Herstellung und Eigenschaften von elektrochemisch abgeschiedenen Kupferkompositschichten mit eingelagerten Kohlenstoffnanoröhren
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Im vorliegenden Projekt konnten CNT-Cu-Kompositschichten mittels Elektroplating erfolgreich abgeschieden und untersucht werden. Neben der Evaluierung der CNTs (Zunächst Eigenherstellung, später Verwendung kommerzieller Multiwall-Kohlenstoffnanoröhren), des Abscheideprozesses und Bestimmung des Prozessfensters, lag der Schwerpunkt in der Charakterisierung der abgeschiedenen Kompositschichten vergleichend zu "reinen" Cu-Schichten. Bei den Abscheideexperimenten mit DC-Stromquelle hat sich gezeigt, dass aufgrund der Verarmung der Elektrolytrandschicht am Substrat eine geschichtete Mikrostruktur entsteht, die aus einer feinkristallinen Kupferschicht an der Substratseite und einer darauf folgenden, mehr oder weniger dicken grobkristallinen Kupferschicht besteht. Letztere ist typisch für "reine" Cu- Schichten, die mittels Elektroplating und unter Zugabe von organischen Additiven abgeschieden werden und bei RT rekristallisieren (Self-Annealing). Durch Badumwälzung und gepulstes Elektroplating kann ein Prozessfenster derart ermittelt werden, dass durch eine gezielte Parameterwahl für die forward- und reverse-Pulse die grobkristalline Deckschicht teilweise oder vollständig nach jedem forward-Puls wieder abgetragen wird, so dass ein vollständig feinkristallines Gefüge mit CNT-Einlagerung erhalten werden kann. Die so entstehenden CNT-Cu-Kompositschichten haben im Vergleich zu "reinen" Cu-Schichten einen leicht erhöhten und über die Zeit konstanten Widerstand (kein Self-Annealing). Die mechanischen Eigenschaften (Härtewerte) sind geringfügig besser, wobei wegen der geringen Dichte der CNTs und noch bestehender Probleme in der Homogenität (bzgl. der homogenen Verteilung der CNTs in der Cu-Matrix) systematische und statistisch abgesicherte Ergebnisse bisher nicht angegeben werden können. Im Verlaufe von Zugexperimenten zeigte sich im REM ein deutlicher Pull-Out-Mechanismus, der auf ein signifikant verändertes mechanisches (plastisches) Verhalten der CNT-Cu-Kompositschichten hinweist. Aufgrund der mittlerweile in großen Mengen kommerziell verfügbaren, funktionalisierten Multiwall-Kohlenstoffnanoröhren ist nach weiteren Grundlagenuntersuchungen und technologischen Entwicklungen ein breites Anwendungsfeld für diese Kompositschichten speziell für Anwendungen mit erhöhten Anforderungen an Zuverlässigkeit und Belastbarkeit vorstellbar.
