Sondenmikroskopische Untersuchungen von Veränderungen an PVD-Hartstoffschichten durch Chlorid- und Sulfationen

• Antragsteller: Professor Dr. Wieland Zahn
• Fachliche Zuordnung: Materialien und Werkstoffe der Sinterprozesse und der generativen Fertigungsverfahren
• Förderung: Förderung von 1997 bis 2002
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 5083890

Gegenstand des derzeitig bearbeiteten Forschungsprojektes sind lokale Veränderungen an dünnen Hartstoffschichten durch die Einwirkung von Chlorid- und Sulfat-Ionen am Beispiel von magnetrongesputtertem Chromnitrid. Zur Charakterisierung der Oberflächenveränderungen werden rastersondenmikroskopische Verfahren herangezogen und deren Ergebnisse kritisch bewertet. Neben Veränderungen der Topografie wurden mit Hilfe von Rastersondenspektroskopie auch Oberflächenreaktionen, die zur Änderung der elektronischen Struktur führen, qualitativ nachgewiesen. Die Analyse der durch die Ionen veränderten Phasen durch den Vergleich mit Referenzproben führte noch nicht in jedem Fall zu eindeutigen Ergebnissen. Diese Untersuchungen sollten mit Standardproben (kommerziell erhältlichen Reinelementen) bzw. unter optimierten Bedingungen hergestellten Referenzproben weitergeführt werden. Für die Messungen in der elektrochemischen Zelle des EC-STM wurden umfangreiche Voruntersuchungen zum Verhalten der potentiostatischen Messanordnung mit bekannten Lösungen durchgeführt. Erste in-situ Messungen der Oberflächentopografie von CrNx-Proben bei gleichzeitiger Veränderung der Biasspannung an der Probe im Intervall von 500 mV zeigten temporäre Inselbildungen an der Oberfläche im Bereich negativer Spannungen. Die Messungen sollten auf einen größeren Spannungsbereich ( 2 V) ausgedehnt werden, um noch weitere mögliche chemische Reaktionen an der Oberfläche zu untersuchen. Dafür wurde die bisher genutzte EC-Zelle weiterentwickelt und optimiert. Bei der Messung der Lateralkraft in Abhängigkeit von der Auflagenkraft wurden Veränderungen des Gleitverhaltens des Cantilevers im Nanobereich festgestellt. Lokale Untersuchungen der nanomechanischen Eigenschaften mittels Rasterkraftmikroskopie (Messung von Kraft-Abstands-Kurven) erwiesen sich wegen der stark ausgeprägten Kolumnarstruktur als ungeeignet und wurden nicht weiter verfolgt. Alternativ dazu sollten Messungen im non contact mode durchgeführt werden. Da die Wechselwirkung Cantilever - Probe von der Verteilung der elektronischen Zustände an der Oberfläche abhängt, werden lokale chemische Veränderungen Einfluß auf die gemessene Topografie nehmen. Die Ergebnisse können zur Ergänzung der rastertunnelmikroskopischen Messungen herangezogen werden. Außerdem werden verfahrensbedingt durch die berühungslose Messung Fehler vermindert.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Beteiligte Person: Professor Dr.-Ing. Hans-Dieter Schnabel