Abscheidung und Charakterisierung dünner Schichten für Anwendungen als Passivierung von Hochleistungsbauelementen und als Elektronenemitter

In den letzten Jahren gewann die Dünnschichttechnologie zunehmende Bedeutung für industrielle
Anwendungen. Abscheidungen dünner Schichten im Plasmaverfahren zur Veredelung
von Oberflächen (z.B. Werkzeugbeschichtungen mit abriebfesten Materialien) [1], für medizinische
Zwecke (z.B. biokompatible Implantatbeschichtungen) [2] oder für Selektive Solarabsorber
als Alternative zu umweltbedenklichen galvanisch abgeschiedenen Kollektorbeschichtungen
[3] sind nur einige Beispiele der vielfältigen Anwendungsmöglichkeiten von im
Vakuum hergestellter dünner Schichten.
In der vorliegenden Arbeit sind die Ergebnisse zweier Projekte beschrieben, in denen für spezifische
Anwendungen dünne Schichten im Plasmaverfahren hergestellt und analysiert wurden.
Zur Charakterisierung der Schichteigenschaften eignet sich in Hinblick auf sowohl die elektronische
Struktur als auch die Schichtzusammensetzung in beiden Projekten im besonderen
Maße die oberflächensensitive Photoelektronenspektroskopie. Die zum Verständnis der Arbeit
notwendigen Grundlagen der Photoelektronenspektroskopie werden nach der Beschreibung
der Abscheidemethoden und experimentellen Details in Kapitel 3 erläutert.
Ziel des ersten Projektes war die Herstellung von Dünnschichtfilmen auf der Basis von amorphen
Kohlenwasserstoffen als Passivierungsschicht für hochsperrende Halbleiterbauelemente
in Zusammenarbeit mit der ABB Semiconductors*. Dieses Projekt wurde aufgrund steigender
Anforderungen an Hochleistungsbauelemente, die zum Beispiel in Hochgeschwindigkeitszügen
oder Flugzeugbordnetzen eingesetzt werden, nötig. Herkömmliche Passivierungen, die
nicht auf plasmaabgeschiedenen Dünnschichtsystemen beruhten, zeigten für die gestiegenen
Anforderungen ungenügende Langzeitstabilitäten. Die in dieser Arbeit gewonnenen Erkenntnisse
führten bereits zu einer erfolgreichen Einführung der neuen Passivierungstechnologie in
die industrielle Produktion der Bauelemente.
Das Passivierungsprojekt umfasst die Kapitel 4 und 5.
Im zweiten Projekt werden Aluminiumnitridschichten mit dem Ziel abgeschieden, ein Kaltkathodenmaterial
zu erhalten, dass für Flachbildschirme genutzt werden kann. Dieses Projekt
wurde zum Teil von Mitarbeitern der Philips – Forschungslaboratorien in Aachen begleitet**.
Flachbildschirme auf Basis von Aluminiumnitrid (AlN) wären vom Grundmaterial und vom
Aufbau deutlich preiswerter als Flachbildschirme auf der Basis von Flüssigkristallen und
böten Vorteile hinsichtlich des Sichtwinkels. In diesem Projekt steht die Untersuchung der
elektronischen Oberflächeneigenschaften im Vordergrund.
Man möge mir verzeihen, dass ich im Aufbau dieser Arbeit der zeitlichen Entwicklung des
Projektes gefolgt bin. Da die schnellstmögliche Klärung der Eigenschaften von AlN mit einer
für industrielle Anwendungen sinnvollen Abscheidung zunächst im Vordergrund stand, werden
die von Philips hergestellten AlN Schichten zuerst vorgestellt. Kapitel 7.1 behandelt in
erster Linie die mögliche Reinigung einer solchen Oberfläche.
In einem zweiten, ausführlicheren Kapitel werden schliesslich im Ultrahochvakuum hergestellte
saubere AlN Oberflächen untersucht.
Ich ziehe es vor, diese Einleitung knapp zu gestalten, da eine tiefergehende Beschreibung der
projektbezogenen Problematik, Zielsetzung und damit verbundenen Motivation sowie spezifischer
Herstellungsdetails jeweils vor den einzelnen Projekten gegeben ist.