Nichtthermische Abscheidung von Schichten und Strukturen

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Glanzwinkeldeposition/Schrägwinkeldeposition von nanostrukturierten, hochporösen dünnen Schichten

Abb. 1: GLAD/OAD erlaubt die Herstellung einer Vielzahl unterschiedlicher Nanostrukturformen. Die Kontrolle der Morphologie der einzelnen Strukturen erfolgt beispielsweise über die Substratrotationsgeschwindigkeit (a – d), die Substrattemperatur (e), den Einfallswinkel (f, g), die azimutale Probenposition (h), die Substratvorstrukturierung (i – k) oder das verwendete Material (l).
Abb. 2: (a) HR-TEM-Aufnahme von Titan-Nanostrukturen. Metallische GLAD/OAD-Nanostrukturen zeigen häufig einkristallines Wachstum. (b) XRD{110}-Polfigur einer schräg aufgedampften Molybdänschicht. Die einkristallinen Nanostrukturen sind wohlorientiert und die Schicht weist eine biaxiale Textur auf.
Abb. 3: Computer-Simulationen sind ein wichtiges Werkzeug zur Untersuchung von Abschattungs- und Auswahlprozessen und tragen so zum Verständnis des GLAD/OAD-Prozesses bei. Gezeigt ist hier eine Simulation des Wachstums spiralförmiger Strukturen ohne Oberflächendiffusion auf einem ebenen Substrat. (Klicken für Animation!)

Mittels Glanzwinkeldeposition (GLAD) bzw. Schrägwinkeldeposition (OAD) lassen sich nanostrukturierte, hochporöse dünne Schichten herstellen, welche aus einzelnen, nanometergroßen Strukturen bestehen. Dabei trifft der einfallende Partikelfluss im flachen Einfallswinkel („Glanzwinkel“) auf die Substratoberfläche. Die resultierenden Abschattungseffekte ermöglichen es, oftmals in Kombination mit einer Rotation des Substrats um seine Achse, eine Vielzahl verschiedenartig geformter Strukturen zu erzeugen. GLAD/OAD ist mit konventionellen Physikalischen Depositionsverfahren (PVD) der Dünnschichttechnologie realisierbar. Im Prinzip können alle Materialien, die mit PVD-Verfahren abgeschieden werden können (d.h. alle inorganischen Materialien, vielerlei Verbindungen sowie manche organische Substanzen) können für GLAD/OAD-Wachstum verwendet werden. Durch GLAD/OAD hergestellte Strukturen finden, unter anderem, bereits Anwendungen in der (Bio-)Sensorik, welche die große Oberflächenrauigkeit der Strukturen nutzt, um mittels oberflächensensitiver Raman-Spektroskopie beispielsweise selektiv einzelne Moleküle oder Krankheitserreger nachzuweisen. Neben der Anwendung von GLAD/OAD-Schichten spielen Untersuchungen zum grundlegenden Verständnis des GLAD/OAD-Wachstumsprozesse eine wichtige Rolle.

 

Abscheideverfahrensvarianten

  • Elektronenstrahlverdampfung
  • Ionenstrahl-Zerstäubung

 

Ausgewählte Publikationen

  • C. Grüner, I. Abdulhalim, B. Rauschenbach
    Glancing angle deposition for biosensing applications
    Encyclopedia of Interfacial Chemistry, Surf. Sci. Electrochem. 3 (2018) 129-137
    doi: 10.1016/B978-0-12-409547-2.14174-5

  • C. Grüner, S. Liedtke, J. Bauer, S.G. Mayr, B. Rauschenbach
    Morphology of thin films formed by oblique physical vapor deposition
    ACS Appl. Nano Mater. 1 (2018) 1370–1376
    doi: 10.1021/acsanm.8b00124

  • S. Liedtke, Ch. Grüner, J.W. Gerlach, B. Rauschenbach
    Comparative study of sculptured metallic thin films deposited by oblique angle deposition at different temperatures
    Beilstein J. Nanotechnol. 9 (2018) 954-962
    doi: 10.3762/bjnano.9.89

  • S. Liedtke, C. Grüner, A. Lotnyk, B. Rauschenbach
    Glancing angle deposition of sculptured thin metal films at room temperature
    Nanotechnology 28 (2017) 385604
    doi:10.1088/1361-6528/aa7a79