Hochratesynthese von Hartstoffschichten auf Siliciumbasis - Qucosa ...

2. Stand der Forschung
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sive absättigen, nimmt die freie Weglänge und damit auch der Beitrag zum Schichtwachstum
für wenig abgesättigte Spezies nach Überschreiten des Maximums mit zunehmender Grenzschichtdicke
stärker ab.
Auch die Wachstumsreaktionen an der Diamantoberfläche sind von der Grenzschichtdicke
abhängig. In Abbildung 12 sind unterschiedliche Oberflächenzustände der Diamantschicht
sowie die berechneten Anteile der wesentlichen zur Schichtbildung beitragenden Reaktionen
dargestellt. Für hohe Grenzschichtdicken läuft das Schichtwachstum nahezu ausschließlich
über die Reaktion eines *M Oberflächenzustands mit einem Wasserstoffatom zum Oberflächenzustand
B unter Abspaltung von H2 ab. Dieser Mechanismus bleibt auch bis zu Grenzschichtdicken
von 0,1 mm dominierend.
Der Oberflächenzustand B bedeutet vollkommen mit Wasserstoffatomen abgesättigte Randbindungen
der Diamantschicht. Mit sinkender Grenzschichtdicke und somit einem Übergang
von CH3 zu C als wesentlichem Wachstumsmonomer, tragen immer mehr Reaktionen bei, die
einen Übergang von einem Zustand zahlreicher freier Bindungen an der Diamantoberfläche
zum nächsten (** → B**, HM*** → B**, HM** → B*) beinhalten. Obwohl bei einer
Grenzschichtdicke von 0,1 mm nur ca. 1% der Oberfläche im Zustand ** vorliegt, gegenüber
26% *H und 3% H*, die beide ebenso Kohlenstoffatome absorbieren können, ist der Übergang
** → B** so bestimmend, weil er ein direktes Wachstum des Diamantgitters durch
Brückenbildung bedeutet.
Obwohl die Absorption der wesentlichen Wachstumsspezies C zu HM*** führt, was etliche
weitere Reaktionen zur Bildung von *M erfordert, bleibt der Übergang *M → B auch bei
geringen Grenzschichtdicken dominierend. Das ist darauf zurückzuführen, dass die Wahrscheinlichkeit,
dass Wasserstoffatome, die an HM*** getragen werden, unter Bildung von
HM** absorbiert werden fünf mal höher ist als die Desorption des verbliebenen Wasserstoffatoms
unter Bildung des Zustands B**. Gleiches gilt für den Übergang von HM** zu HM*
gegenüber dem zu B* und wiederum von HM* zu HM gegenüber dem zu B. Das nächste
Wasserstoffatom kann dann den Übergang von HM zu *M unter Abspaltung von H2 bewirken
und so den dominanten Pfad öffnen. Somit ist letztlich die hohe Dichte von Wasserstoffatomen
an der Substratoberfläche verantwortlich für die Dominanz des Schichtwachstums über
den Oberflächenzustand *M → B. Für Grenzschichtdicken von 5 mm können auf Grund des
unzureichenden Transports atomaren Wasserstoffs an die Substratoberfläche keine Diamantschichten
abgeschieden werden [Gir93a, Gir93b].
Modelle, die CHx als ausschließliche Wachstumsmonomere berücksichtigen, beschreiben das
Diamantschichtwachstum sowohl für TPCVD bei Normal- und Niederdruck, wie auch für