Hochratesynthese von Hartstoffschichten auf Siliciumbasis - Qucosa ...

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6. Untersuchungsergebnisse
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Precursor: Trimethylchlorsilan P = 11,5 kW V´Ar = 35 l/min V´Prec. = 0,01 ml/min
Substrat: Si wafer dSub = 160 mm V´H2 = 2 l/min V´Zerst.,Ar = 2 l/min
Abbildung 29: DC Plasmajet CVD Si-C Schicht aus Trimethylchlorsilan auf einem Siliciumwafer
Die Substrattemperatur nimmt einen entscheidenden Einfluss auf die Schichtmorphologie
(Abbildung 30). Bei Punktbeschichtungen weist die Substrattemperatur vom Abstand von der
Plasmaachse abhängige, dem Temperaturprofil des Plasmastrahls entsprechende Gradienten
auf. Bei hohen Substrattemperaturen im Bereich der Plasmaachse gelingt zu Beginn des
Beschichtens die Synthese einer dichten Morphologie, auf die die Blumenkohl Morphologie
aufwächst. Bei niedrigen Substrattemperaturen am Beschichtungsrand wächst die aus nanoskaligen
Partikeln aufgebaute Morphologie von Beginn an auf. Dabei nimmt die Größe der
Partikel mit dem Abstand von der Plasmaachse ab. Mit zunehmendem Abstand von der Plasmaachse
nimmt der Temperaturgradient zu. Hohe Abkühlgeschwindigkeiten begünstigen das
Kondensieren kleinerer Partikel. Somit kann die verminderte Partikelgrösse bei großen
Abständen von der Plasmaachse auf die lokal unterschiedlichen Abkühlbedingungen zurückgeführt
werden.
Es gelingt auch Schichten herzustellen, die trotz der Morphologie aus nanoskaligen Partikeln
in Folge Sinterns eine ausreichende kohäsive Festigkeit bei hoher Duktilität besitzen. Werden
diese vom Substrat abgetrennt, ertragen sie einige Biegevorgänge mit Biegewinkeln bis zu
45° ohne sichtbare Schädigung. Dabei werden für chlorhaltige Precursoren Abscheideraten
von bis zu 1.300 µm/h erzielt. Ein Schichtbeispiel für eine Synthesezeit von 5 Minuten ist in
Abbildung 31 dargestellt.