Die Schwingquarzmesstechnik ermöglicht die Überwachung, Untersuchung und Kontrolle des Schichtwachstums während der Herstellung dünnster Schichten aus der Gasphase. Zur Optimierung und Anwendung der Schwingquarzmesstechnik für die
Atomlagenabscheidung (atomic layer deposition - ALD) wurden die Grundlagen der Schichtdickenmessung mit Schwingquarzen analysiert und hinsichtlich der Besonderheiten bei der Verwendung in einem ALD-Prozess diskutiert. Die verschiedenen Einflüsse auf die Resonanzfrequenz eines Schwingquarzes wurden ebenso wie die Möglichkeiten zur Optimierung der Messtechnik dargestellt. Der Einfluss von Temperaturschwankungen stellte sich dabei als besonders kritisch heraus, weshalb Schwingquarzmessköpfe und Methoden zur Kompensation von temperaturbedingten Störungen entwickelt wurden. Mit Hilfe der so optimierten Schwingquarzmesstechnik konnte ein ALD-Prozess für Hafniumoxidschichten vollständig schwingquarzbasiert entwickelt werden, wobei mit geringem Zeitaufwand hunderte Parametersätze charakterisiert und Wechselwirkungen zwischen verschiedenen Prozessparametern detailliert untersucht werden konnten. Bei der Untersuchung des heterogenen Schichtwachstums während der Herstellung von Mischschichten und Laminaten ermöglichten Schwingquarzmessungen eine Beobachtung und Kontrolle des initialen Wachstums von Aluminiumoxid und Titanoxid auf dem jeweils anderen Material. Die Beschichtung poröser Materialien durch einen ALD-Prozess wurde mit Hilfe von Schwingquarzen mit aufgebrachten porösen Schichten überwacht und der Einfluss von Prozessparametern und der Porengeometrie auf das Eindringen der Prozessgase untersucht, wodurch grundlegende Erkenntnisse zum Gastransport in porösen Medien gewonnen werden konnten.
Aktualisiert: 2020-02-15
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Die Schwingquarzmesstechnik ermöglicht die Überwachung, Untersuchung und Kontrolle des Schichtwachstums während der Herstellung dünnster Schichten aus der Gasphase. Zur Optimierung und Anwendung der Schwingquarzmesstechnik für die
Atomlagenabscheidung (atomic layer deposition - ALD) wurden die Grundlagen der Schichtdickenmessung mit Schwingquarzen analysiert und hinsichtlich der Besonderheiten bei der Verwendung in einem ALD-Prozess diskutiert. Die verschiedenen Einflüsse auf die Resonanzfrequenz eines Schwingquarzes wurden ebenso wie die Möglichkeiten zur Optimierung der Messtechnik dargestellt. Der Einfluss von Temperaturschwankungen stellte sich dabei als besonders kritisch heraus, weshalb Schwingquarzmessköpfe und Methoden zur Kompensation von temperaturbedingten Störungen entwickelt wurden. Mit Hilfe der so optimierten Schwingquarzmesstechnik konnte ein ALD-Prozess für Hafniumoxidschichten vollständig schwingquarzbasiert entwickelt werden, wobei mit geringem Zeitaufwand hunderte Parametersätze charakterisiert und Wechselwirkungen zwischen verschiedenen Prozessparametern detailliert untersucht werden konnten. Bei der Untersuchung des heterogenen Schichtwachstums während der Herstellung von Mischschichten und Laminaten ermöglichten Schwingquarzmessungen eine Beobachtung und Kontrolle des initialen Wachstums von Aluminiumoxid und Titanoxid auf dem jeweils anderen Material. Die Beschichtung poröser Materialien durch einen ALD-Prozess wurde mit Hilfe von Schwingquarzen mit aufgebrachten porösen Schichten überwacht und der Einfluss von Prozessparametern und der Porengeometrie auf das Eindringen der Prozessgase untersucht, wodurch grundlegende Erkenntnisse zum Gastransport in porösen Medien gewonnen werden konnten.
Aktualisiert: 2020-07-01
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Die Atomlagenabscheidung gewinnt seit Beginn des neuen Jahrtausends sowohl in industrieller, als auch in akademischer Hinsicht zunehmend an Bedeutung. Die Möglichkeit, ultradünne Schichten nach einem kontrollierten Mechanismus auf eine Vielzahl von Substraten aufzubringen ist nicht nur allein für die Halbleiter-Industrie von immenser Bedeutung. Das Anwendungspotenzial reicht über biotechnologische und sensorische Anwendungen, wie Diffusionssperrschichten oder Gassensoren bis hin zur Erforschung von Solarzellen und Photohalbleitern für die nachhaltige Energiegewinnung.
Der erste Teil dieser Dissertation behandelt die Entwicklung neuer, luftstabiler Precursoren für die plasmaunterstützte Atomlagenabscheidung metallischer Cobalt- und Nickelschichten unter Verwendung tridentater Enaminon-Liganden, sowie metallischer Kupferschichten durch den Einsatz bidentater Heteroarylalkenolat-Liganden. Ein speziell für das Zusammenspiel zwischen molekularer Stabilität und Reaktivität gegenüber funktionellen Gruppen der Substratoberfläche ausgelegtes Ligandenkonzept wird auf seine selbstlimitierenden Eigenschaften und damit auf seine Eignung als ALD-Precursor getestet.
Der zweite Teil dieser Dissertation beschäftigt sich mit der Herstellung von Titandioxid-Photoanodenmaterialien für die solare Wasserelektrolyse. Die gezielte Modifikation von ALD-Titandioxidschichten mittels Wasserstoff- und Stickstoffplasma ermöglicht die Analyse der individuellen Einflüsse von Sauerstoff-Fehlstellen und der Dotierelemente Wasserstoff und Stickstoff auf die photoelektrochemischen Eigenschaften des Matrixmaterials, sodass leistungsstarke Photoanodenmaterialien in hohem reproduzierbarem Maßstab hergestellt werden können.
Aktualisiert: 2020-12-08
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