Systematische Untersuchung des Abscheidungsprozesses von TiO2 mit Ionenstrahlzerstäuben

• Antragsteller: Dr. Carsten Bundesmann
• Fachliche Zuordnung: Glas und Keramik und darauf basierende Verbundwerkstoffe ; Herstellung und Eigenschaften von Funktionsmaterialien
• Förderung: Förderung von 2010 bis 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 191257240

Ziel des geplanten Vorhabens ist es, neue Erkenntnisse zum Verständnis des Abscheideprozesses mit Ionenstrahlzerstäuben zu generieren, die es zukünftig erlauben, die Abscheidung von dünnen Schichten zu optimieren und somit dem zunehmenden Bedarf an Schichten mit maßgeschneiderten Eigenschaften Rechnung tragen. Das geplante Vorhaben soll die grundlegenden und erfolgreich durchgeführten Arbeiten aus vorausgegangenen Projekt um wesentliche Aspekte erweitern. Das Ziel des vorhergehenden Projekts war die umfassende und systematische Untersuchung des Abscheideprozesses von monoatomaren Materialien mit Ionenstrahlzerstäuben (am Beispiel von Ag und Ge), d.h. das Ergründen der Zusammenhänge zwischen Prozessparametern (Ionenenergie, Ionensorte, Einfallswinkel und polarer Emissionswinkel), den Eigenschaften der schichtbildenden Teilchen (angulare und energetische Verteilung der zerstäubten Targetteilchen und gestreuten Primärionen) und den Eigenschaften der dargestellten Schichten.Im geplanten Vorhaben sollen diese systematischen Untersuchungen auf ein mehratomiges System erweitert werden, da hier im Gegensatz zu monoatomaren Targets grundlegende neue Effekte auftreten, zum Beispiel das präferentielle Zerstäuben der unterschiedlichen Elemente im Target oder die Erzeugung zusätzlicher Teilchen (Einzelteilchen, Moleküle). Es wird erwartet, dass die räumliche und energetische Verteilungen der verschiedenen Teilchen und deren Abhängigkeit von den Prozessparametern unterschiedlich ist. Bisher sind keine Arbeiten bekannt, die diese Fragestellungen systematisch und umfassend untersucht haben.Exemplarisch soll das System TiO2 untersucht werden, dessen technologische Bedeutung auf dessen Fotoaktivität und dessen optischen Eigenschaften basiert. TiO2 findet deshalb unter anderem Anwendung als Fotokatalysator, in Solarzellen oder in optischen Beschichtungen.Bei der Abscheidung von TiO2 mit Zerstäuben werden zwei technologische Ansätze unterschieden, zum einen die reaktive Abscheidung vom metallischen Ti-Target, bei der die metallische Komponente vom Target zerstäubt während der Sauerstoff gasförmig zugeführt wird, und zum anderen die direkte Abscheidung vom keramischen TiO2-Target, bei der beide Komponenten vom Target zerstäubt werden. Da nur die zerstäubten Teilchen hyperthermische Energien haben, wird deutlich, dass die Energieeinträge in die aufwachsende Schicht und somit die Schichteigenschaften auch von der Wahl des Abscheideansatzes abhängen. Die Arbeiten im neuen Projekt umfassen somit die experimentelle Bestimmung der Eigenschaften der schichtbildenden Teilchen und der dargestellten Schicht und deren Zusammenhänge unter systematischer Variation der Prozessparameter. Die Experimente sollen sowohl für die direkte als auch die reaktive Abscheidung durchgeführt werden. Außerdem sollen Simulationen durchgeführt und aus dem Vergleich mit experimentellen Ergebnissen Schlüsse auf deren Validität und damit ihrer Nutzbarkeit im konkreten Fall gezogen werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen