Lokal programmierbare chemische Gasphasenabscheidung mittels eines entdeckten durch Corona-Entladung aufgeladenen Präkursorflusses, der zeitlich und örtlich einstellbares Wachstum ermöglicht

• Antragsteller: Professor Dr. Heiko Jacobs; Dr.-Ing. Leslie Schlag, seit 11/2024
• Fachliche Zuordnung: Beschichtungs- und Oberflächentechnik
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 544048794

Dieses Forschungsprojekt verbindet die klassischen Gebiete der Dünnschichttechnologie und chemischen Gasphasenabscheidung mit einem neu entdeckten lokalisierten Transportmechanismus, um zeitlich und örtlich programmierbares Kristallwachstum zu ermöglichen. Dazu führen wir einen geladenen Fluss aus Präkursormolekülen, die typischerweise in der chemischen Gasphasenabscheidung Verwendung finden durch elektrodynamische Linsen zu vordefinierten Substratpositionen. Die Idee erwuchs aus unserer Forschung zur lokalisierten Abscheidung von mikroskopischen und nanoskopischen Partikeln. Durch Reduktion der Partikelgröße konnten wir die elektrische Leitfähigkeit von erzeugten Nanostrukturen den Literaturwerten von Bulkmaterialien annähern. Doch durch die Nutzung von Partikeln entstehen zwingend poröse Strukturen, die nicht für alle Anwendungen geeignet sind. Unsere Hypothese ist, dass sich durch eine weitere Reduktion der Partikelgröße hin zu Molekülen oder Atomen kristalline Feststoffe abscheiden lassen sollten. In Vorversuchen konnten wir zeigen, dass sich auch Präkursormoleküle für chemische Gasphasenabscheidung durch eine Corona-Entladung elektrisch aufladen und zur lokalisierten Abscheidung bringen lassen. Dies gilt universal für unterschiedliche Moleküle, wie wir in einer ersten Veröffentlichung in dem renommierten Journal ACS Nano zeigen konnten. Eine Anpassung der Abscheideparameter führte sogar zum Wachstum von nano- und polykristallinen Strukturen. Für die zukünftige Forschung schlagen wir eine strukturierte Untersuchung der Abscheideparameter vor, um lokalisiertes und programmierbares Kristallwachstum mittels eines geladenen Präkursorflusses zu ermöglichen. Für stabile Abscheidebedingungen soll ein Reaktor mit multiplen Corona-Entladungsnadeln aufgebaut werden, um alle relevanten Abscheideparameter gezielt und unabhängig voneinander zu untersuchen. So sollen neben verschiedenen Präkursormaterialien und konventionellen Abscheideparametern, wie Temperatur, Konzentration und Atmosphäre, auch die elektrischen Parameter der Corona-Entladung, wie Polung, Spannung und Stromstärke variiert werden. Wir erwarten dabei, neben der Änderung der lokalen Abscheiderate auch eine Änderung in der chemischen Zusammensetzung und der Kristallphase. Letztendlich soll es das Ziel sein, einen lokalisierten Epitaxieprozess zu etablieren. Da konventionelle Modelle und Beschreibungen von Prozessen zur chemischen Gasphasenabscheidung nicht mehr greifen, sollen die gewonnen Erkenntnisse in ein modifiziertes Abscheidemodell für lokalisiertes und dreidimensionales Kristallwachstum einfließen. Dieses wird helfen neu erdachte Bauelemente abzuscheiden, die mit konventionellen Prozessen aus der Mikrotechnologie nicht möglich sind.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Ehemaliger Antragsteller: Dr.-Ing. Johannes Reiprich, bis 11/2024