Aufklärung der thermischen Oberflächenchemie bei Elektronenstrahl-induzierter Abscheidung (FEBID) für eine optimale Kontrolle von Nanofabrikation

• Antragstellerin: Professorin Dr. Petra Swiderek
• Fachliche Zuordnung: Festkörper- und Oberflächenchemie, Materialsynthese ; Physikalische Chemie von Festkörpern und Oberflächen, Materialcharakterisierung
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 529947802

FEBID (focused electron beam induced deposition) ist ein präzises Werkzeug zur Herstellung von funktionalen Nanostrukturen. FEBID basiert auf der Elektronen-induzierten Zersetzung von flüchtigen Metall-Komplexen (Präkursoren), die auf eine Oberfläche dosiert werden, über die ein fokussierter Elektronenstrahl rastert. Allerdings steht eine optimale Kontrolle über Wachstum und Zusammensetzung der Abscheidungen bisher noch aus. Nach dem derzeit akzeptierten, stark vereinfachten Modellverständnis von FEBID bleibt der adsorbierte Präkursor intakt, bis er durch Wechselwirkung mit einem auftreffenden, zurückgestreuten oder einem Sekundär-Elektron dissoziiert und immobilisiert wird. Demnach ist die Elektronen-induzierte Dissoziation des Präkursors der entscheidende Schritt bei der Abscheidung. Dieses Bild vernachlässigt Beiträge von thermischer Chemie in Analogie zu CVD (chemical vapour deposition), die der räumlichen Kontrolle der Abscheidung durch den Elektronenstrahl entgegenwirken und zu unkontrollierten Variationen von Zusammensetzung und Form der Abscheidung führen. Daher zielt dieses Projekt auf ein fundamentales Verständnis des Übergangs von Elektronen-induzierter zu thermischer Oberflächenchemie von FEBID Präkursoren. Der neuartige Ansatz dieses Projekts besteht darin, die Chemie von FEBID systematisch mit Methoden der Oberflächenforschung unter UHV-Bedingungen zu untersuchen, allerdings auf Oberflächen, die einer realen FEBID-Abscheidung entsprechen und die daher relevant für das Wachstum sind. Von besonderem Interesse ist die Reaktivität der Abscheidung nach Bestrahlung mit Elektronen. Im Zentrum stehen heteroleptische Präkursoren, anhand derer untersucht werden kann, wie die Oberflächenreaktionen durch Austausch einzelner Liganden kontrolliert werden können. Daraus ergeben sich interessante Perspektiven: (1) Auf Basis detaillierter Einblicke in die thermische Oberflächenchemie von FEBID-Präkursoren auf der Abscheidung können Verbindungen und Prozesse identifiziert werden, die thermische Reaktionen unterdrücken, so dass die Abscheidung exklusiv durch den Elektronenstrahl kontrolliert wird. Dies ermöglicht neue Prozesse mit optimaler Kontrolle über Form und Zusammensetzung der Abscheidung. (2) Ein grundlegendes Verständnis, wie eine reaktive Oberfläche die Dissoziation des Präkursors auslöst und wie dies von der Molekülstruktur abhängt, ist relevant für Prozesse, die das autokatalytische Wachstum von Nanostrukturen durch EBISA (electron beam induced surface activation) auslösen. Das Ziel ist, eine größere Vielfalt von Materialien mit diesem räumlich selektiven Prozess herstellen zu können. (3) Kennt man die Bedingungen, unter denen spezifische FEBID Präkursoren selbstlimitierend auf der Oberfläche einer Abscheidung adsorbieren, lässt sich auf dieser Basis die präzise Schicht-nach-Schicht-Abscheidung im Sinne einer EE-ALD (electron-enhanced atomic layer deposition) in den räumlich selektiven FEBID-Prozess integrieren.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen