Einfluss der Energie der schichtbildenden Teilchen auf die Eigenschaften dünner Filme mit säulenartiger Struktur

• Antragsteller: Dr. René Feder
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie ; Beschichtungs- und Oberflächentechnik
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2017
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 271203347

Ziel des geplanten Vorhabens ist es, neue Erkenntnisse zum Verständnis der Zusammenhänge zwischen der Energie der schichtbildenden Teilchen und den Eigenschaften dünner Filme mit säulenartiger Struktur (SCTFs) zu generieren, die es zukünftig erlauben, die strukturelle Homogenität dieser Filme zu verbessern. Hierfür ist eine umfassende und systematische Analyse der Zusammenhänge zwischen den Prozessparametern (Elektronenstrahlverdampfen oder Ionenstrahlzerstäubung, Unterstützung durch zusätzlichen Ionenbeschuss) und den Eigenschaften der erzeugten Filme nötig.SCTFs bestehen aus dreidimensionalen, stark kohärent geordneten Nanostrukturen. Diese Nanostrukturierung führt zu einer Vergrößerung der Oberfläche und bietet vielseitige Eigenschaften, welche in biologischen, biochemischen und chemischen Anwendungen genutzt werden.Im Allgemeinen werden SCTFs durch Glanzwinkeldeposition (GLAD) hergestellt, ein Verfahren der physikalischen Abscheidung aus der Gasphase in einer Vakuumumgebung, wobei die Teilchen das Substrat unter schrägem Einfall erreichen. Bei feststehender Subtratposition führt dies zum Wachstum von Säulen auf dem Substrat, welche eine Neigung relativ zur Subtratnormalen aufweisen. Eine zusätzliche Rotation des Substrats während der Abscheidung ermöglicht dann eine Rotation der Säulenstrukturen und die Erzeugung dreidimensionaler Nanostrukturen.Trotz der zahlreichen Anwendungen von SCTFs lassen sich weitere Fortschritte nur erzielen, wenn es gelingt die strukturelle Homogenität der SCTFs substanziell zu verbessern. Das bedeutet, dass die Rauhigkeit der Säulen reduziert werden, ein Auffächern der Strukturen unterdrückt, sowie die strukturelle Ordnung erhöht werden müssen.Im geplanten Vorhaben sollen die Erkenntnisse der grundlegenden Arbeiten aus dem DFG-Projekt genutzt werden. Der Einfluss der Prozessparameter (Ionensorte, -energie, Einfalls- und Emissionswinkel) auf die Eigenschaften der schichtbildenden Teilchen wird eine kontrollierte Einflussnahme auf die Struktur, Geometrie und Packungsdichte der wachsenden Strukturen ermöglichen. Dies wird direkt zu einer Verbesserung der strukturellen Homogenität der SCTFs führen.Das Center for Nanohybrid Functional Materials (CNFM) der Universität Nebraska-Lincoln verfügt über eine einzigartige Anlage (iGLAD-Tool), welche die Möglichkeit bietet SCTFs mittels GLAD durch Elektronenstrahlverdampfen oder Ionenstrahlzerstäuben mit und ohne zusätzlichern Ionenbeschuss herzustellen. Unter diesen Voraussetzungen ist ein adäquater Vergleich der verschiedenen Methoden möglich. Des Weiteren verfügen die Professoren M. Schubert und E. Schubert über umfangreiche Erfahrung auf dem Gebiet der Abscheidung, Charakterisierung und Anwendung von SCTFs.Das beantragte Projekt gibt dem Antragsteller die Möglichkeit sein umfangreiches Wissen über die Ionenstrahlschichtabscheidung in einem passenden Forschungsgebiet mit zahlreichen zukünftigen Anwendungsmöglichkeiten zu nutzen und zu erweitern.

• DFG-Verfahren: Forschungsstipendien
• Internationaler Bezug: USA
• Gastgeber: Professor Dr. Mathias Schubert