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.
Inhaltsverzeichnis
- Einleitung und Aufgabenstellung
- Theoretischer Hintergrund
- Einführung in die Atomlagenabscheidung
- Wachstumsinhibierung durch Passivierung
- Alternierendes Wachsen dünner Schichten Aluminiumoxid und Titandioxid mittels Atomlagenabscheidung
- Aufbau und Prinzip der Quarzkristall-Mikrowaage
- Elektronische Ansteuerung der Quarzkristall-Mikrowaage
- Störeinflüsse auf die Messgenauigkeit
- Quarzkristall-Mikrowaagen in der Atomlagenabscheidung
- Einführung in die Atomlagenabscheidung
- Einrichtung und technische Optimierung des Messaufbaus
- Systemspezifische Störanfälligkeiten der Quarzkristall-Mikrowaage
- Anfälligkeit gegenüber äußeren Störeinflüssen
- Rückseitenbeschichtung
- Temperatursteuerung
- Optimierung des Signal-Rausch-Verhältnisses
- Wasserausschluss im Reaktor
- Systemspezifische Störanfälligkeiten der Quarzkristall-Mikrowaage
- Experimenteller Teil
- Allgemeine Aspekte der Durchführung
- Datenauswertung
- Der Einfluss der Pumpzeit auf das Titandioxid-Wachstum
- Durchführung
- Ergebnisse und Diskussion
- Alternierendes Abscheiden von Aluminiumoxid- und Titandioxid-Schichten
- Ergebnisse und Diskussion: Initiales Wachstum von Titandioxid auf Aluminiumoxid
- Ergebnisse und Diskussion: Initiales Wachstum von Aluminiumoxid auf Titandioxid
- Abscheidungen mit Ozon
- Zusammenfassung der Beobachtungen und Einordnung in den Gesamtkontext
- Zusammenfassung und Ausblick
- Abkürzungsverzeichnis
Zielsetzung und Themenschwerpunkte
Die vorliegende Masterarbeit befasst sich mit dem initialen Wachstum von alternierend gewachsenen Schichten aus Titandioxid und Aluminiumoxid, die mit Hilfe der Atomlagenabscheidung (ALD) hergestellt werden. Die Arbeit analysiert das Wachstumsverhalten dieser Schichten mit einer hochpräzisen Quarzkristall-Mikrowaage (QCM) und untersucht den Einfluss des Substrats auf das initiale Wachstum pro Zyklus (WPZ). Die Arbeit zielt darauf ab, ein tieferes Verständnis für das initiale Wachstum von TiO2 und Al2O3 im Kontext von Superzyklen und Nanolaminaten zu gewinnen.
- Untersuchung des initialen Wachstumsverhaltens von TiO2 und Al2O3 mittels QCM
- Analyse des Einflusses des Substrats auf das WPZ in Abhängigkeit vom Materialsystem
- Entwicklung eines Modells zur Beschreibung des exponentiellen Abfallens des WPZ bis zum Erreichen des Sättigungswertes
- Einordnung der Ergebnisse in den Kontext von Superzyklen und Nanolaminaten
- Diskussion der Implikationen für die gezielte Dosierung von Al³+-Ionen in TiO2-Schichten
Zusammenfassung der Kapitel
Die Masterarbeit beginnt mit einer Einleitung und einer Definition des Forschungsgegenstands, der initialen Wachstumskinetik von TiO2 und Al2O3 Schichten in der ALD. Kapitel 2 stellt die theoretischen Grundlagen der ALD und der QCM vor, wobei besondere Aufmerksamkeit auf die Wachstumsinhibierung durch Passivierung und das Prinzip der QCM-Messung gelegt wird.
Kapitel 3 beschreibt den Aufbau und die technische Optimierung des QCM-Messaufbaus, die zur Durchführung der Experimente unerlässlich waren. Die Kapitel beleuchten verschiedene Störanfälligkeiten des Systems und beschreiben die Maßnahmen zur Optimierung des Signal-Rausch-Verhältnisses und zum Ausschluss von Wassereinfluss im Reaktor.
Kapitel 4 widmet sich dem experimentellen Teil der Arbeit und beschreibt die Durchführung der ALD-Experimente. Die Kapitel untersuchen den Einfluss der Pumpzeit auf das Titandioxid-Wachstum und analysieren das initiale Wachstum von TiO2 auf Al2O3 und umgekehrt. Die gewonnenen Daten werden diskutiert und in den Gesamtkontext der Arbeit eingeordnet.
Schlüsselwörter
Die Masterarbeit befasst sich mit den folgenden Schlüsselbegriffen und Themen: Atomlagenabscheidung (ALD), Quarzkristall-Mikrowaage (QCM), Titandioxid (TiO2), Aluminiumoxid (Al2O3), initial Wachstum, Wachstums pro Zyklus (WPZ), Superzyklen, Nanolaminate, Passivierung, Massenbelegung, Modellentwicklung.
- Quote paper
- René Faust (Author), 2015, Quarzkristall-Mikrowaagen-Studie zum Wachstumsverhalten alternierend gewachsener Schichten aus Titandioxid und Aluminiumoxid, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/1029956
