Hochratesynthese von Hartstoffschichten auf Siliciumbasis - Qucosa ...

6. Untersuchungsergebnisse
111
______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
Schichtmorphologie
In Abhängigkeit von den Prozessparametern können unterschiedliche Schichtmorphologien
erzielt werden. Im Rahmen der untersuchten Parameter werden zumeist kolumnare
Morphologien synthetisiert. In Abbildung 61 sind zwei REM Aufnahmen des Querschliffs
einer aus HMDSO synthetisierten Schicht bei unterschiedlichen Abständen vom Beschichtungszentrum
dargestellt. Die Schichtdicke von 20 µm bleibt bei Abständen zwischen 10 und
20 mm vom Beschichtungszentrum unverändert. Bei geringen Abständen wächst die Schicht
in einem Winkel von ca. 60° zur Substratoberfläche auf, während bei höheren Abständen die
Wachstumsrichtung nahezu senkrecht ist. Dies korreliert mit der nach außen abnehmenden
Geschwindigkeit der Gase über der Substratoberfläche. Die laterale Ausdehnung der einzelnen
„Säulen“ an der Oberfläche ist jeweils geringer als 10 µm. Auf Grund der hohen Keimdichte
auf der Substratoberfläche erreichen einige Säulen nur geringe Höhen, da bevorzugt
wachsende Säulen diese in Folge trichterförmiger Aufweitung im Wachstum hemmen.
Plasmastrom: 300 A Brennerabst.: 55 mm
Plasmagas: Ar / H2 (25 / 1 l/min) Zerstäubergas: Ar (7,5 l/min)
Abbildung 61: REM Aufnahmen einer aus HMDSO auf dem Baustahl S235JR synthetisierten
Schicht in einem Abstand von ca. 10 mm (links) bzw. 20 mm
(rechts) von der Plasmaachse
Die Kohäsion der Schicht ist durch die Anbindung der einzelnen Säulen auf der Substratoberfläche
aneinander bestimmt. Diese kann hoch genug sein, um großflächiges Abplatzen
von Schichtstücken in Folge von Eigenspannungen herbeizuführen (Abbildung 61 rechts).
Der große Unterschied der thermischen Ausdehnung von Schicht und Stahlsubstrat führt
häufig zum Versagen im Interface, während für Molybdän, dessen Ausdehnung in etwa der
von Si-C(-N) Werkstoffen entspricht nur in Ausnahmefällen Abplatzen beobachtet wird.