Hochratesynthese von Hartstoffschichten auf Siliciumbasis - Qucosa ...

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2. Stand der Forschung
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gleichermaßen für den Einsatz gasförmiger und flüssiger Precursoren im Bereich für die
Schichtabscheidung sinnvoller Flussraten. Die Gleichgewichtszusammensetzung von Spezies
als Funktion der Temperatur für ein H / CH4 Verhältnis von 1:0,02, was einer typischen
Zusammensetzung für die TPCVD Synthese von Diamantschichten entspricht, ist in
Abbildung 4 dargestellt. Üblicherweise erreichen die Precursorspezies durch den Wärmeübertrag
des Plasmastrahls Temperaturen von 4.000 bis 5.000 K, so dass im Plasmastrahl im
Wesentlichen atomarer Kohlenstoff vorliegt.
Die aus der Verdampfung und Dissoziation der Precursoren resultierenden Atome können
untereinander und / oder mit Plasmagasspezies sowie aus der Umgebung eingemischten
Gasen Reaktionen eingehen und niedermolekulare Radikale bilden. Aus der TPCVD Diamantsynthese
aus CH4 ist bekannt, dass neben atomarem C auch C2 Radikale und in wesentlich
geringeren Anteilen die Kohlenwasserstoffradikale CHx (mit 1 < x < 3), C2Hy (mit y < 6)
und C3Hz (mit z < 8) entstehen [Gir93a, Lar99]. Der Anteil nimmt sowohl mit steigender
Anzahl der Kohlenstoffatome als auch mit der Anzahl der gebundenen Wasserstoffatome ab.
molarer Anteil
10 0
10 -1
10 -2
10 -3
10 -4
10 -5
10 -6
10 -7
10 -8
10 -9
C
CH 4
CH 3
1000 2000 3000
Temperatur [K]
4000 5000
H 2
H
CH
2 2
Abbildung 4: Speziesanteile eines Argon-Wasserstoff-Methan Gemisches (Verhältnis
11:1:0,02) als Funktion der Temperatur [Yu94]
Das Bilden von Molekülen mit mehreren Siliciumatomen ist aus der CVD Synthese epitaktischen
Siliciums aus SiH4 bekannt. Thermodynamische Untersuchungen weisen nach, dass
bei Temperaturen, bei denen SiH4 im wesentlichen dissoziiert vorliegt (700 K), die Entropie
des Systems durch das Bilden von Ringen mit 3 oder 4 Siliciumatomen gesenkt wird. Dies
beruht auf der erhöhten Molmenge von Spezies in der Gasphase.