Hochratesynthese von Hartstoffschichten auf Siliciumbasis - Qucosa ...

2. Stand der Forschung
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Unter der Randbedingung, dass die Temperatur in der Grenzschicht von 4.000 K auf 1.200 K
an der Substratoberfläche sinkt, beträgt die freie Weglänge von atomarem Kohlenstoff für die
zu Grunde gelegten Gasförderraten nur ca. 0,05 mm. Da die mittlere freie Weglänge des
Wasserstoffs aber ca. 1 mm beträgt, sättigt dieser die freien Bindungen des atomaren Kohlenstoffs
kaum ab. Auf dem ersten Zentimeter der Grenzschicht nimmt daher hauptsächlich die
C2H2 Dichte zu. Der Kohlenstoff geht somit untereinander Bindungen ein, um Bindungen
abzusättigen. Ein großer Teil des atomaren Wasserstoffs steht auf Grund der Rekombination
zu molekularem Wasserstoff gar nicht zum Absättigen freier Bindungen an den Kohlenstoffatomen
zur Verfügung. Während der Anteil atomaren Kohlenstoffs mit 0,1 Mol-% an der
Grenzschichtbegrenzung den deutlich höchsten Anteil kohlenstoffhaltiger Spezies einnimmt,
sinkt sein molarer Anteil auf ca. 2·10 -7 an der Oberfläche und damit unter den Anteil von
C2H2, CH4, CH3 und CH2 mit ca. 3·10 -4 , 7·10 -5 , 2·10 -5 bzw. 10 -5 .
Die Grenzschichtdicke von 2 mm entsteht als Resultat der mit ca. 10 m/s geringen Strömungsgeschwindigkeiten
am Ort der 4.000 K Isotherme für einen HF Plasmastrahl. Bei für DC Plasmastrahlen
üblichen Strömungsgeschwindigkeiten von 250 m/s sinkt die Grenzschichtdicke
auf ca. 0,4 mm. Für Grenzschichtdicken < 0,2 mm sind Strömungsgeschwindigkeiten von
1.000 m/s an der 4.000 K Isothermen und somit Überschallgeschwindigkeiten notwendig. Der
simulierte Einfluss der Grenzschichtdicke auf die Spezieszusammensetzung an der Substratoberfläche
ist in Abbildung 7 dargestellt. Für maximale Grenzschichtdicken von 0,5 mm ist
atomarer Kohlenstoff die C-haltige Spezies mit der höchsten Konzentration. Der Anteil dieser
Spezies an der Substratoberfläche nimmt mit steigender Grenzschichtdicke monoton ab, während
die Konzentration hydratisierter CHx bis zu einem Maximum zunimmt, bevor sie sinkt.