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Projekt
Einfluss des elektrischen Feldes auf die Materialeigenschaften mittels Atomlagenabscheidung hergestellter Oxid-Dünnschichten: Experimentelles und rechnergestütztes Design (ALDBIAS)
Antragstellerinnen / Antragsteller
Professor Dr. Marek Sierka; Dr. Adriana Viorica Szeghalmi
Fachliche Zuordnung
Herstellung und Eigenschaften von Funktionsmaterialien
Förderung
Förderung von 2016 bis 2021
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 319413903
Das ALDBIAS Projekt verfolgt sowohl technologische als auch grundlegende wissenschaftliche Ziele. Es zielt auf die Weiterentwicklung der plasma-unterstützenden Atomlagenabscheidung (PEALD) durch das Anlegen eines elektrischen Feldes (bias) zur Abstimmung der Materialeigenschaften auf atomarer Ebene. Das wissenschaftliche Ziel des Projekts ist die umfassende Erkenntnis über den Zusammenhang zwischen Materialeigenschaften und den Faktoren, welche die PEALD-Synthese dünner Oxidschichten beeinflussen, mit oder ohne bias. ALDBIAS wird voraussichtlich den Einfluss aufzeigen, welcher ein externes elektrisches Feld auf den Wachstumsprozess oxydischer Materialien, die Materialverdichtung und die Kristallisation dünner Schichten, die Porenbildung, sowie auf die Vermischung und die mechanischen Eigenschaften von Verbundoxiden hat. Die Verbindung dieses Wissens mit den umfangreichen Fachkenntnissen des SPP 1959 Konsortiums im Bereich Festkörperverhalten von Oxiden ist essentiell für den Entwurf von Verbundwerkstoffen mit verbesserten Eigenschaften und für die Entwicklung neuartiger Synthese-Verfahren. Im Gegenzug haben die Ergebnisse der ALDBIAS Projekts eine denkbar große Relevanz für weitere Projekte innerhalb des Konsortiums. PEALD ermöglicht durch die Modifikation der Plasma-Parameter nur eine begrenzte Kontrolle über die Materialeigenschaften. Im Gegensatz dazu ergibt das Anlegen eines elektrischen Feldes während der ALD mehr Möglichkeiten zur Beeinflussung des Materials, wodurch eine signifikante Verbesserung der Dünnschichteigenschaften zu erwarten ist. Eine umfangreiche Erkenntnis über die Struktur, den Bildungsmechanismus und deren Abhängigkeit von einem externen Feld auf atomarer Ebene ist die Vorrausetzung für die optimale Kontrolle der Schicht- und Materialeigenschaften. Jedoch ist der experimentelle Zugang zu diesen Wissen aufgrund komplexer Schichtstrukturen, komplizierter Bildungsmechanismen und problematischer Erfassung von Schichteigenschaften im Nanometermaßstab schwierig. Daher ist das grundlegende wissenschaftliche Ziel des ALDBIAS die Beantwortung dieser Fragestellungen durch das Verknüpfen von experimentellen als auch rechnerischen Untersuchungen.Der Einfluss des Bias auf den PEALD-Prozess wird detailliert auf atomarer Ebene an einer mehrstufigen Hierarchie von Systemen mit wachsender Komplexität untersucht. Hierzu wird die Untersuchung an einer genau definierten kristallinen Oberfläche begonnen und an komplexen Einzel- und Mehrkomponentensystemen fortgeführt. Die Ergebnisse des Projektes werden die Herstellung von PEALD Beschichtungen mit verbesserten mechanischen Eigenschaften steuern indem ein Verständnis der Schichtstruktur auf atomarer Ebene gewonnen wird. Explizit werden die Verdichtung der Schichten, die Porenbildung aufgrund von Defekten, Liganden und reaktiver Spezies sowie der Mechanismus der Bildung von Schichtspannungen aufgrund von Adhäsionskräften zwischen Schicht und der Grenzfläche aufgeklärt.
DFG-Verfahren
Schwerpunktprogramme
