Lutetium-Aluminium-Granat

Lutetium-Aluminium-Granat
Chemische Formel	Lu3Al5O12
Mineralklasse
Kristallsystem	kubisch
Kristallklasse	kubisch-hexakisoktaedrisch $4/m\ \bar{3}\ 2/m$
Farbe	farblos
Strichfarbe
Mohshärte
Dichte (g/cm3)	6,71 g/cm3
Glanz
Transparenz
Bruch
Spaltbarkeit
Habitus
Kristalloptik
Doppelbrechung (optische Orientierung)	ja [1]

Lutetium-Aluminium-Granat (LuAG, englisch lutetiumaluminium garnet) ist ein kristallines Material der Granatgruppe. Es besteht aus Lutetium, Aluminium und Sauerstoff mit der chemischen Zusammensetzung Lu₃Al₅O₁₂.

LuAG ist ein Material mit einem hohen Brechungsindex (2,1 bei 193 nm Wellenlänge^[2][1]). Des Weiteren zeigt es eine vergleichsweise hohe Transparenz im ultravioletten (UV) Spektralbereich – der Absorptionskoeffizient bei 193 nm liegt bei 1,1–1,4 cm^−1[2][3] – und eignet sich daher als Material für UV-Linsen, beispielsweise für qualitativ hochwertige Linsensysteme in fotolithografischen Belichtungsanlagen, wie Stepper und Scanner.^[2]. Durch die Nähe des Bandabstands (6,9 eV^[1] entspricht 176,7 nm) zur aktuelle genutzten Wellenlänge von 193 nm (KrF-Excimerlaser) bei der Fotolithografie, muss LuAG in hochreiner Form^[4] zur Verfügung stehen. Denn schon geringe Verunreinigungen würde die Absorption in diesem Spektralbereich merklich ansteigen lassen und das Material würde sich für diese Anwendung nicht mehr eignen.

LuAG ähnelt sehr dem sehr viel bekannteren Yttrium-Aluminium-Granat (YAG). Beide besitzen dieselbe Kristallstruktur. Allerdings besitzt LuAG eine höhere Dichte als YAG, die unter anderem durch die Ersetzung der Yttrium-Ionen durch die schweren Lutetium-Ionen hervorgerufen wird. Dadurch zeigt es bessere Szintillationseigenschaften.^[5] Mit Cerium dotiertes LuAG zeigt Szintillation mit Lumineszenz im sichtbaren Spektralbereich. Dies macht es zu einem Kandidaten als Detektormaterial zum Nachweis von hochenergetischen Photonen.^[6]

Einzelnachweise

1. ↑ ^{a b c} Chris A. Mack Gabriel Y. Sirat, Michael Goldstein: Uniaxial Crystal Last Optical Element for Second- and Third-Generation Immersion Lithography. 4th International Symposium on Immersion Lithography, 8.–11. Oktober 2007 Keystone, Colorado (Poster; mit weiteren Materialeigenschaften)
2. ↑ ^{a b c} Yayi Wei, Robert L. Brainard: Advanced processes for 193-nm immersion lithography. SPIE Press, 2009, ISBN 9780819475572.
3. ↑ John H. Burnett: High-index materials for 193 nm immersion lithography. In: Proceedings of SPIE. San Jose, CA, USA 2004, S. 611–621, doi:10.1117/12.600109.
4. ↑ Lutz Parthier, Gunther Wehrhan, Frank Seifert, Marcus Ansorg, Tilo Aichele, Christoph Seitz: High-Index Lens Material LuAG: Development Status and Progress. 2008 SEMATECH Litho Forum, 12.-14. Mai 2008, Bolton Landing (Lake George), NY (Vortrag; u.a. mit Abbildungen eines LuAG-Einkristall und der Kristallstruktur)
5. ↑ Karim, Kamran Said: Herstellung polykristalliner Szintillatoren für die Positronen-Emissions-Tomographie (PET). Forschungszentrum Jülich, 2010, ISBN 9783893366101.
6. ↑ 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. 579, Nr. 1, 21. Juli 2007, S. 38–41, doi:10.1016/j.nima.2007.04.009.