SIMS Analyse dünner Schichten

Die Eigenschaften dünner Schichten sind nicht nur durch die chemische Zusammensetzung bedingt, sondern werden auch von der Verteilung der enthaltenen Elemente beeinflußt. Einerseits hat eine inhomogene Verteilung oder der Einschluß von Verunreinigungen meistens einen Qualitätsverlust zur Folge, andererseits können Spurenelemente in manchen Fällen verbesserte Materialeigenschaften hervorrufen und werden daher bewußt zugesetzt. Aufgrund der hohen Nachweisstärke (alle Elemente können im ppm Bereich nachgewiesen werden, sogar Wasserstoff) ist Sekundärionenmassenspektroskopie (SIMS) eine ausgezeichnete Methode, um den Einfluß von Spurenelementen bzw Verunreinigungen zu untersuchen. Imaging SIMS kann Oberflächenverunreinigungen mit einer lateralen Auflösung von 1m nachweisen. Verteilungseffekte sowie die Homogenität der Schicht können auch untersucht werden, weil SIMS 3D Bilder der Probe liefern kann. Unsere Forschungsgruppe hat bereits Erfahrung auf diesem Gebiet - in den letzten 3 Jahren wurde im Bereich dünne Schichten geforscht. Dabei wurden verschiedene, hauptsächlich oxidische und nitridische, Schichten untersucht. Im Rahmen dieser Arbeiten konnte auch die SIMS-Meßtechnik und die Datenauswertung bedeutend verbessert werden. Im Laufe dieses Projektes wurden 37 wissenschaftliche Publikationen verfaßt. Im Anschluß an dieses mittlerweile ausgelaufene Projekt möchten wir uns auf "neue" Schichten konzentrieren, die mittlerweile größeres wissenschafltiches und kommerzielles Interesse erlangt haben. Wolframoxid-Schichten sind bekannt für ihre elektromischen Eigenschaften. Dennoch ist ihre Anwendung für "smart windows" noch nicht ausgereift. Molybdeniumdisulfid Schichten werden aufgrund ihrer guten tribologischen Eigenschaften untersucht. Verschiedene Spurenelemente werden probiert, um die Empfindlichkeit von Molybdeniumsulfid in feuchter Umgebung zu verringern. Darüber hinaus soll die Haftung von Titannitridschichten untersucht werden. Diese Schichten werden bereits erfolgreich für manche Anwendungen eingesetzt. Auf Chromstahl jedoch ist die Haftung schlecht und muss noch verbessert werden. Daher sollen verschiedene Parameter untersucht werden: unterschiedliche Vorbehandlungsprozesse, Variationenen der Schichtzusammensetzung und andere Prozessparameter. Im Zuge dieser Untersuchungen soll zusätzlich an einer weiteren Verbesserung der SIMS-Meßtechnik (speziell adaptiert für die Untersuchung von dünnen Schichten, z.B. automatische Änderung der Primärstrahlintensität) und der Datenauswertungssoftware (zB. weitere Verbesserung der Bildkorrektur) gearbeitet werden.

Das Projekt Analyse dünner Schichten mittels SIMS befasste sich mit der Weiterentwicklung von Methoden zur Charakterisierung von Oberflächen und Schichtsystemen mittels der Sekundärionen Massenspektroskopie (SIMS). Die methodischen Entwicklungen wurden auf verschiedene technisch-naturwissenschaftlichen relevanten Fragestellungen angewandt. Die Ergebnisse wurden in 23 Publikationen in referierten Journalen publiziert. Ein für die Schichtanalytik wichtiger Bereich ist die Halbleiter-Technologie. Im Rahmen des Projektes wurden Hochenergieimplantationen, Barriereschichten von TFT Displays, Implantations-Schädigungen und Quantum Wells untersucht. Ein weiteres wichtiges Gebiet sind dünne Beschichtungen. So wurden Nitrid-Schichten die mittels Pulsed Laser Deposition (PLD) abgeschieden wurden untersucht und dabei den Einfluss von Spurenelementen auf die Schichteigenschaften bestimmt. Weiters wurden Hartstoffe für die Werkzeugbeschichtung charakterisiert um deren Oxdiationsverhalten im Einsatz zu optimieren. Den Einfluss von Zwischenschichten auf die der Haftung von metallischen Schichten auf Kohlenstoff wurde untersucht mit der Zielsetzung Kohlenstoff-Kupfer Verbundwerkstoffe zu optimieren Zur Ausbildung von Schichten kommt es auch bei der Korrosion. Untersucht wurden solche Korrosionsprodukte auf Goldmünzen, dabei wurde festgestellt dass Verunreinigungen von Silber dafür verantwortlich sind. Ebenfalls wurde die Korrosion von Aluminium untersucht. Außerdem wurden wichtige Beiträge bei Oberflächenanalytik von gesintertem Stahl und von tribologischen Reaktionsschichten erarbeitet.