Dissertation_M_Fischer.pdf - OPUS - Universität Augsburg

58 5 Ergebnisse
• Von technologisch großer Bedeutung ist das Resultat, dass die Schichten zwillingsfrei sind. Es
zeigte sich weder nach der Nukleation (XPD-Messungen) noch bei Schichtdicken von 23 µm
ein nennenswerter Anteil von Kontaktzwillingen.
• Die Mosaikbreite der 23 µm dicken (111)-orientierten Schichten liegt mit 0.74 ◦ für die Halbwertsbreite
vom Tilt und 0.52 ◦ vom Twist bereits unter 1 ◦ . Dies ist nach früheren Arbeiten
[Sch02] eine wesentliche Voraussetzung dafür, dass eine weitere Reduzierung der Mosaikbreite
durch Wachstum dickerer Schichten erwartet werden kann.
5.2.2 Röntgentexturuntersuchungen zum heteroepitaktischen Wachstum
(001)-orientierter Diamantschichten auf Ir/YSZ/Si(001)
Die Mehrzahl der im Rahmen dieser Arbeit hergestellten Diamantschichten wurden auf (001)-
orientierten Ir/YSZ/Si-Substraten abgeschieden. Dies hat folgende Gründe:
• Auf (001)-Flächen ist das Diamantwachstum unkritischer als auf allen anderen Flächen. Es
können Parameter für ein stabiles Wachstum gefunden werden, die die Synthese von Schichten
mit niedriger Defektkonzentration ermöglichen [Wil93].
• In der Literatur sind Wachstumsraten für homoepitaktische Schichten auf (001)-orientierten
Substraten von einigen 10 µm/h berichtet worden [Lia09]. Dies legt nahe, dass Kristalle mit
Schichtdicken im Bereich von 1 mm in akzeptabler Prozessdauer erzielt werden können.
5.2.2.1 Strukturelle Instabilitäten beim Wachstum heteroepitaktischer
Diamantschichten im Dickenbereich von 0.1-1 mm
Wie in Kapitel 5.1 beschrieben, werden mit Hilfe eines Nukleationsschritts die epitaktischen Diamantkeime,
die für das Wachstum von heteroepitaktischen Diamantschichten auf Ir/YSZ/Si notwendig
sind, erzeugt. Nach erfolgreicher Synthese dieser Nukleationsschicht kann mit dem eigentlichen
Wachstum von Diamant begonnen werden. Dabei wird ein kurzer Anwachsschritt (einige 100 nm)
nach der Nukleation bei moderatem Druck (∼40 mbar) verwendet, um die Diamantkeime beim
Einfahren des Prozesses zu höheren Drücken (∼150−200 mbar) nicht zu zerstören.
Diese mehrere 100 nm dicken Diamantschichten dienen dann als Substrate für das weitere Wachstum
von Schichten bis zu mehreren 100 µm Dicke bei erhöhtem Prozessgasdruck und erhöhter
Temperatur, um entsprechende Wachstumsraten und damit Schichtdicken realisieren zu können.
Wird N 2 zum Prozessgas hinzugefügt, kann die Wachstumsrate noch deutlich gesteigert werden
[Lia09].
Stabiles epitaktisches Wachstum ist dabei über eine Dicke von bis zu mehreren 100 µm möglich.
Allerdings zeigen sich bei vielen Parametersätzen auch fundamentale strukturelle Probleme.
Abbildung 5.18 gibt eine Übersicht über die häufigsten beobachteten Phänomene. Man beobachtet
Rissbildung, Abplatzen der Diamantschicht (inkl. Iridium), Brechen der 3 mm dicken Substrate und
Verbiegung der Diamantschichten. In Abbildung 5.18 c) ist diese Verbiegung sehr deutlich an einer
freistehenden Diamantschicht zu sehen.
Die obigen experimentellen Befunde legen eine detaillierte Analyse der Spannungszustände in
diesen Schichten nahe. Dabei muss beachtet werden, dass Spannungen in der Schicht und Verbiegung
der Proben miteinander verknüpft sind.