Weise, Matthias A1 - Bente, K. A1 - Gaal, Mate T1 - Thermoakustische Gruppenstrahler: Theorie und Anwendungen T2 - DACH-Jahrestagung N2 - Bei der Prüfung von Werkstücken mit empfindlichen Oberflächen oder auch hydrophilen Werkstoffen sind traditionelle ultraschallbasierte zerstörungsfreie Prüfmethoden wie die Kontakttechnik oder die Tauchtechnik in vielen Anwendungsfällen aufgrund der Flüssigkeitsankopplung nicht anwendbar. Die luft-gekoppelte Ultraschallprüfung umgeht diese Problematik und eröffnet neue Prüfszenarien. Derzeit werden zwei Varianten der Schallerzeugung als vielversprechend angesehen: ferroelektrische Folien und thermoakustische Dünnschichtwandler. Thermoakustische Wandler ermöglichen die resonanzfreie Erzeugung von Ultraschall und somit kurze zeitliche Impulse sowie eine sehr breitbandige Anregung. Durch die Verwendung von gekrümmten Substraten ist sowohl eine Herstellung von planaren als auch fokussierten Wandlern möglich. Dieser Beitrag präsentiert die letzten Forschungsergebnisse im Bezug auf thermoakustischen Wandlern, welche derzeit in einen thermoakustischen Gruppenstrahler münden. Gruppenstrahler erlauben die simultane Änderung des Einschallwinkels, sowie die Verschiebung des Fokuspunktes während der Verwendung. Durch die Verbindung beider Schlüsseltechnologien, der thermoakustischen Anregung und des Gruppenstrahlerprinzips, wird das Spektrum der klassischen ZfP-Anwendungen, sowie moderner Ansätze wie der Anregung von geführten Wellen oder der Strukturüberwachung erheblich erweitert und bereichert. Dabei soll innerhalb dieses Beitrages auf die Modellierung des Schallfeldes, die elementweise Charakterisierung und verschiedene Anwendungsszenarien eingegangen werden. T2 - DACH-Jahrestagung 2023 CY - Friedrichshafen, Germany DA - 15.05.2023 KW - Luftgekoppelte Ultraschallprüfung KW - Thermoakustik KW - Ultraschallwandler KW - Phased Array PY - 2023 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-575599 SP - 1 EP - 6 AN - OPUS4-57559 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Ermilova, Elena A1 - Weise, Matthias A1 - Hertwig, Andreas T1 - Application of imaging ellipsometry and white light interference microscopy for detection of defects in epitaxially grown 4H-SiC layers JF - Journal of the European Optical Society-Rapid Publications N2 - Critical defects, also known as device killers, in wide bandgap semiconductors significantly affect the performance of power electronic devices. We used the methods imaging ellipsometry (IE) and white light interference microscopy (WLIM) in a hybrid optical metrology study for fast and non-destructive detection, classification, and characterisation of defects in 4H–SiC homoepitaxial layers on 4H–SiC substrates. Ellipsometry measurement results are confirmed by WLIM. They can be successfully applied for wafer characterisation already during production of SiC epilayers and for subsequent industrial quality control. T2 - EOS Annual Meeting (EOSAM 2022) CY - Porto DA - 12.09.2022 KW - Imaging ellipsometry KW - White light interference microscopy KW - 4H–SiC KW - Defects PY - 2023 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-574209 DO - https://doi.org/10.1051/jeos/2023018 SN - 1990-2573 VL - 19 IS - 1 SP - 1 EP - 8 PB - EDP Sciences AN - OPUS4-57420 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Müller, Kai A1 - Mirabella, Francesca A1 - Knigge, Xenia A1 - Mezera, Marek A1 - Weise, Matthias A1 - Sahre, Mario A1 - Wasmuth, Karsten A1 - Voss, Heike A1 - Hertwig, Andreas A1 - Krüger, Jörg A1 - Radnik, Jörg A1 - Hodoroaba, Vasile-Dan A1 - Bonse, Jörn T1 - Chemical and topographical changes upon sub-100-nm laser-induced periodic surface structure formation on titanium alloy: the influence of laser pulse repetition rate and number of over-scans JF - Physica Status Solidi A N2 - Titanium and its alloys are known to allow the straightforward laser-based manufacturing of ordered surface nanostructures, so-called high spatial frequency laser-induced periodic surface structures (HSFL). These structures exhibit sub-100 nm spatial periods – far below the optical diffraction limit. The resulting surface functionalities are usually enabled by both, topographic and chemical alterations of the nanostructured surfaces. For exploring these effects, multi-method characterizations were performed here for HSFL processed on Ti–6Al–4V alloy upon irradiation with near-infrared ps-laser pulses (1030 nm, ≈1 ps pulse duration, 1–400 kHz) under different laser scan processing conditions, i.e., by systematically varying the pulse repetition frequency and the number of laser irradiation passes. The sample characterization involved morphological and topographical investigations by scanning electron microscopy (SEM), atomic force microscopy (AFM), tactile stylus profilometry, as well as near-surface chemical analyses hard X-ray photoelectron spectroscopy (HAXPES) and depth-profiling time-of-flight secondary ion mass spectrometry (ToF-SIMS). This provides a quantification of the laser ablation depth, the geometrical HSFL characteristics and enables new insights into the depth extent and the nature of the non-ablative laser-induced near-surface oxidation accompanying these nanostructures. This allows to answer the questions how the processing of HSFL can be industrially scaled up, and whether the latter is limited by heat-accumulation effects. T2 - 2023 E-MRS Spring Meeting, Symposium L "Making light matter: lasers in material sciences and photonics" CY - Strasbourg, France DA - 29.05.2023 KW - Laser-induced periodic surface structures (LIPSS) KW - Ultrashort laser pulses KW - Laser processing KW - Hard X-ray photoelectron spectroscopy (HAXPES) KW - Time-of-flight secondary ion mass spectrometry (ToF-SIMS) PY - 2023 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-589902 UR - https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/pssa.202300719 DO - https://doi.org/10.1002/pssa.202300719 SN - 1862-6319 VL - 220 SP - 1 EP - 12 PB - Wiley-VCH GmbH CY - Weinheim AN - OPUS4-58990 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Ermilova, Elena A1 - Weise, Matthias A1 - Hertwig, Andreas T1 - Hybrid optical measurement technique for detection of defects in epitaxially grown 4H-SiC layers T2 - EOS Annual Meeting (EOSAM 2022) N2 - Recent developments in power electronics require the use of new wide bandgap compound semiconductor. We demonstrate the use of the ellipsometry and white light interference microscopy to detect defects in epitaxially grown SiC layers on SiC substrates. Such hybrid optical metrology methods can be used to better understand the mechanism of the development of the defects as well as their effects on the material´s optoelectronic properties. T2 - EOS Annual Meeting (EOSAM 2022) CY - Porto, Portugal DA - 12.09.2022 KW - Imaging ellipsometry KW - White light interference microscopy KW - Wide bandgap compound semiconductor KW - Epitaxially grown 4H-SiC layers PY - 2022 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-561113 DO - https://doi.org/10.1051/epjconf/202226610001 VL - 266 SP - 1 EP - 2 AN - OPUS4-56111 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER -