Strukturbildung und Rauigkeiten an Grenzflächen des Ni-Ag-Legierungssystems

Abstract

Die systematische Modifikation von Oberflächen- und Grenzflächenstrukturen ist von großem Interesse, insbesondere auf dem Gebiet der dünnen Schichten und der Nanotechnologie, wo glatte oder speziell strukturierte Grenzflächen erforderlich sind. In dieser Arbeit wird zunächst die Modifikation der Grenzflächenrauigkeit von Doppellagen des nicht mischbaren Systems Ni-Ag unter Ionenbestrahlung untersucht, mit dem Ziel, die wesentlichen Mechanismen zu identifizieren, die zu Veränderungen an der Grenzfläche führen. Dabei zeigt sich, dass die innere Phasengrenze im Energiebereich vorwiegend nuklearen Energieverlustes (300keV Xe+) konkurrierenden Glättungs- und Aufrauungsmechanismen unterworfen ist und bei geringer Fluenz von der Minimierung des Aufwands an Grenzflächenenergie dominiert wird, was letztlich zur Glättung führt. Die Ergebnisse lassen darauf schließen, dass dieser Mechanismus vorwiegend auf viskoses Fließen in der Thermal-Spike-Phase zurückzuführen ist. Bei hohen Fluenzen kommt es infolge ballistischer Effekte und zunehmendem Ionenmischens zu einer Aufweichung der Grenzfläche. Ferner wird untersucht, inwieweit sich bestimmte Strukturbildungsprozesse hinsichtlich einer definierten Erzeugung von Nanostrukturen durch eine spezielle Oberflächengeometrie des Substrats beeinflussen oder kontrollieren lassen. Zu diesem Zweck werden durch Ionenbeschuss präparierte rippelstrukturierte Templates hoher Ordnung verwendet, um zum einen die Mechanismen des Schichtwachstums kodeponierter NiAg-Legierungsschichten, zum anderen die Entnetzung geschlossener Ni- und NiAg-Filme in fester Phase gezielt zu beeinflussen. Während der Deposition bei erhöhter Temperatur ermöglichen die Oberflächenkorrugationen die Anordnung isolierter metallischer bzw. magnetischer Nanopartikel in linearen Ketten sowie die Selektierung der Inselgröße bei geringer Verteilungsbreite über den Parameter der Rippelwellenlänge, wohingegen bei der Entnetzung zunächst geschlossener Filme die krümmungsinduzierte Diffusion von den Hügeln in die Täler zur Ausbildung von Nanostäben bzw. Nanodrähten führt.