In-situ Untersuchungen zu Kondensation, Nukleation und Wachstum von Metallfilmen und Nanostrukturen auf organischen Oberflächen während Sputterbeschichtung

• Antragsteller: Professor Dr. Franz Faupel; Professor Dr. Peter Müller-Buschbaum; Professor Dr. Stephan Volkher Roth
• Fachliche Zuordnung: Herstellung und Eigenschaften von Funktionsmaterialien
• Förderung: Förderung von 2013 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 238058777

Obwohl die Sputterdeposition von metallischen Schichten auf Polymeren eine etablierte Methode ist, sind die frühen Stadien der Deposition aufgrund der komplexen Natur des Depositionsprozesses noch nicht ausreichend verstanden. Gerade der Submonolagen¬bereich mit seinen transienten zweidimensionalen nanogranularen und verzweigten Strukturen ist von großem Interesse für zahlreiche, stark im Aufschwung begriffene Anwendungen. Solche Anwendungen reichen von der Plasmonik über Sensoren bis zur Photovoltaik. Diese Anwendungen erfordern eine präzise Kontrolle und das Verständnis der Sputterdeposition von metallischen Nanostrukturen im Submonolagenbereich auf Polymeroberflächen, bevor ein geschlossener Metallfilm entsteht. In der derzeitigen Förderperiode wurden die Frühstadien für ausgewählte Metall-Polymer-Systeme in Echtzeit mit hoher örtlicher und zeitlicher Auflösung mittels Röntgenkleinwinkelstreuung unter streifendem Einfall (GISAXS) in Verbindung mit einer speziell dafür entwickelten, mobilen Sputterdepositionskammer untersucht. Die Untersuchungen fanden an dem Messplatz MiNaXS/P03 der Synchrotronstrahlungsquelle PETRA III statt. Die gewonnenen, einzigartigen Ergebnisse ergaben, in Verbindung mit Modellierung und vielen anderen in situ und ex-situ Techniken als auch mit Computersimulationen, ein tiefgehendes Verständnis der Sputterdeposition im Submonolagenbereich. In der zweiten Förderperiode sollen noch komplexere Prozesse wie das Aufbringen von zwei dimensionalen, nanogranularen Metalllegierungsfilmen und die Sputterdeposition auf Blockcopolymerfilmen untersucht werden. Dieser Ansatz wird unter anderem erlauben, die Phasenseparation in wachsenden Nanostrukturen in situ quantitativ zu beobachten. Für nanoskalige Metalllegierungs¬strukturen sind deutliche Abweichungen zum Phasendiagramm im Volumen zu erwarten. Blockcopolymersubstrate werden ein Maßschneidern von Nanostrukturen ermöglichen, bedingt durch eine selektive Benetzung und Keimbildung auf einem der Blöcke und damit auf verschiedenen, einstellbaren Längenskalen. In einem späteren Schritt wird die Deposition unter streifendem Einfall ein weiteres spannendes Thema von Untersuchungen sein.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Kooperationspartner: Professor Dr. Michael Bonitz