Abscheidung von CVD-Diamantschichten  an der Atmosphäre
  • Uni/Hochschule: BIAS - Bremer Institut für angewandte Strahltechnik GmbH
  • Land: Deutschland
  • Autor(en): M.Sc. Markus Prieske
  • Artikel vom: 09 September 2017
  • Seitenaufrufe: 484
  • Artikel Nummer: 062-046
  • Kategorie(n): Laserbearbeitung, Polieren-Finishen-Feinstbearbeitung, Mikrowerkzeuge, Werkzeuge i.d. Umwelttechnologie, Diamant-/diamantähnlich beschichtete Werkzeuge
  • Schlüsselbegriffe: Beschichtungstechnologie, Lasern, Lasertechnologie
  • Abscheidung von CVD-Diamantschichten an der Atmosphäre

    Synthetisch hergestellte polykristalline Diamantschichten haben sich in der Industrie als bewährte Funktionsschichten etabliert. Diamantschichten finden aufgrund höchster Verschleißfestigkeit, welche auf höchste Härte sowie chemischer Inertheit zurückzuführen ist, Anwendung als Verschleißschutzschicht auf Werkzeugen für die industrielle Produktionstechnik. Weitere vielfältige, herausragende Eigenschaften wie exzellente thermische Leitfähigkeit, hoher elektrischer Widerstand, große optische Bandlücke und einer guten Biokompatibilität machen Diamantschichten prädestiniert für viele Anwendungen, beispielsweise im Bereich der Optik, wie der Spektroskopie mit infrarotem Licht oder im Bereich der Halbleitertechnologie zur Kühlung elektronischer Schaltungen. Gemäß dem Stand der Technik erfolgt die Herstellung von polykristallinen Diamantbeschichtungen jedoch ausschließlich in Prozesskammern, überwiegend mittels der chemischen Gasphasenabscheidung (CVD). Die bekanntesten kommerziell erhältlichen Verfahren sind das Mikrowellen Plasma-CVD [1] und das Heißdraht-CVD [2]. Die vakuumkammerbasierten Prozesse bringen dabei viele Nachteile mit sich, wie die geometrische Beschränkung oder auftretende Zeitverluste durch Ein- und Ausschleusen in die Kammer. Um diese Nachteile zu überwinden wurde am BIAS – Bremer Institut für angewandte Strahltechnik GmbH ein weltweit einzigartiger Prozess entwickelt, welcher eine Diamantschichtabscheidung unter atmosphärischen Bedingungen ermöglicht. Der Prozess basiert auf einer Argonplasmaflamme, die mittels eines CO2 Lasers mit Energie versorgt wird, siehe Abbildung 1 [3]. Als Reaktionsgase werden Methan und Wasserstoff der Plasmaflamme zugeführt. In der hochenergetischen Plasmaflamme dissoziieren die Moleküle und ermöglichen bei definierter Substrattemperatur ein Diamantwachstum. Mit diesem CO2-laserbasierten Plasma (LaPlas) CVD Prozess ist es möglich, Wachstumsraten von bis zu 30 µm/h zu erzielen. Die Plasmaflamme und das radiale Wachstum der CVD Diamantschicht ermöglichen Abscheidungen auf komplexen Geometrien (siehe Abb. 2 unten). Die polykristalline Kristallstruktur der Beschichtung ist in Abbildung 2 (oben links) auf einer Laserscanning Mikroskopaufnahme zu sehen. Der Peak im Ramanspektrum (Abb. 2 rechts) weist eindeutig nach, dass der Kohlenstoff in der Diamantmodifikation gebunden ist.

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