Anlage zur Mikrowellenplasma-gestützten chemischen Gasphasenabscheidung von Diamantfilmen

• Fachliche Zuordnung: Molekülchemie
• Förderung: Förderung in 2026
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 577212884

Die Herstellung hochdefinierter Diamantfilme ist von Bedeutung für eine Vielzahl von Forschungsgebieten, wie z.B. die Elektrochemie, die Katalyse aber auch die Quantenwissen-schaften. Typischerweise werden diese Diamantfilme ausgehend von flüchtigen, kohlenstoffhaltigen Vorläuferverbindungen auf unterschiedlichen Substraten wie Silicium oder verschiedenen Metallen sowie auch auf Diamant abgeschieden. Diamant besitzt neben seiner mechanischen und chemischen Stabilität zahlreiche einzigartige Eigenschaften. So erlaubt z.B. die negative Elektronenaffinität seiner Oberfläche nach photo(elektro)chemischer Anregung die barrierefreie Emission von Elektronen in das umgebende Medium. Außerdem ermöglicht seine Dotierbarkeit mit verschiedenen Elementen die Anwendung in elektrochemischen und elektronischen Anwendungen, wie der Elektrosynthese, der chemischen und biologischen Sensorik sowie der Energiespeicherung. In den Quantenwissenschaften ist Diamant ebenfalls zu einem attraktiven Material avanciert. Daher ist die Herstellung maßgeschneiderter Diamantmaterialien von großer Bedeutung für diese Vielfalt an Forschungsthemen. Dieser Antrag zielt auf die Beschaffung einer leistungsfähigen Anlage zur chemischen Gasphasenabscheidung von bordotierten Diamantfilmen, die für Forschungsarbeiten in der Katalyse, der Sensorik, der Quantentechnologie und der Energiespeicherung eingesetzt werden sollen. Sie wird für die Herstellung maßgeschneiderter Diamantmaterialien wie kontinuierlicher Filme, mikro- und nanostrukturierter Schichten mit und ohne Poren sowie für die Herstellung von Diamantpartikeln unterschiedlicher Größe und Morphologie eingesetzt. Zu diesem Zweck werden Methoden für die Abscheidung der Diamantfilme auch auf ungewöhnlichen Substraten sowie für den Einbau unterschiedlicher Bormengen und Codotierungen entwickelt. Die Anlage wird das Wachstum von sehr homogenen Diamantschichten auf Substraten mit bis zu 4 Zoll (~12 cm) Durchmesser ermöglichen, was Kompatibilität mit Prozessiertechnik auch der Halbleitertechnologie im Reinraum sicherstellt. Die Wahl eines Mikrowellen-unterstützten Plasmaprozesses erlaubt durch die ellipsoidale Form der Plasmazone hohe Wachstumsraten, eine hohe Reproduzierbarkeit der Materialeigenschaften und volle Kontrolle über den Gehalt an sp2-Kohlenstoff und die Korngrößen in den erzeugten polykristallinen Diamantfilmen. Die hergestellten Materialien werden in verschiedenen Anwendungen eingesetzt, wie z.B. der photokatalytische Reduktion von CO2, herausfordernden organischen Substraten oder auch N2 sowie der kontrollierten Zersetzung von Schadstoffen. Außerdem werden Elektroden für die biomedizinische Sensorik untersucht, und die Kontrolle des Ladungszustandes von Farbzentren (z.B. NV) in Diamant durch die Aufbringung geeigneter Resonatorstrukturen auf entsprechende Diamant-Quantensensoren wird ermöglicht.

• DFG-Verfahren: Forschungsgroßgeräte
• Großgeräte: Anlage zur Mikrowellenplasma-unterstützten chemischen Gasphasenabscheidung von Diamantfilmen
• Gerätegruppe: 8330 Vakuumbedampfungsanlagen und -präparieranlagen für Elektronenmikroskopie
• Antragstellende Institution: Universität Stuttgart
• Leiterin: Professorin Dr. Anke Krüger