Hochratesynthese von Hartstoffschichten auf Siliciumbasis - Qucosa ...

7. Diskussion
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wird beispielsweise beim Einsatz von HMDSZ die Bildung von Mo2N und Mo2C beobachtet.
Für den jeweiligen Einsatz der Schichten ist zu überprüfen, ob derartige Reaktionsschichten
die Verbundeigenschaften beeinträchtigen.
Ein hoher Sauerstoffpartialdruck kann beim Einsatz reiner Ar oder Ar / N2 Plasmen zur
Oxidation der Substratoberfläche führen, was insbesondere bei S235JR Substraten beobachtet
wird. An Graphitsubstraten kann in Folge der Bildung von flüchtigem CO oder CO2 Erosion
beobachtet werden. Oxidschichten auf S235JR Substraten beeinträchtigen die Schichtabscheidung
und -haftung. Zum einen wird teilweise gar keine Schichtabscheidung auf oxidierten
Oberflächen beobachtet. Zum anderen neigen die Beschichtungen häufig dazu, in kleinen
Stücken abzuplatzen. Der Einsatz von Wasserstoff im Plasmagas verhindert das Bilden von
Oxidschichten in Folge von Reaktionen mit dem in der Kammer verbliebenen Sauerstoff auf
S235JR Substraten während des Vorwärmens. Allerdings kann die Einwirkung des Wasserstoffs
zu einer Schädigung der Korngrenzen an der Substratoberfläche führen.
Grundsätzlich sind glatte Substratoberflächen vorteilhaft, um eine gute Anbindung der
Si-C(-N) Schichten an das Substrat zu erzielen. Je glatter APS Molybdänbeschichtungen bearbeitet
werden, um so weniger neigen die Schichten zum Abplatzen.
7.2 Abscheidemechanismen
Der TPCVD Prozess mit flüssigen Precursoren lässt sich in mehrere Teilprozesse aufgliedern
(Abbildung 86). Zunächst tritt der flüssige Precursor mit dem Zerstäubergas und anschließend
das entstandene Aerosol mit dem Plasmastrahl in der Injektionszone in
Wechselwirkung. In der Dissoziationszone bewirkt der Wärmeübertrag des Plasmas auf den
Precursor zunächst das Verdampfen der Tröpfchen sowie anschließend das Aufbrechen der
molekularen Bindungen und somit die Bildung eines Dampfes unterschiedlicher Spezies mit
lokaler Dichtefunktion. In der Reaktionszone können die Spezies untereinander und / oder mit
den Plasmagasspezies unter Bildung von niedermolekularen Clustern reagieren. Je nach
Prozessführung schließt sich eine Abscheide- oder Auffangzone an.
Sowohl die Precursor Tröpfchengröße als auch die Kühlwirkung des Zerstäubergases ist
abhängig von der Flussrate und der Zusammensetzung. Mit zunehmender Flussrate sinkt der
Durchmesser der Precursor Tröpfchen und das Aerosol kann bei radialer Injektion tiefer in
den Plasmastrahl eindringen. Gleichzeitig wird der Plasmastrahl stärker abgekühlt. Die
Zusammensetzung des Plasmagases nimmt über die mittlere molare Masse auf die Tröpfchengröße
im Aerosol und über die Enthalpie auf das Abkühlen des Plasmastrahls Einfluss. Darüber
hinaus ist der Wärmeübertrag auf die Tröpfchen und damit das Verdampfungs- und Dis-