Annihilation freier Volumina und Eigenspannungen in nanokristallinen metallischen Schichten

• Antragsteller: Professor Dr. Harald Schmidt
• Fachliche Zuordnung: Thermodynamik und Kinetik sowie Eigenschaften der Phasen und Gefüge von Werkstoffen ; Mechanische Eigenschaften von metallischen Werkstoffen und ihre mikrostrukturellen Ursachen
• Förderung: Förderung von 2009 bis 2015
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 109158040

Nanokristalline Metalle in Form von dünnen Schichten befinden sich nach ihrer Herstellung mittels geeigneter Abscheidemethoden (z. B. Magnetronsputtern) in einem hochgradigen Nichtgleichgewichtszustand. Glühungen bei Temperaturen in der Nähe der Raumtemperatur führen zu strukturellen Relaxationsprozessen, die mit einer zeitlichen Änderung der Konzentration freier Volumina in den Körnern und in den Korngrenzen einhergehen. Insbesondere ist eine Korrelation mit der Relaxation von Eigenspannungen gegeben. Durch diese Prozesse können sich elektrische, mechanische und magnetische Eigenschaften irreversibel ändern. Ziel dieses Antrags ist die experimentelle Charakterisierung und Modellierung dieser Prozesse in dünnen Metallschichten (5 -150 nm). Hierzu soll eine neuartige Methode eingesetzt werden, die auf der simultanen In-situ-Messung von Gitterkonstanten mit Röntgendiffraktometrie (XRD) und der makroskopischen Längenänderung mit Röntgenreflektometrie (XRR) während isothermer Glühungen basiert. Durch den Einsatz von Synchrotronstrahlung lässt sich eine Zeitauflösung im Bereich unterhalb einer Minute erreichen. Mit der Methode sollen systematisch als Modellsystem verschiedene kubische nanokristalline Metalle (Cu, Pd und Fe) mit unterschiedlicher Kristallstruktur und Dichte, aber auch eine anwendungsrelevante nanokristalline Metall-nitridverbindung ((-TiNx) untersucht werden. Aus den Ergebnissen soll ein Verständnis der strukturellen Relaxationskinetik in Abhängigkeit von der Temperatur, der Schichtdicke und der Korngröße abgeleitet werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen