@phdthesis{Huppmann2020,
  author    = {Huppmann, Sophia},
  title     = {Atomlagenabscheidung von Oxidschichten auf Edelmetalloberfl{\"a}chen und deren Haftung},
  doi       = {10.25972/OPUS-20708},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-207085},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2020},
  abstract  = {Ziel dieser Arbeit war die Untersuchung einer Passivierungsschicht auf Silber, um es vor Degradation unter Feuchte oder Schadgasen zu sch{\"u}tzen. Dazu wurden Al\(_2\)O\(_3\) und Ta\(_2\)O\(_5\) mittels Atomlagenabscheidung (atomic layer deposition: ALD) auf polykristallinen Silberoberfl{\"a}chen abgeschieden und deren Wachstum und Haftung analysiert. Zum Vergleich wurden die Edelmetalle Gold und Platin herangezogen. Die Beurteilung der Barriereeigenschaften gegen{\"u}ber Schadgas erfolgte mittels einer Ozon-Behandlung in der ALD-Prozesskammer. Es zeigte sich, dass nur ALD-Schichten, die bis zu eine Abscheidetemperatur von unter 140~°C abgeschieden wurden, eine ausreichende Barrierewirkung liefern konnten. Erkl{\"a}rt werden konnte dieses Ph{\"a}nomen durch unterschiedliche Wachtumsregime f{\"u}r unterschiedliche Abscheidetemperaturen zwischen 100 und 300~°C, die in einer temperaturabh{\"a}ngigen Bedeckung der Silberoberfl{\"a}che resultieren. W{\"a}hrend bei niedrigen Temperaturen eine geschlossene Schicht aufw{\"a}chst, findet ALD-Wachstum bei h{\"o}heren Temperaturen, beginnend {\"u}ber 115~°C, nur an Korngrenzen, Stufenkanten und Defekten statt. Es wurden verschiedene Oberfl{\"a}chenbehandlungen untersucht und nur eine Vorbehandlung mit H\(_2\)O bei 100~°C in der ALD-Prozesskammer konnte auch bei h{\"o}heren Temperaturen zu einem geschlossenen Schichtwachstum f{\"u}hren. In-vacuo XPS Untersuchungen der ersten Zyklen des Al\(_2\)O\(_3\)-Wachstums bei 100 und 200~°C auf Silber wurden miteinander und mit einer Silizium Referenzprobe verglichen. Bei beiden Wachstumstemperaturen kam es nicht zur Oxidation von Ag. Ab dem ersten TMA-Puls konnten Al-Verbindungen auf der Oberfl{\"a}che nachgewiesen werden. Es zeigte sich, dass TMA auf der Ag-Oberfl{\"a}che zu Methylaluminium und Methylresten dissoziieren und an Adsorbaten anbinden kann. Zus{\"a}tzlich zeigte sich ein erh{\"o}htes, nicht ges{\"a}ttigtes Wachstumsverhalten bei 200~°C, das {\"u}ber einen Sauerstoffdiffusionsprozess erkl{\"a}rt werden kann. Sauerstoff-Verunreinigungen, die sich in der Silberschicht befinden, konnten {\"u}ber Korngrenzendiffusion an die Oberfl{\"a}che gelangen und dort mit TMA reagieren. Aufgrund von Oberfl{\"a}chendiffusion bei h{\"o}heren Temperaturen gab es eine stabile Adsorption nur an Korngrenzen, Stufenkanten und Defekten. Nur die Si-Oberfl{\"a}che zeigte ein typisches ALD-Wachstum. Auf Pt und Au lag unabh{\"a}ngig von weiteren Vorbehandlungen bei allen Beschichtungstemperaturen ein geschlossenes ALD-Anwachsen vor. Damit eignete sich Au gut um die Barriere-Eigenschaften der ALD-Schicht gegen Feuchtigkeit in Abh{\"a}ngigkeit von der Wachstumstemperatur nachzuweisen. Dies wurde mit einer cyanidischen {\"A}tzl{\"o}sung getestet. W{\"a}hrend f{\"u}r eine Barriere gegen Ozon bereits eine d{\"u}nne geschlossene Schicht, abgeschieden bei 100~°C ausreicht, musste gegen die {\"A}tzl{\"o}sung eine h{\"o}here Beschichtungstemperatur verwendet werden. F{\"u}r die Bewertung der Haftung der Passivierungsschicht wurde neben den {\"u}blichen einfachen Tesatest und Schertest, ein pneumatischer Haftungstest entwickelt und eingesetzt. Daf{\"u}r wurde die Methode des Blistertest angepasst, der urspr{\"u}nglich f{\"u}r die Bestimmung der Haftung organischer Schichten, wie beispielsweise Kleber und Lacke, eingesetzt wurde, sodass er sich f{\"u}r die Untersuchung d{\"u}nner Schichten eignet. Dazu wurde die zu testende Grenzfl{\"a}che mittels eines Si-Tr{\"a}gers mechanisch unterst{\"u}tzt. Hierdurch kann die Deformation der Schicht minimiert werden und es kommt stattdessen zu einem Bruch. Die Delamination der Testschicht wurde durch das Anlegen des hydrostatischen Drucks erreicht, was eine gleichm{\"a}ßige Kraftverteilung gew{\"a}hrleistet. Die Proben ließen sich mittels Standard-D{\"u}nnfilmtechnologie herstellen und k{\"o}nnen damit industriell gut eingesetzt werden. Sowohl der Messaufbau als auch die Probenpr{\"a}paration wurden in dieser Arbeit vorgestellt. Es wurde mittels der beiden Bondmaterialien AuSn und Indium die maximal bestimmbare Adh{\"a}sionsspannung evaluiert und daf{\"u}r Werte von (0,26 \(\pm\) 0,03) \(\cdot 10^9 \) Pa f{\"u}r AuSn und (0,09 \(\pm\) 0,01) \(\cdot 10^9 \) Pa f{\"u}r In bestimmt. Da im In bereits bei sehr niedrigen Dr{\"u}cken ein koh{\"a}sives Versagen auftritt, eignet sich AuSn besser f{\"u}r die Messung anderer Grenzfl{\"a}chen. Damit wurden schließlich die Grenzfl{\"a}chen ALD-Al\(_2\)O\(_3\) und ALD-Ta\(_2\)O\(_5\) auf Ag mit H\(_2\)O-Vorbehandlung sowie ALD-Al\(_2\)O\(_3\) auf Pt untersucht. Es wurden die folgenden Adh{\"a}sionsspannungen erreicht: F{\"u}r ALD-Al\(_2\)O\(_3\) auf Ag: (0,23 \(\pm\) 0,01) \(\cdot 10^9 \) Pa, f{\"u}r ALD-Ta\(_2\)O\(_5\) auf Ag: (0,15 \(\pm\) 0,03) \(\cdot 10^9 \) Pa und f{\"u}r ALD-Al\(_2\)O\(_3\) auf Pt: (0,20 \(\pm\) 0,01) \(\cdot 10^9 \) Pa. Somit wurde best{\"a}tigt, dass mit Hilfe der Vorbehandlung der Ag-Oberfl{\"a}che die ALD-Al\(_2\)O\(_3\)-Schicht nicht nur geschlossen ist, sondern auch ausreichend gut haftet und sich damit hervorragend als Barriere eignet.},
  subject      = {Aluminiumoxide},
  language  = {de}
}