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Projektbereich D
Lugscheider, Erich
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vergiftung und damit eine mögliche Arc-Bildung reduziert bzw. unterdrückt wurden. Des
Weiteren konnte die Prozesstemperatur bei vergleichbarer Leistungseinbringung zu einem
DC-Prozess gesenkt werden.
Bei der Umsetzung dieser Zielvorgaben wurden in verschiedenen Versuchsreihen die
unterschiedlichen Parameter hinsichtlich ihres Einflusses untersucht. Dabei ergaben sich
drei entscheidende Parameter: Druck, Temperatur und Sauerstoffpartialdruck. Der
Sauerstoffpartialdruck bzw. der Sauerstofffluss übte den primären Einfluss auf die Schicht
aus. Im Vergleich der Schichtstruktur und Schichtdicke im Zusammenhang mit dem Sauerstofffluss
konnten drei Bereiche der Schichtbildung ermittelt werden. Bei Sauerstoffflüssen
unter 3,9sccm wurden stets metallische oder amorphe Schichten mit hohen Schichtraten
abgeschieden. Bei einer Steigerung des Sauerstoffanteils auf Flussraten von 3,9sccm bis
6,2sccm wurden kristalline Al2O3 Schichten erzeugt (Bild D-7). Eine weitere Erhöhung
des Sauerstoffflusses führte zu einem starken Abfall in der Schichtrate bedingt durch die
Targetvergiftung und Funkenentladung. Die sich ausbildende Schichtstruktur war
kristallin, aber im Vergleich zu Schichten des vorhergehenden Bereiches deutlich spröder
und von geringerer Haftfestigkeit. Da die Haftfestigkeit der Schichten im Allgemeinen
unzureichend war, wurden Versuche mit Haftvermittlern durchgeführt. Als Haftvermittler
wurden Chrom, TiAl (75-25) und Wolfram untersucht. Mit Chrom als Haftvermittler
konnten keine Verbesserungen der Haftfestigkeit erreicht werden. In Kombination mit
Wolfram als Haftvermittler konnten gute Ergebnisse erzielt werden. Im Folgenden wird
auf die Schichtentwicklung detailliert eingegangen und anhand der Ergebnisse der
Oberflächenanalytik dokumentiert. Zur Grundcharakterisierung der Versuchsreihen
wurden die gleichen Prüfungsverfahren angewandt wie bei der Schichtentwicklung des
ZrO2. Zusätzlich wurden Nanointender-Untersuchungen mit in den Analyseplan mit
aufgenommen.
Der Kalottenschliff dient zur Überprüfung der Schichtdicke. Hier zeigte sich deutlich, dass
der Sauerstoffpartialdruck bzw. der Sauerstofffluss starken Einfluss auf die Schichtdicke
hatte. Mit zunehmenden Sauerstofffluss nimmt die Schichtdicke immer stärker ab
(Bild D-9). Dies kann auf die zunehmende Targetvergiftung zurückgeführt werden. Bei
niedrigen Sauerstoffflüssen machte sich zusätzlich auch ein Temperatureinfluss auf die
Schichtdicke bemerkbar. Bei höheren Sauerstoffflüssen war kein Einfluss nachweisbar.
Bei der Überprüfung, ob es eine Einwirkung des Drucks auf die Schichtdicke gibt, stellte
sich allerdings eine solche Abhängigkeit heraus. Bei einem Druck von 1 Pa wurden die
höchsten Schichtdicken erreicht (Bild D-10). Neben der Schichtdickenbestimmung kann
das Schliffbild der Kalotte auch zur qualitativen Einordnung der Schichthaftung genutzt
werden. In Bild D-11a und D-11b sind zwei Schliffbilder im direkten Vergleich
dargestellt. Man erkennt deutlich in Bild D-11a Ausbrüche am Übergang
Haftvermittler/Schicht, während der Übergang vom Substrat zum Haftvermittler keinerlei