Quarzkristall-Mikrowaagen-Studie zum Wachstumsverhalten alternierend gewachsener Schichten aus Titandioxid und Aluminiumoxid

Masterarbeit aus dem Jahr 2015 im Fachbereich Chemie - Sonstiges, Note: 1,0, Universität Hamburg, Sprache: Deutsch, Abstract: In dieser Arbeit wurde mittels einer in dieser Arbeitsgruppe erstmals aufgebauten und optimierten, ultra-genauen Quarzkristall-Mikrowaage das initiale Wachstum von TiO2 auf Al2O3 (1), und umgekehrt von Al2O3 auf TiO2 (2) untersucht. Im Fall (1) wurde ein verstärktes WPZ beobachtet, welches an das WPZ für das Wachstum von Al2O3 auf sich selbst angeglichen war. Umgekehrt war im Fall (2) das Wachstum von Al2O3 auf TiO2 stark inhibiert, und an das WPZ für das Wachstum von TiO2 auf sich selbst angeglichen. Kontrolluntersuchungen lassen in beiden Fällen eine intrinsische Inhibition des TiO2-Prozesses als Ursache vermuten.
Weiter wurde zur Untersuchung des initialen Wachstums ein neuer Ansatz zur Auswertung der Daten entwickelt. Das WPZ wurde als eine Funktion der Massenbelegung aufgetragen. Es zeigt sich, dass das WPZ bis zum Erreichen des Massenäquivalents einer Monolage exponentiell auf den Wert des WPZ in Sättigung fällt. Zur Erklärung dieser Beobachtung wurde ein einfaches Modell entwickelt.
In der Atomlagenabscheidung kommt dem initialen Wachstum eine besondere Bedeutung zu. Die Geschwindigkeit des Wachstums wird durch das Wachstum pro Zyklus (WPZ) quantifiziert. Das initiale WPZ kann von dem für ein Materialsystem angegebenen Literaturwert abweichen, da dort häufig das WPZ gemittelt über mehrere hundert Zyklen angegeben wird. Dagegen ist das initiale WPZ zunächst noch von den Eigenschaften des Substrats abhängig. Es kann inhibiert oder verstärkt sein.
Praktische Bedeutung hat dies insbesondere bei Prozessen mit Superzyklen und Nanolaminaten. Hier werden einzelne Zyklen des Wirtsmaterials, z.B. Titandioxid (TiO2), durch solche zur Darstellung von z.B. Aluminiumoxid (Al2O3) ersetzt, um das Wirtsmaterial mit Al3+-Ionen zu durchsetzen. Für eine gezielte Dosierung ist die Kenntnis des initialen WPZ entscheidend.