Hochratesynthese von Hartstoffschichten auf Siliciumbasis - Qucosa ...
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8. Zusammenfassung<br />
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8. Zusammenfassung<br />
Erstmals gelingt die Herstellung <strong>von</strong> Si-C(-N) Schichten mittels TPCVD aus flüssigen Precursoren.<br />
Die thermischen Plasmen erweisen sich dabei für die <strong>Hochratesynthese</strong> als geeignet,<br />
wobei Depositionsraten <strong>von</strong> bis zu 1.500 µm/h möglich sind. Sowohl für konventionelle DC<br />
Plasmabrennersysteme als auch für den Drei-Brenner DC und den HVHF Plasmajet CVD<br />
Prozess konnten Prozessparameter zur Synthese <strong>von</strong> Schichten mit röntgenamorpher und nanokristalliner<br />
Struktur ermittelt werden. Eine angepasste Prozessführung erlaubt das Herstellen<br />
<strong>von</strong> Schichten mit kolumnarer oder dichter Morphologie bei vollständig röntgenamorpher<br />
oder teilweise nanokristalliner Struktur. Prozesse, die bei hohen Plasmagasgeschwindigkeiten<br />
und dem zu Folge geringen Prozesszeiten arbeiten, eignen sich insbesondere<br />
für die Synthese <strong>von</strong> dichten bzw. kolumnaren Morphologien. Dagegen eignen sich Prozesse<br />
mit langen Verweilzeiten der Spezies im Plasma und steilen Temperaturgradienten insbesondere<br />
für die Synthese nanoskaliger Pulver.<br />
Da der Querschnitt <strong>von</strong> HF Plasmen gegenüber DC Plasmen größer, die Temperaturgradienten<br />
geringer und die Speziesdichte <strong>auf</strong> Grund der axialen Precursorinjektion sehr homogen ist,<br />
können mittels HVHF Plasmajet CVD die größten Flächen bei einer nahezu konstanten<br />
Schichtdickenverteilung und homogenem Schicht<strong>auf</strong>bau beschichtet werden. Dieses Verfahren<br />
erlaubt es darüber hinaus, Verunreinigungen durch Elektrodenmaterial zu vermeiden.<br />
Zum Abscheiden reiner Si-C(-N) Schichten sind chlorhaltige Precursoren nicht geeignet.<br />
Beim Einsatz <strong>von</strong> Monochlorsilanen oder Chlordisilanmischungen beträgt der Chlorgehalt in<br />
den Schichten minimal 3 At.-%. In Folge <strong>von</strong> Unterkorrosion lösen sich zunächst fest haftende<br />
Schichten <strong>von</strong> S235JR Baustahlsubstraten innerhalb weniger Stunden ab. Mit den chlorfreien<br />
Precursoren HMDSO, TMDSO, HMDSZ oder Hexamethylcyclotrisilazan kann die<br />
Korrosionsproblematik vermieden werden.<br />
Unabhängig vom Precursor enthalten alle Schichten Sauerstoff. Da der Sauerstoffgehalt in<br />
Schichten aus HMDSO, das in seiner Molekülstruktur bereits Sauerstoff enthält, gegenüber<br />
Schichten aus chlorhaltigen Precursoren reduziert ist, und Postprozessreaktionen <strong>auf</strong> Grund<br />
der geringen Temperaturen beim Entnehmen der Schichten aus der Inertatmosphäre der Vakuumkammer<br />
auszuschließen sind, ist der Sauerstoff <strong>auf</strong> den Restsauerstoff in der Beschichtungskammer<br />
bzw. die Absorption <strong>von</strong> Wasser zurückzuführen.<br />
Während die Molekülstruktur des Precursors keinen wesentlichen Einfluss <strong>auf</strong> die Schichtmorphologie<br />
und die Abscheideraten hat, ist die Förderrate <strong>von</strong> entscheidender Bedeutung.<br />
Stellt sich im Plasmastrahl ein stark übersättigter Dampf der atomaren Spezies ein, so bilden<br />
sich nanoskalige Teilchen, während bei geringerer Übersättigung die atomaren Bestandteile
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