Gasphasenkinetik von CVD-Vorläufern

• Antragsteller: Professor Dr. Burak Atakan; Professor Dr.-Ing. Andreas Kempf
• Fachliche Zuordnung: Technische Thermodynamik ; Chemische und Thermische Verfahrenstechnik ; Strömungsmechanik
• Förderung: Förderung seit 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 399583933

Metallorganische Verbindungen, wie Ferrocen oder Aluminiumacetylacetonat, werden zur Herstellung von dünnen Schichten und Partikeln aus der Gasphase eingesetzt. Zumeist ist die Reaktionskinetik in der Gasphase nicht gut untersucht, was eine rationelle Prozessplanung erschwert oder gar unmöglich macht. In der ersten Projektphase wurde die thermische Zersetzung von drei exemplarischen und wichtigen CVD-Vorläufern in der Gasphase untersucht. Mithilfe neuester Synchrotron-basierter massenspektrometrischer Methoden (i2PEPICO) konnte der Reaktionsmechanismus für die Umsetzung in inerten Gasen erheblich besser bestimmt werden, erste kinetische Parameter wurden quantifiziert. Die Untersuchungen fanden in Strömungsreaktoren statt, die anhand von strömungsmechanischen Simulationen optimiert wurden; ebenso wurden für Mikroreaktoren Temperaturfelder und Verweilzeiten anhand von CFD-Simulationen bestimmt. In der hier beantragten Fortsetzungsperiode stehen die Reaktionen der untersuchten CVD-Vorläufer mit weiteren Reaktionspartnern, wie beispielsweise Wasserdampf, Ethylen oder Wasserstoff, im Zentrum des Interesses, da diese häufig in Gasphasen-Syntheseprozessen eingesetzt werden. Kinetische Parameter und die Reaktionsordnung dieser Reaktionen sollen in einem weiten Parameterbereich untersucht werden. Hierbei werden seitens des Surrogatmodelle entwickelt, die die Anpassung und Extraktion der Arrhenius-Parameter ohne die fehlerbehaftete Annahme der Eindimensionalität erlauben. Darüber hinaus wird das Verhältnis von Volumen zu Oberfläche im Reaktor systematisch variiert, um den Anteil der Gasphasenreaktionen an der Abreaktione der metallorganischen Verbindungen explizit bestimmen zu können. Die Ziele sind einerseits verlässliche Reaktionsparameter und Reaktionsmechanismen zum Ende der Projektperiode zu bestimmen und andererseits einen methodischen Fortschritt bei der Auswertung kinetischer Daten in realen Strömungen zu erzielen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen