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Siegmar Schoser
Oberflächenmodifikation und Beschichtung komplexer Bauteile mittels Plasma-Immersions-Implantation
Betreuer: Prof. Dr. B. Rauschenbach [Experimentalphysik IV]
Datum der mündlichen Prüfung: 10.12.1998
deutsch
In dieser experimentellen Arbeit werden Einsatzmöglichkeiten der Plasma-Immersions-Implantation (PII) für Veränderungen der Oberflächeneigenschaften komplex geformter Bauteile evaluiert. Beim PII-Verfahren wird an Bauteile, die in ein Plasma eingebracht wurden, eine gepulste negative Hochspannung (hier bis zu 45 kV) angelegt, wodurch Ionen aus dem Plasma heraus auf die Probenoberfläche hin beschleunigt und in diese implantiert werden.

In einem ersten Teil wird die Kombination von PII mit einem Beschichtungsverfahren untersucht. Anhand des Schichtsystems TiN wird exemplarisch dargestellt, welche Auswirkungen unterschiedliche Parameter der PII (Pulslänge, Frequenz und Pulshöhe) bei verschiedenen Abscheideparametern auf die Schichteigenschaften haben. Hierzu wurde erstmals ein Magnetron-Sputterplasma als Plasma für die PII eingesetzt. Zur Erläuterung der Ergebnisse werden einige rasterelektronenmikroskopische Aufnahmen von Bruchkanten und Oberflächen sowie Röntgenbeugungsergebnisse herangezogen.

In einem weiteren Teil sind Ergebnisse von Stickstoffionenimplantationen mittels ECR-PII in häufig in der Industrie eingesetzte Aluminiumlegierungen gezeigt. Anhand der Legierungen AlMgSi1 und AlMg0.3Si7 wird das Verhalten der Legierungsbestandteile Mg und Si ebenso betrachtet, wie die AlN-Bildung und der Sauerstoffgehalt in der Oberflächenschicht in Abhängigkeit von den Implantations- und Plasmaparametern. Hierzu werden vor allem Ergebnisse von ESCA-Analysen dargestellt.

Sowohl durch die Betrachtung dieser beiden Verfahren als auch mit den Ergebnissen von Argonionensputtern von Tantaloxidschichten durch PII wird erläutert, inwiefern komplex geformte Geometrien die homogene Oberflächenbehandlung im PII-Verfahren beeinträchtigen. Insbesondere U-Profile zeigen überraschende Effekte.