Synthese und Charakterisierung stabiler Verbindungen im System Si-C-N

• Antragsteller: Dr. Horst Baumann
• Fachliche Zuordnung: Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung von 2000 bis 2003
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 5261490

Teilprojekt Dr. Baumann:Siliciumcarbonitridschichten (Si1CxNy) mit unterschiedlicher Zusammensetzung werden durch aufeinanderfolgende Ionenimplantationen (Vierfach-Implantation) der Isotope 13C und 15N in Silicium (Bulkmaterial bzw. Schicht) mit jeweils zwei Ionenenergien im Energiebereich 20 keV bis 50 keV hergestellt. Die Si-C-NSchichten werden nachfolgend im Temperaturbereich bis 1600 °C im Hochvakuum getempert. Das thermische Verhalten der ternären Phase Si2CN4, die bereits durch Ionenimplantation erzeugt werden konnte, wird unter dem Aspekt einer möglichen Umwandlung in eine Mischphase bestehend aus Si3N4 und C3N4 untersucht. Ferner soll geklärt werden, ob durch Ionenimplantation weitere ternäre Phasen im Si-C-N-System, insbesondere auf den Konoden Si3N4 > C3N4 und SiC > Si3N4 synthetisiert werden können. Die Si-C-NSchichten werden mit Kernreaktionsanalysen, FTIR, XPS, XRD und TEM charakterisiert.Teilprojekt Dr. Bruns:Stabile ternäre Siliciumcarbonitrid-Verbindungen sind aufgrund der erhofften vielfältigen Eigenschaften, besonders aber im Hinblick auf Hochtemperaturstabilität, eine vielversprechende Werkstoffklasse. Nach der vorgesehenen Entwicklung eines Syntheseverfahrens auf der Basis von HF-Magnetronsputtern sollen im Ergebnis Prozeßparametersätze zur Verfügung stehen, die es erlauben, dünne Schichten der reinen Verbindungen mit definierter Zusammensetzung und vorgegebener Kristallinität herzustellen. Grundlegende Untersuchungen zum Syntheseprozeß sollen dabei die Übertragbarkeit des Verfahrens auf weitere Verbindungsklassen sichern. Neben der Speziation oberflächennaher Schichten sollen auch tieferliegende Schichten mittels XPS (X-ray photoelectron spectroscopy) nahezu zerstörungsfrei charakterisiert werden, damit der schädigende Einfluß der Ionen auf die freigelegten neuen Oberflächen auf einen Bruchteil der Informationstiefe von XPS begrenzt werden kann. Auf diese Weise werden auch vergrabene Schichten für eine Speziation durch XPS unter Erhalt der chemisch-analytischen Information zugänglich.Teilprojekt Professor Borchardt:Keramische Silicium-Carbonitrid-Verbindungen bilden eine vielversprechende Klasse nichtoxidischer Materialien zum Einsatz als hochtemperaturstabile Werkstoffe und Beschichtungsmaterialien. Durch HF-Sputtern oder Ionenimplantation lassen sich nahezu verunreinigungsfreie Schichten mit der Zusammensetzung SixCyNz herstellen. Eine thermische Behandlung führt zur Ausbildung stabiler binärer und ternärer keramischer Verbindungen. Im Zusammenhang mit der strukturellen Umordnung bei der Phasenbildung und der Kristallisation spielen diffuse atomare Transportprozesse eine entscheidende Rolle. Zum Verständnis des Materietransportes in diesen Verbindungen sollen die TracerDiffusionskoeffizienten der konstituierenden Elemente als Funktion der Temperatur und der Zusammensetzung bestimmt werden. Dieses Ziel soll mittels Tracer-Diffusionsmessungen unter Verwendung seltener stabiler Isotope und durch den Einsatz der Sekundärionen-Massenspektrometrie (SIMS) erreicht werden. Mit Hilfe der erzielten Ergebnisse sollen Modelle erstellt werden, mit deren Hilfe die Entstehungs- und Stabilitätsbedingungen der Phasen sowie die Umordnungs- und Kristallisationskinetik im System SI-C-N geklärt werden können.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen