Monomolekulare Zweikomponenten-Klebefilme

Der vorliegenden Projektantrag geht von der grundlegenden Frage aus, wie zwei Festkörper unter möglichst schonenden, einfach realisierbaren Bedingungen (.Raumtemperatur, Normaldruck, Luftatmosphäre) durch chemische Aktivierung der Oberflächen miteinander verbunden werden können. Der ideale Prozess dafür wäre einfach die Umkehr einer Kristallspaltung, d.h. die Verbindung von zwei Festkörpern mit perfekt sauberen, flachen Oberflächen durch einfaches Zusammenpressen, wobei unter Ausbildung kohesiver Kräfte zwischen den Oberflächenatomen eine grenzflächenfreie Verbindung zu einem homogenen Stück geschaffen werden sollte. In der Praxis ist man diesem Ideal mit einem als Wafer Bonding bezeichneten Verfahren schon sehr nahe gekommen, mit dem zwei Silizium-Wafer mit natürlicher Oxidschicht mittels einer Kondensations reaktion zwischen den Oberflächenhydroxid-Gruppen untrennbar miteinander verbunden werden können. Trotz der erfolgreichen Anwendung dieses Verfahrens zur Herstellung neuer mikroelektronischer und mikromechanischer Bauteile sind der weiteren Nutzung dieser Technologie Grenzen gesetzt: Erstens ist für den vollständigen Ablauf dieser Reaktion eine Temperaturbehandlung von bis zu 1200 C notwendig, was die Verwendung von temperaturempfindlichen Komponenten (heterogene Schichtsysteme, niedrig-schmelzenden Metallkomponenten, dotierte Schichtstrukturen) ausschließt. Zweitens entsteht bei dieser Reaktion Wasser als Nebenprodukt, welches zum Teil an der Grenzfläche eingeschlossen wird und verschiedene Bindungsdefekte wie Gasblasen oder Hohlräume verursacht und die Bindungsstärke entsprechend reduziert. Das Ziel dieses Forschungsprojekts ist deshalb die Entwicklung eines neuen Bindungsverfahrens bei niedriger Temperatur, welches auf folgendem Konzept basiert: Die beiden zu verbindenden Substrate werden mit monomolekularen Klebefilmen mit aufeinander abgestimmten, reaktiven Oberflächengruppen beschichtet, welche bei Kontaktierung spontane Additionsreaktionen unter Ausbildung einer starken, irreversiblen Verbindung zwischen den Substraten eingehen. Die grundlegende Idee dieses Projekts besteht somit dann, die konventionelle Kondensationsreaktion zwischen Oberflächenhydroxylgruppen durch thermodynamisch und kinetisch günstigere Additionsreaktionen zwischen geeigneten Paaren von aktivierten Vorstufen zu ersetzen, womit neben der angestrebten, quantitativen Umsetzung bei Raumtemperatur auch keine störenden Nebenprodukte anfallen sollten. Eine neue spektroskopische Methode (Interne Infrarot Transmissionspektroskopie) soll eine direkte Verfolgung der Bindungsprozesse in der Grenzschicht zwischen den beiden Substratoberflächen ermöglichen, womit einerseits eine spezifische Auswahl und Optimierung der geeignetsten Klebstoffzusammensetzung getroffen werden kann und andererseits ein besseres Verständnis der molekularen Grundlagen des Bindungsprozesses erwartet werden darf.