Ziel der Arbeit ist die Entwicklung eines laserbasierten Verfahrens zur Herstellung piezoelektrischer Schichten aus Blei-Zirkonat-Titanat (PZT), welche z.B. als Aktoren oder Sensoren eingesetzt werden können. Die konventionellen Prozesse zur thermischen Nachbehandlung der nasschemisch aufgebrachten Schichten sollen dabei durch laserbasierte Trocknung, Pyrolyse und Kristallisation ersetzt werden. Wesentliche Vorteile der Lasernachbehandlung sind ein ortsselektiver Energieeintrag, der die Anwendung auf temperaturempfindlichen Substraten und Baugruppen ermöglicht, sowie die Möglichkeit der Inline-Integration. Die somit erreichbare Vermeidung von Batchprozessen reduziert sowohl Kosten als auch Produktionszeiten.

In dieser Arbeit werden, ausgehend von Untersuchungen der optischen Eigenschaften des Schichtsystems, mit Hilfe von FEM-Simulationen die zeitabhängigen Temperaturverteilungen in der Probe während der Laserbearbeitung ermittelt. Auf Basis der Simulationsergebnisse wird ein Verfahren zur vollständigen Trocknung, Pyrolyse und Kristallisation der PZT-Schichten entwickelt. Die piezoelektrischen Koeffizienten der laserkristallisierten Schichten betragen bis zu 120 pm/V und entsprechen somit denen von konventionell hergestellten Schichten. Durch die Bearbeitung von der Rückseite der Probe kann bei geeigneter Probengeometrie die Schicht auch beim Aufbau großer Schichtdicken ohne Einfluss des temperatur- und schichtdickenabhängigen Absorptionsgrads des PZTs reproduzierbar kristallisiert werden.

Obwohl die Heizzeiten von wenigen µs im Vergleich zum konventionellen Prozess um mehrere Größenordnungen kleiner sind, kann die Kristallstruktur durch verschiedene Faktoren analog zur konventionellen thermischen Nachbehandlung beeinflusst werden. Zu den untersuchten Einflüssen zählen unter anderem die Pyrolysetemperatur, die Atmosphäre während der Pyrolyse sowie der Bleigehalt der Precursorlösung. Kleine Änderungen der induzierten Temperatur während der Laserbearbeitung resultieren dabei bereits in Änderungen in der Mikrostruktur der PZT-Schicht.