Hochratesynthese von Hartstoffschichten auf Siliciumbasis - Qucosa ...

24
2. Stand der Forschung
______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
schwach vernetzte Ausgangsstoff wird mit Hilfe einer Lackierausrüstung auf das zu
beschichtende Substrat gesprüht. Die SiC Schicht entsteht bei einer anschließenden Polymerisations-
und Pyrolyse-Wärmebehandlung. Abhängig vom Ausgangspolymerisationsgrad
können Schichten mit einer homogenen Schichtdickenverteilung bei vernachlässigbar geringer
Porosität hergestellt werden. Die kritische Schichtdicke, unterhalb der eine Rissentstehung
während des Beschichtens von beispielsweise Al2O3, Siliciumwafern, Graphit oder offenporigen
SiC Keramiken vermieden werden kann, beträgt 2,5 µm beim Einsatz von Si-C-O und
1 µm beim Einsatz von Si-C-N Precursoren. Das Polymersprühen eignet sich zum Versiegeln
und Einebnen der Oberfläche von offenporigen Substraten. Das Herstellen von dickeren
Schichten ist auf Grund der Schrumpfspannungen problematisch und beinhaltet wiederum
einen hohen Zeit- und Kostenaufwand wegen der Notwendigkeit vieler Wärmebehandlungsschritte.
Um weitgehend sauerstofffreie Schichten herstellen zu können, müsste der Prozess in
inerter Atmosphäre ausgeführt werden [Gör00].
2.2.3 Reaktive PVD Verfahren
Reaktive PVD Verfahren nutzen in der Regel Siliciumtargets und einen gasförmigen Kohlenstofflieferanten.
Prinzipiell können auch Graphittargets als Kohlenstoffquelle verwendet werden,
jedoch ist die Prozessregelung bei Verwendung gasförmiger Ausgangsstoffe einfacher.
Da Siliciumcarbid eine unter den Ingenieurkeramiken herausragende elektrische Leitfähigkeit
aufweist, können auch direkt SiC Targets eingesetzt werden [Nov92]. Bei derartigen Sputterverfahren
sind Substrattemperaturen zwischen 350 °C und 450 °C und Abscheideraten von
1,5 µm/h üblich. Trotz der relativ niedrigen Substrattemperaturen wird eine Schädigung des
Interfaces mit HSS Substraten in Folge des Kirkendal Effekts beobachtet.
2.2.4 Thermisch aktivierte CVD Verfahren
Thermisch aktivierte CVD Verfahren sind die ältesten Verfahren zum reaktiven Abscheiden
von Schichten aus der Gasphase. Bei diesen Verfahren wirkt die Substratoberfläche als
Katalysator einer chemischen Reaktion. Die Aktivierungsenergie für die Reaktion wird durch
eine ausreichend hohe Temperatur, die in der Regel mehr als 800 °C beträgt, bereitgestellt.
Die erforderlichen Substrattemperaturen rufen in einigen Grundwerkstoffen unzulässige
Gefügeveränderungen hervor, und der Übergangsbereich zwischen Schicht und Substrat kann
in Folge von Diffusion nachhaltig geschädigt werden. In einem frühen Stadium der Schichtentstehung
bilden sich Keime an der Substratoberfläche, die durch Oberflächendiffusion zu
einer kritischen Größe, bei der sie stabil werden, wachsen.