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

摘要

In den letzten Jahren gewann die Dünnschichttechnologie zunehmende Bedeutung für industrielleudAnwendungen. Abscheidungen dünner Schichten im Plasmaverfahren zur Veredelungudvon Oberflächen (z.B. Werkzeugbeschichtungen mit abriebfesten Materialien) [1], für medizinischeudZwecke (z.B. biokompatible Implantatbeschichtungen) [2] oder für Selektive Solarabsorberudals Alternative zu umweltbedenklichen galvanisch abgeschiedenen Kollektorbeschichtungenud[3] sind nur einige Beispiele der vielfältigen Anwendungsmöglichkeiten von imudVakuum hergestellter dünner Schichten.udIn der vorliegenden Arbeit sind die Ergebnisse zweier Projekte beschrieben, in denen für spezifischeudAnwendungen dünne Schichten im Plasmaverfahren hergestellt und analysiert wurden.udZur Charakterisierung der Schichteigenschaften eignet sich in Hinblick auf sowohl die elektronischeudStruktur als auch die Schichtzusammensetzung in beiden Projekten im besonderenudMaße die oberflächensensitive Photoelektronenspektroskopie. Die zum Verständnis der Arbeitudnotwendigen Grundlagen der Photoelektronenspektroskopie werden nach der Beschreibungudder Abscheidemethoden und experimentellen Details in Kapitel 3 erläutert.udZiel des ersten Projektes war die Herstellung von Dünnschichtfilmen auf der Basis von amorphenudKohlenwasserstoffen als Passivierungsschicht für hochsperrende Halbleiterbauelementeudin Zusammenarbeit mit der ABB Semiconductors*. Dieses Projekt wurde aufgrund steigenderudAnforderungen an Hochleistungsbauelemente, die zum Beispiel in Hochgeschwindigkeitszügenudoder Flugzeugbordnetzen eingesetzt werden, nötig. Herkömmliche Passivierungen, dieudnicht auf plasmaabgeschiedenen Dünnschichtsystemen beruhten, zeigten für die gestiegenenudAnforderungen ungenügende Langzeitstabilitäten. Die in dieser Arbeit gewonnenen Erkenntnisseudführten bereits zu einer erfolgreichen Einführung der neuen Passivierungstechnologie inuddie industrielle Produktion der Bauelemente.udDas Passivierungsprojekt umfasst die Kapitel 4 und 5.udIm zweiten Projekt werden Aluminiumnitridschichten mit dem Ziel abgeschieden, ein Kaltkathodenmaterialudzu erhalten, dass für Flachbildschirme genutzt werden kann. Dieses Projektudwurde zum Teil von Mitarbeitern der Philips – Forschungslaboratorien in Aachen begleitet**.udFlachbildschirme auf Basis von Aluminiumnitrid (AlN) wären vom Grundmaterial und vomudAufbau deutlich preiswerter als Flachbildschirme auf der Basis von Flüssigkristallen undudböten Vorteile hinsichtlich des Sichtwinkels. In diesem Projekt steht die Untersuchung derudelektronischen Oberflächeneigenschaften im Vordergrund.udMan möge mir verzeihen, dass ich im Aufbau dieser Arbeit der zeitlichen Entwicklung desudProjektes gefolgt bin. Da die schnellstmögliche Klärung der Eigenschaften von AlN mit einerudfür industrielle Anwendungen sinnvollen Abscheidung zunächst im Vordergrund stand, werdenuddie von Philips hergestellten AlN Schichten zuerst vorgestellt. Kapitel 7.1 behandelt inuderster Linie die mögliche Reinigung einer solchen Oberfläche.udIn einem zweiten, ausführlicheren Kapitel werden schliesslich im Ultrahochvakuum hergestellteudsaubere AlN Oberflächen untersucht.udIch ziehe es vor, diese Einleitung knapp zu gestalten, da eine tiefergehende Beschreibung derudprojektbezogenen Problematik, Zielsetzung und damit verbundenen Motivation sowie spezifischerudHerstellungsdetails jeweils vor den einzelnen Projekten gegeben ist.