Wachstumsanalyse amorpher dicker Schichten und Schichtsysteme

Abstract

Mit Hilfe des Kontinuumsmodells, basierend auf einer stochastischen Differentialgleichung, konnten bisher Oberflächen von dünnen Schichten bei deren Wachstum beschrieben werden. Zur Weiterführung und Verifizierung der Anwendbarkeit auf große Schichtdicken und Mehrfachschichten wurden entsprechende Untersuchungen an dem System Zr65Al7.5Cu27.5 und dem Mehrfachsystem Zr65Al7.5Cu27.5 / Zr65Al35 durchgeführt.Es zeigt sich, dass die Gültigkeit der Beschreibung für die untersuchten amorphen ZrAlCu-Schichten eine obere Schichtdickengrenze im Bereich von 500nm aufweist. Bei deutlich darüber liegenden Schichtdicken kommt es nicht zu dem erwarteten Sättigungsverhalten der Rauigkeit und der Strukturgröße, wie es die mathematisch-theoretische Modellierung voraussagt. Vielmehr kann gezeigt werden, dass auch bei Schichtdicken oberhalb von 1000nm ein Hügelwachstum auftritt, das durch weitere Ausprägung der lateralen und vertikalen Struktur sowie gleichzeitiger Überstrukturbildung gekennzeichnet ist.Für die aus variierten Zusammensetzungen bestehenden Mehrfachschichten ist das Wachstum einer neuen oder veränderten Schicht auf einer bereits strukturiert vorhandenen Unterlage wesentlich durch die vorgegebene Struktur geprägt, vor allem in den Frühstadien. Mit zunehmender Bedeckung kommt es schließlich zu einer der reinen Schicht entsprechenden Morphologie, wobei nichtlineare Effekte eine erhöhte Rauigkeit aufgrund der gegebenen Anfangsbedingungen (Struktur der Unterlage) hervorrufen. Die relative Weiterentwicklung der Rauigkeit entspricht dabei der einer vollständig rein aufgewachsenen Schicht. Die Kontinuumsbeschreibung erlaubt dabei eine gute Modellierung der experimentell gefundenen Morphologieveränderung mit Ausnahme des direkten Übergangsbereiches verschiedener Schichten. Hierzu werden Molekulardynamiksimulationen herangezogen.Die durch Rastersondenmikroskopie gewonnenen Ergebnisse werden durch diffuse Röntgenstreuung sowie durch Röntgenreflektivitätsmessungen bestätigt.