Metallorganisch chemische ... - JUWEL - Forschungszentrum Jülich

24 2 Grundlagen
der Ligandengröße führt zu einer Erhöhung der Flüchtigkeit, weil das innenliegende Metallion
von molekularen Wechselwirkungen abgeschirmt wird. Im Falle der Fluorsubstitution wird
die abschirmende Wirkung durch den im Vergleich zu Wasserstoff wesentlich höheren Atomradius
der Fluoratome erhöht. Allerdings hat es sich herausgestellt, dass Verunreinigungen
mit Halogenen einen negativen Einfluss auf die Filmeigenschaften haben.
Durch die bessere Abschirmung des innenliegenden Metallions wird gleichzeitig die Stabilität
des Prekursors, also die Widerstandfähigkeit gegen Oligomerbildung, sowie gegen Zersetzung
durch Wasser oder Sauerstoff, erhöht. Erdalkalimetalle (Ba 2+ , Sr 2+ , Ca 2+ ) mit ihren relativ
kleinen Ladungs- zu Radiusverhältnissen lassen sich eigentlich nur mit Hilfe von β-
Diketonat Prekursoren in MOCVD-Prozessen nutzen [42]. Die Flüchtigkeit dieser Verbindungen
lässt sich durch den Einsatz von Komplexbildnern (z.b. tetraglyme [43], tmdeta), die
ebenfalls zur Abschirmung des Metallions beitragen, noch weiter erhöhen. Gordon, Barry et
al. gaben in ihrer Veröffentlichung [44] einen ausführlichen Überblick über Kombinationen
von Liganden und Addukten, welche die Synthese bei Raumtemperatur flüssigen Erdalkali-
Prekursoren ermöglichen.
b) Verdampfer
Da die metallorganischen Prekursoren zur Abscheidung elektrokeramischer Dünnschichten
bei Raumtemperatur in fester und flüssiger Form vorliegen, müssen sie durch ein geeignetes
Verfahren in die Gasphase überführt werden. Bei Flüssigkeiten mit ausreichend hohem
Dampfdruck, wie z.b. Titan-Isopropoxid oder Tetraethylblei, kann dieser Dampf direkt genutzt
werden. Für Feststoffe sind thermische Verdampfungsverfahren erforderlich, bei denen
die Substanzen direkt oder in einem geeigneten Lösungsmittel gelöst auf ihren Siedepunkt
erhitzt werden.
Die bekannteste Methode zum Überführen flüssiger Prekursoren in die Dampfphase ist das
Bubbler Verfahren. Ein Trägergas wird durch eine Gaswaschflasche (Bubbler) geleitet, die
mit der zu verdampfenden Flüssigkeit gefüllt ist. Die Trägergasbläschen steigen in der Flüssigkeit
auf und reichern sich mit dem Dampf an. Oberhalb der Flüssigkeitsoberfläche bildet
sich ein Gemisch aus Dampf und Trägergas, das in den Reaktor weitergeleitet wird, siehe
Abbildung 2.12.
Abbildung 2.12: Arbeitsweise
des Bubbler Verfahrens. Hier
sind Trägergasfluss Qtr und
Druck Pbub unabhängige
Parameter.
In diesem Verfahren kann der Trägergasfluss QTr und Druck PBub getrennt voneinander geregelt
werden. Der Partialdruck des Prekursors im Reaktor PPrek lässt sich leicht über den Gesamtdruck
Ptot, bzw. Gesamtfluss Qtot im Reaktor berechnen:
Q
P ⋅
P
tr tot
Pr ek = Pvap
⋅
2.12
Qtot
Pbub