Teilautonome kombinatorische Sputteranlage zur Herstellung multinärer Schicht-Materialbibliotheken

• Fachliche Zuordnung: Materialwissenschaft
• Förderung: Förderung in 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 461339242

Es wird eine kombinatorische Beschichtungsanlage beantragt, die eine teilautonome Herstellung von multinären Dünnschicht-Materialbibliotheken durch (reaktives) Ko-Sputtern, gleichzeitig aus bis zu acht Quellen, ermöglicht. Teilautonom bedeutet hier, dass (I) die Anlage bis zu 10 Materialbibliotheken ohne Nutzerinteraktion herstellen kann und (II) durch Koppelung mit Materialinformatik-Software es ermöglicht wird, das Design der 10 Materialbibliotheken während einer Beschichtungsreihe zu adaptieren oder neu zu erstellen. Dazu soll die Anlagensoftware auch durch externe Softwaretools bedient werden können. So können Ergebnisse aus der Hochdurchsatz-Charakterisierung der ersten Materialbibliotheken in einer 10er Reihe in das Design der darauffolgenden Materialbibliotheken eingehen und ggf. notwendige Anpassungen in den Prozessparametern vorgenommen werden. Die beantragte Anlage ermöglicht die effizientere Exploration multidimensionaler Parameterräume zur Entdeckung und schnellen Weiterentwicklung neuer multinärer Materialien (metallische Legierungen, oxidische und nitridische Systeme). Z.B. bestehen neuartige Hochentropielegierungen für die Elektrokatalyse aus mindestens fünf Elementen und für elektrochemische Messungen werden Elektrodenschichten benötigt. Weiterhin müssen die Sputterquellen zur effizienten Abdeckung des multinären Zusammensetzungsraums ohne Targetwechsel permutiert werden, sodass die Anlage über acht Quellen verfügen muss. Die Anlage muss weiterhin über in situ Beschichtungsratenbestimmung verfügen, um Zusammensetzungsanpassungen teilautonom vornehmen zu können. Die Sputterquellen müssen mit Gleichstrom, Hochfrequenz und HPPMS betrieben werden können, um eine möglichst große Palette unterschiedlicher Materialien herstellen zu können und deren Eigenschaften über die Kontrolle des Plasmas einstellen zu können. Die Anlage soll weiterhin über ein bewegliches Blendensystem verfügen sowie Schattenmaskierung, um weitere Designmöglichkeiten hinsichtlich der Einstellung von Schichtdicken- und Zusammensetzungsgradienten zu ermöglichen.

• DFG-Verfahren: Forschungsgroßgeräte
• Großgeräte: Teilautonome kombinatorische Sputteranlage zur Herstellung multinärer Schicht-Materialbibliotheken
• Gerätegruppe: 8330 Vakuumbedampfungsanlagen und -präparieranlagen für Elektronenmikroskopie
• Antragstellende Institution: Ruhr-Universität Bochum
• Leiter: Professor Dr.-Ing. Alfred Ludwig