Deposition von Clustern
Deposition von Clustern mit variabler kinetischer Energie (Energetic Cluster Impact ECI)
A.Häfele, J.Kraft, O.Rattunde, O. Rusu, W. Wolke und H.Haberland
 
Mit Hilfe eines neuartigen Beschichtungsverfahrens (Energetic Cluster Impact, ECI) werden dünne Schichten und granulare Filme hergestellt. Bei diesem im Freiburger Materialforschungszentrum (FMF) entwickleten Verfahren werden Cluster, Partikel aus mehreren hundert bis zehntausend Atomen, mit variabler kinetischer Energie auf die zu beschichtende Unterlage beschleunigt.
Der Aufprall eines energiereichen Clusters ist vergleichbar mit einem Schneeball, der mit sehr hoher Geschwindigkeit (Überschallgeschwindigkeit) gegen eine Wand geworfen wird. Wenn sehr viele Atome gleichzeitig und mit hoher Geschwindigkeit aufprallen, steigen Druck und Temperaturen an der Aufschlagstelle für extrem kurze Zeit (einige ps) stark an. Rechnungen zeigen, daß der Druck etwa auf das millionenfache des normalen Luftdrucks steigt und Temperaturen von vielen tausend Grad erreicht werden. Wegen dieser extremen Bedingungen vermischen und reagieren die auftreffenden Atome gut mit denen der Unterlage. Aufgrund der hohen lokalen Temperatur braucht die Unterlage nicht geheizt zu werden, d.h. es entstehen schon bei Zimmertemperatur sehr glatte und auf der Unterlage gut haftende Schichten.
Ein weiterer Vorteil dieses neuartigen Beschichtungsverfahrens liegt in der Herstellung nitrierter oder oxidierter Schichten bei niedrigen Substrat-Temperaturen. Durch Zugabe der entsprechenden Gase zum Zeitpunkt der Clusterentstehung ist man in der Lage, Mischcluster (z.B. TiN, AlN oder Al2O3) zu erzeugen, die dann wie oben beschrieben auf das zu beschichtende Substrat beschleunigt werden.