Hochratesynthese von Hartstoffschichten auf Siliciumbasis - Qucosa ...

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2. Stand der Forschung
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anderen Zusammensetzung als an der Oberfläche der Schichten aufwachsen. So bildet sich
beim Beschichten von Yttriumoxid mit Ceriumoxid zunächst eine ca. 3 Atomlagen dicke
Ce2O3 Schicht, auf die im Folgenden CeO2 aufwächst [Cea00].
Für das Schichtwachstum können je nach Prozessführung bei Einsatz des gleichen Precursors
unterschiedliche Spezies den größten Beitrag für das Schichtwachstum erbringen. Aus experimentellen
Untersuchungen und der Modellierung des Wachstums von Diamantschichten in
TPCVD Prozessen konnte abgeleitet werden, dass die Abscheidung bei relativ geringen Anströmgeschwindigkeiten
des Substrats und dementsprechend großen Grenzschichtdicken
durch CH3 Radikale dominiert ist (Abbildung 11). Die Zunahme der Abscheiderate mit steigender
Anströmgeschwindigkeit und somit sinkender Grenzschichtdicke ist stärker als exponentiell,
wobei CH3 Radikale einen nahezu konstanten Beitrag zum Schichtwachstum erbringen.
Dagegen nimmt der Beitrag von Kohlenstoffatomen kontinuierlich zu. Bei einer Grenzschichtdicke
von ca. 0,7 mm tragen CH3 Radikale und Kohlenstoffatome gleich viel zum
Schichtwachstum bei, und der Beitrag durch CH2 Radikale ist nicht zu vernachlässigen. Bei
Grenzschichtdicken unterhalb von 0,5 mm ist der Schichtdickenzuwachs durch Kohlenstoffatome
mindestens eine Größenordnung höher als für alle CHx (1 < x < 3) zusammen. Der Beitrag
von CH Radikalen ist für alle betrachteten Grenzschichtdicken vernachlässigbar gering.
Abscheiderate [µm/h]
10 3
10 2
10 1
10 0
10 -1
0,0
C gesamt
CH
CH 3
CH 2
0,5 1,0
Grenzschichtdicke [mm]
1,5 2,0
Abbildung 11: Berechnete Diamantabscheideraten sowie Beiträge der unterschiedlichen
schichtbildenden Spezies in Abhängigkeit von der Grenzschichtdicke für
TPCVD Prozesse (Ar / H2 / CH4 Verhältnis 11:1:0,02) [Yu94]
Der Beitrag von CHx (1 < x < 3) Radikalen zum Wachstum von Diamantschichten nimmt bis
zu einer spezifischen Grenzschichtdicke zu, ab der er sinkt. Bei ausreichend zur Verfügung
stehenden Wasserstoffatomen, die freie Bindungen von Kohlen(wasserstoff)radikalen sukzes-