REM-Aufnahme einer heteroepitaktisch
gewachsenen Diamantschicht

Diamant ist das härteste Material der Welt und somit hat es ein enormes Potential als Verschleißschutzschicht für mechanische Bauteile und Werkzeuge. Mit Hilfe der CVD-Verfahren können Diamantschichten aus einem CH₄/H₂-Gasgemisch auf verschiedene Substrate abgeschieden werden. Für die Herstellung wurden meistens zwei Prozesse, die Mikrowellenplasma-CVD und die Heißdraht-CVD, verwendet.
Auf der Basis von heteroepitaktischen Diamantschichten und der erfolgreichen in-situ-Bor-Dotierung mit Trimethylboran konnten bereits die piezoresistiven Eigenschaften der Diamantschichten für einen funktionsfähigen Diamant-Druck- und -Beschleunigungssensor genutzt werden. Derartige Bauteile können im Motorenbereich des Automobils sowie in die Gravitationssysteme von Flugzeugen eingesetzt werden. Solche Produkte sind jedoch bislang noch nicht industriereif. Es bedarf hier weiterer Forschungsarbeiten zur Reduzierung der hohen Kristalldefektdichte und der viel zu hohen Herstellungskosten. Die Grundlagenerforschung zur Keimbildung, zur Kinetik des Wachstums bei hohen Abscheidungsraten sowie zur kontrollierten Dotierung mit Bor und anderen Verunreinigungen wird bei vielen Anwendungen eine wichtige Rolle spielen.

Ansprechpartner: Xin Jiang

cBN-Schicht, die mittels ECR-MWCVD abgeschieden wurde

Ein anderes hervorragendes Hartstoffschichtmaterial ist das kubische Bornnitrid (cBN). CBN ist ein Material mit einem Spektrum extremer Eigenschaften. CBN ist in manchen Eigenschaften mit dem Diamant vergleichbar, hinsichtlich einiger anwendungsrelevanter Eigenschaften sogar überlegen. Die Herstellung von cBN-Schichten durch Niederdruck-Beschichtungsprozesse wird bereits seit über 20 Jahren verfolgt. Die erreichten Schichtdicken lagen jedoch wegen der hohen inneren Spannungen gewöhnlich unter 200 nm, was für eine kommerzielle Nutzung zu gering ist. Die Schichten bestanden außerdem aus sehr feinen Kristalliten schlechter Qualität. Die japanische Wissenschaftler Zhang und Matsumoto haben kürzlich ein neues Konzept auf der Basis einer speziellen Fluorchemie entwickelt, das die Herstellung dicker (> 20 µm) cBN-Schichten mit geringen Spannungen, guter Substrathaftung und hoher Kristallinität – ähnlich derjenigen von cBN aus der Hochdrucksynthese – erlaubt. Damit wurde erstmals ein Weg zum cBN über eine chemische Gasphasenabscheidung aufgezeigt. Es gibt seit einigen Jahren eine Zusammenarbeit auf diesem Gebiet zwischen uns und diesen beiden Wissenschaftlern, aus der sich einige wichtige Beiträge zur weiteren Entwicklung der cBN-Schichten ergaben. Es ist weiterhin interessant zu untersuchen, inwieweit das Schichtmaterial für die technische Anwendung verwendet werden kann.

Ansprechpartner: Xin Jiang