Intelligente Echtzeit-Manipulation des Wachtums von metallischen Nanostrukturen

• Antragstellerin: Dr. Bärbel Krause
• Fachliche Zuordnung: Thermodynamik und Kinetik sowie Eigenschaften der Phasen und Gefüge von Werkstoffen ; Experimentelle Physik der kondensierten Materie ; Physikalische Chemie von Festkörpern und Oberflächen, Materialcharakterisierung
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 491224986

Das Ziel von IRMA ist die Entwicklung effizienter, nicht-invasiver Strategien zur Manipulation der Morphologie und der optoelektronischen Eigenschaften von Ag Nanostrukturen (genauermittels Sputterdeposition hergestellte 3D Nanopartikel und ultradünne geschlossene Schichten). Hierzu werden gasförmige und metallische Additive gezielt (entweder an der Wachstumsfront oder als Nukleationsschicht) eingesetzt, um das Benetzungsverhalten von Ag zu verbessern und somit ultradünne, elektrisch leitfähige und optisch transparente Schichten zu erzeugen. Um die strukturelle, morphologische und chemische Entwicklung während des Herstellungsprozesses zu erfassen, schlägt Irma einen neuen und herausfordernden experimentellen Ansatz vor: die Kombination- Einer detaillierten Labor-basierten Echtzeitstudie, die gleichzeitig Informationen über optische, elektrische, und Eigenspannungsentwicklung während des Wachstums gibt und als Wissensbasis für die Wirkung der unterschiedlichen Additive dient.- Einer UHV Oberflächencharakterisierungsstudie, die komplementäre Informationen über den chemischen Zustand und die Oberflächenmorphologie liefert.- Einer Synchrotron-basierten Studie, die Informationen über Wachstumsdynamik, Struktur, und Eigenspannungsentwicklung gibt, basierend auf der Kombination von Röntgendiffraktion, Röntgenreflektivität, Röntgenkleinwinkelstreuung, und Wafer-Krümmungsmessungen.- Der in situ und ex situ Bestimmung optischer und elektronischer Eigenschaften, sowie die Untersuchung der strukturellen und funktionellen Langzeitstabilität. Im Einzelnen werden unterschiedlich, in der Literatur vorgeschlagene, Ansätze zur Manipulation von Ag-Schichten kritisch untersucht und mit in Argon Atmosphäre, auf Siliziumoxid deponierten Referenzschichten verglichen: 1) Der Nutzen gasförmiger Additive (Deposition in Ar/N2 Atmosphäre), und 2) das Ag Wachstum auf amorphen Germanium-Nukleationsschichten. Zusätzlich werden wir den intelligenten Einsatz dieser Methoden untersuchen, z.B. die Verwendung von codeponierten Ag(1-x)-Ge(x) Nukleationsschichten oder die gezielte Anwendung von Stickstoff während der Schlüsselphasen der Strukturbildung. Die 3 Hauptziele von Irma sind- Ein fundamentales Verständnis der Wirkungsweise von Additiven während der frühen Wachstumsstadien, mit Hinblick auf Grenzflächenchemie, Morphologie, Kristallstruktur, Entwicklung der Eigenspannung und der Oberflächenrauigkeit.- Die Untersuchung von Relaxationsprozessen, nach Unterbrechung des Depositionsprozesses und auf unterschiedlichen Zeitskalen - Richtlinien zu erarbeiten für effiziente Designstrategien zur Herstellung von ultradünnen Schichten mit optimaler optischer Durchlässigkeit, elektrischer Leitfähigkeit, und verbesserter Langzeitstabilität, für den Einsatz als transparente Elektrode.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Frankreich
• Kooperationspartner: Professor Dr. David Babonneau; Dr. Alessandro Coati