Diamantartige Nanoschichten auf vorstrukturierten polymerabgeleiteten SiC-Oberflächen

• Applicants: Professorin Dr.-Ing. Nadejda Popovska-Leipertz; Professor Dr. Jörg Woltersdorf (†); Professor Dr. Cordt Zollfrank
• Subject Area: Materials Engineering
• Term: from 2007 to 2009
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 34549461

1. Ergebnisse: Die erste Projektphase lieferte Aussagen über die Möglichkeiten der Erzeugung diamantartiger Nanoschichten auf unterschiedlichen ein- und polykristallinen Siliciumcarbid-Substraten sowie über die Herstellung geeigneter strukturierbarer Template durch Pyrolyse von Polycarbosilanen (PCS). Entsprechend dem Arbeitsplan wurde parallel zu thermokinetischen und quantenchemischen theoretischen Untersuchungen der Bildungsgeschwindigkeit, der Struktur und der Stabilität der sp3-hybridisierten Nanobereiche in umfangreichen Versuchsreihen die Abhängigkeit des selektiven Silicium-Transports aus dem Gitterverband sowie der anschließenden Umstrukturierung von den zahlreichen Prozeßparametern aufgeklärt, wie Ätzgaszusammensetzung (insbesondere das Verhältnis Cl2/H2), Strömungsgeschwindigkeit, Temperatur, Ätzzeit, Morphologie und Orientierung der Substratoberfläche. Mit Atomebenen-abbildenden (HRTEM) und nanochemischen (EFTEM, EELS, ELNES, EDXS) Charakterisierungen der verschiedenen Reaktionsstadien sowie Raman-Methoden konnten optimale prozeßtechnologische Parameter der Diamantbildung ermittelt werden. Bezüglich der Herstellung der PCS-abgeleiteten Template konnten die optimalen Precursor-Gemische und die entsprechenden Pyrolysebedingungen ermittelt werden, die sowohl zur SiC-Bildung führen, als auch - durch variablen molekularen Aufbau und einstellbare rheologische Eigenschaften - eine Mikrostrukturierung der PCS-abgeleiteten SiC-Oberflächen über verschiedenen Substraten (Si-Wafern, Siliconkautschuk: PDMS) möglich machen.2. Fortsetzung: Darauf aufbauend wird nun in der zweiten Projektphase zunächst, im Unterschied zu den bisherigen Versuchen zur Nanodiamant- bzw. CDC-Bildung, die Steuerung der Kohlenstoffphasen-Dynamik über die strukturellen und chemischen Details des Templats angestrebt, dessen Eigenschaften durch das Herstellungsverfahren (Pyrolyse eines präkeramischen Polymerprecursors) und durch Dotierungen mit z.B. katalytisch aktiven Komponenten modifiziert werden können. In Abstimmung damit werden ergänzend die Strukturierungsmöglichkeiten der PCS-abgeleiteten Template untersucht. Dazu werden neue Verfahren für die Strukturierung der PCS über PDMS und Silsesquioxan(PMS)/PCSKomposite entwickelt. Anschließend sollen die an den ein- und polykristallinen Siliciumcarbid-Modellsubstraten gewonnenen Erkenntnisse angewandt werden, um die prozeßtechnologischen Voraussetzungen für die SiC/Nanodiamant-Transformation an vorstrukturierten, PCS-abgeleiteten Siliciumcarbid-Templaten zu schaffen, wobei als Anwendungsbeispiel von aktuellem Interesse die Herstellung diffraktiver, mikrooptischer Bauelemente angestrebt wird.

• DFG Programme: Research Grants