Partikelinduzierte Schichtdefekte
Untersuchungen zum Vakuumbogen-Verdampfungsverhalten von modifizierten Grafitkathoden und Einfluss auf die Partikel-induzierten Defekte in abgeschiedener (t)a-C-Schichten mit und ohne Dotierstoff
Dünne PVD-Hartstoffschichten werden bereits einige Jahrzehnte eingesetzt, um gezielt die mechanischen, tribologischen oder elektrochemischen Eigenschaften von Bauteilen zu verbessern. Eine besondere Bedeutung hat das Vakuumbogen- bzw. Arc-Verfahren erreicht, weil es sich neben einem hohen Ionisierungsgrad des Beschichtungsplasmas durch eine robuste Verdampfertechnik mit stabiler Prozessführung auszeichnet. Bei allen Vorteilen der Arc-Verfahren haben diese auch einen inhärenten Nachteil, nämlich die Droplet- bzw. Partikelemission, die untrennbar mit dem Austrittsprozess am Fußpunkt des Lichtbogens aus dem verdampften Kathodenmaterial zusammenhängt. Bei ta-C-Schichten ist dieses Phänomen besonders ausgeprägt zu beobachten und führt in den abgeschiedenen Schichten zu Defekten und harten Rauheitsspitzen, welche die Schichten für viele Anwendungen unbrauchbar machen bzw. einen hohen Aufwand in der Nachglättung der Schichten erfordern.
Werden statt Grafitkathoden, wie sie für die Herstellung von ta-C-Schichten verwendet werden Komposit-Grafite eingesetzt, um dotierte Schichten wie ta-C:B oder ta-C:Mo zu erhalten, sinkt überraschenderweise der Anteil der Defekte bis zu einem Faktor 10, je nach Dotierstoff.
In diesem Projekt soll herausgefunden werden, was der Grund für die drastische Reduktion der Defekte durch die Modifizierung der Grafitkathoden ist. Dazu werden sowohl die Prozesse an der Kathode, des Plasmatransports als auch Wachstumsphänomene an den Substraten untersucht. Ziel ist es ein umfassendes Verständnis über die Bildung von partikelinduzierten Defekten in mittels Arc-Verfahren hergestellten Kohlenstoffschichten zu erlangen.
Bild 1
Bild 1. Durch Leuchtspuren im Foto sichtbare Partikelemission bei Arc-Entladung einer Grafitkathode (links), REM-Querschnitt einer ta-C-Schicht mit Partikel-induzierten Schichtdefekten (mitte) und mittels alternierender Cr-Zwischenschichten sichtbar gemachtes Wachstum von zwei Partikel-induzierten Schichtdefekten in ta-C (rechts).