Hochratesynthese von Hartstoffschichten auf Siliciumbasis - Qucosa ...

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4. Methodische Vorgehensweise
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Beim Einsatz von Wasserstoff im Plasmagas ist auch das Verwenden sauerstoffhaltiger Precursoren
denkbar. Aus Untersuchungen zur Diamantsynthese mittels DC Plasmajet CVD geht
hervor, dass mit dem sauerstoffhaltigen Azeton (C3H6O) gegenüber dem reinen Kohlenhydrat
Pentan (C5H12) höhere Depositionsraten und höhere Wirkungsgrade in Bezug auf den Einbau
von Kohlenstoffatomen in die Diamantschicht erzielt werden [Asm99]. Es ist zu berücksichtigen,
dass der Sauerstoff mit dem Schichtwerkstoff - reinem Kohlenstoff - ausschließlich
flüchtige Verbindungen eingeht, so dass ein Einbau in die Schichtstruktur nicht möglich ist.
Sauerstoffhaltige Kohlenstoff Precursoren sind auch bei kleiner Molekülgröße unter Normalbedingungen
fast ausschließlich flüssig (Tabelle 3). Formaldehyd und Dimethylester sind
Ausnahmen, die beide in der Molekülstruktur zumindest ausreichend Wasserstoffatome enthalten,
um den Sauerstoff unter Bildung von Wasserdampf dem Schichtbildungsprozess zu
entziehen.
Als reiner Stickstoff Precursor kann neben N2 auch Ammoniak eingesetzt werden. Stickstoff
bietet sich als Precursor an, da es dem Prozess auf Grund seines inerten Charakters in Bezug
auf die Bauteile von Plasmabrennern als Plasmagas zugeführt werden kann und dissoziiert,
homogen verteilt im Strahl vorliegt. Zudem ist es sehr preisgünstig und erlaubt auf Grund
seines gasförmigen Zustands ein einfaches Kontrollieren der Flussrate. Ammoniak bietet den
Vorteil einer höheren Reaktivität als Stickstoff und kann ebenfalls ohne großen Aufwand im
gasförmigen Zustand dem Prozess zugeführt werden. Allerdings ist Ammoniak entflammbar,
giftig, ätzend und umweltschädigend, so dass von Seiten der Arbeitssicherheit wesentlich
höhere Anforderungen bestehen.
Zur Synthese von Si-C-N Schichten können auch Precursoren, die sowohl Kohlenstoff als
auch Stickstoff enthalten, eingesetzt werden. Über die Substitution von Wasserstoffatomen
am Ammoniakmolekül durch Methylfunktionen werden Methylamine, die N / C Verhältnisse
von 1:1, 1:2 und 1:3 aufweisen, zugänglich.
Auch Silicium und Kohlenstoff können gemeinsam über einen Precursor dem Prozess zugeführt
werden. Aus der Substitution von Chloratomen am SiCl4 Molekül durch Methylfunktionen
entstehen Methylsilane, die Si / C Verhältnisse von 1:1, 1:2, 1:3 und 1:4 aufweisen. Mit
sinkendem Si / C Verhältnis nimmt auch der Chloranteil ab. Auch Disilane mit Methyl- und
Chlorfunktionen sind erhältlich. Für Tetramethyldichlor-, Pentamethylchlor- und Hexamethyldisilan
ergeben sich Si / C Verhältnisse von 1:2, 1:2,5 und 1:3 (Tabelle 4).