Verlag des Forschungszentrums Jülich

JUEL-3789
Nöthe, Michael
Plasmagestützte Abscheidung und Charakterisierung von dünnen mehrphasigen Schichten
143 S., 2000

Die Haftung von Verschleißschutzschichten mit einem überwiegend kovalenten Bindungsanteil (z.B. a-C:H, a-C, B4C, c-BN) ist durch die hohen Eigenspannungen der Schichten und durch die schwache chemische Wechselwirkung zwischen metallischem Substrat und kovalenter Deckschicht begrenzt. Ein wesentliches Ziel dieser Arbeit bestand in der Untersuchung der Struktur und Eigenschaften von a-C:H Schichten auf Substraten bei Verwendung verschiedener Zwischenschichtmaterialien (Al, Ti, Cr, Cu). Zur Abscheidung der Schichten wurden plasmagestützte Verfahren eingesetzt. Die Zwischenschicht wurde durch Verdampfung des Metalls und die a-C:H Schicht durch Einleiten von Acetylen in ein dichtes Plasma abgeschieden. Ergänzend wurden auch Si haltige Zwischenschichten durch PACVD Abscheidung gebildet. Das zweite Hauptziel dieser Arbeit war die Abscheidung von a-SiCxOy:H, a-SiCx:H, a-SiCxOyNz:H und a-SiCxNy:H Schichten durch PACVD. Dabei wurden die Precursorsubstanzen TEOS (Tetraethoxysilan) und TMS (Tetramethylsilan) verwendet. Das Beschichtungsergebnis wird durch die Prozesse im Plasma wesentlich mitbestimmt. Daher wurde die Ionenpopulation in Plasmen mit TEOS Beimischungen durch Massenspektroskopie analysiert.

Die beste Haftung von a-C:H Deckschichten ergab sich auf Al Zwischenschichten mit einem ausgedehnten gradierten Übergang zwischen den Schichten. Auf Cr und Si haltigen Schichten konnte gegenüber der Abscheidung ohne Zwischenschicht eine Verbesserung der Haftung erreicht werden. Ti ist kaum als Zwischenschichtmaterial geeignet. Auf Cu bilden sich keine haftenden Schichten. Die Untersuchungen zu Schichtstruktur und -zusammensetzung erfolgten mittels TEM, SEM, SIMS, SNMS.

Die Analysen von Plasmen mit TEOS Beimischungen zeigten, daß die Zusammensetzung des Trägergases nur einen geringen Einfluß auf die Fragmentierung der TEOS Moleküle hat. Der Fragmentierungsgrad steigt mit der Elektronentemperatur, die ihrerseits mit steigendem Magnetfeld zunimmt. Die erhöhte Fragmentierung in Gegenwart von Magnetfeldern führt zur verstärkten Bildung von CHx und C2Hx Molekülen und Radikalen im Plasma. Die meisten dieser Kohlenstoffspezies haben eine besonders hohe Haftwahrscheinlichkeit auf wachsenden Oberflächen. In Gegenwart von Magnetfeldern abgeschiedene Schichten weisen daher einen deutlich erhöhten Kohlenstoffanteil auf.


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Letzte Änderung: 07.06.2022