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Glättung im Sub-Nanometer-BereichDie Präparation von ultraglatten Ober- und Grenzflächen ist für viele optische, mechanische oder magnetische Funktionselemente von essentieller Bedeutung, insbesondere in Verbindung mit gegenwärtigen Entwicklungen in den verschiedenen Bereichen der Nanotechnologie. Im IOM werden speziell ionenstrahlgestützte Prozesse unter Verwendung niederenergetische Ionen (Ionenenergien < 2 keV) untersucht und zur gezielten und großflächigen Glättung verschiedenster Materialoberflächen eingesetzt. Zur Reduzierung der Rauhigkeit und Präparation von ultraglatten Oberflächen (mittlere quadratische Rauhigkeit (rms) < 0.2 nm) stehen zwei Verfahrensprinzipien zur Verfügung. Das sind erstens die sogenannte Ionenstrahldirektglättung und zweitens ein zweistufiges Glättungsverfahren unter Verwendung von geeigneten Hilfs- bzw. Opferschichten. Beim ersten Verfahren werden auf atomarer Skala ablaufende Relaxationsprozesse ausgenutzt, um beim direkten Beschuss der Oberfläche mit Ionen und dem damit verbunden Materialabtrag eine Verringerung der Höhenfluktuationen zu erreichen. Neben den materialspezifischen Grundlagenuntersuchungen zur Aufklärung der auf atomarer Skala ablaufenden Oberflächenphänomene werden technologische Schritte zur Erzeugung ultraglatter Oberflächen untersucht und entwickelt. Beim zweiten Verfahren wird die planarisierende Wirkung einer im ersten Schritt aufzutragenden dünnen Schicht (z.B. ein Resistfilm) genutzt, die anschließend durch den Ionenstrahl wieder abgetragen wird. Dabei wird unter Ausnutzung der Winkelabhängigkeit der Materialabtragraten bei einem Beschusswinkel, bei dem die Abtragraten von Schichtmaterial und zu glättendem Substratmaterial gleich sind, die glatte Oberfläche der Schicht in das Substratmaterial übertragen. Beide Verfahren wurden bisher für eine breite Materialpalette demonstriert und im Detail untersucht. Beispiele sind technologisch bedeutsame Materialien wie verschiedene III-V-Halbleiter, Si, Quarzglas, CaF2, SiC, Glaskeramiken, NiP, Cu und Cu(In,Ga)(S,Se)2.
Die Wirkungen der beiden Glättungsverfahren sind durch die Ionen-Oberflächen-Wechselwirkungsprozesse materialspezifisch und auch maßgeblich von der Ausgangsoberfläche und deren Rauhigkeitsspektrum abhängig. Durch die Kombination beider Verfahren können Anteile im Rauhigkeitsspektrum bis zu minimalen Ortsfrequenzen von ca. 0.025 µm-1 verringert werden.
Ausgewählte Publikationen zu diesem Forschungs- und Entwicklungsschwerpunkt
Kontakt
Dr. Frank Frost
PD Dr. Axel Schindler Siehe auch
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