Controlled delamination of metal films by hydrogen loading

Abstract

In dieser Arbeit wird die Adhäsionsenergie zwischen metallischen Schichten und ihren Substraten quantitativ bestimmt. Dazu wurde mit der Methode der kontrollierten Schichtablösung eine neue Technik entwickelt, bei der die starken Druckspannungen ausgenutzt werden, die während der Wasserstoffbeladung in dünnen, auf harten Substraten haftenden Schichten entstehen. Wenn die in einer H-beladenen dünnen Schicht gespeicherte elastische Energie die Adhäsionsenergie zwischen Schicht und Substrat übersteigt, so löst sich die Schicht lokal vom Substrat ab. Das Einsetzen der Schichtablösung wird durch eine kritische H-Konzentration, eine kritische mechanische Spannung und eine kritische Substratverbiegung charakterisiert, aus denen sich die Adhäsionsenergie quantitativ berechnen lässt. Da die kritischen Werte beim Einsetzen der Schichtablösung gemessen werden, ist plastische Verformung vernachlässigbar. In Mehrfachschichtsystemen kann die Adhäsionsenergie zwischen Substraten und Schichten, die praktisch keinen Wasserstoff absorbieren, mit der Methode der kontrollierten Schichtablösung gemessen werden, wenn die interessierende Schicht mit einem Material, das Wasserstoff gut absorbiert (aktive Schicht), beschichtet wird. Die Messungen sind einfach und können unter gleichen Bedingungen wiederholt werden, während Variablen wie die Dicke der wasserstoffabsorbierenden Schicht oder die Oberflächeneigenschaften des Substrats variiert und optimiert werden können. In dieser Arbeit werden die Adhäsionsenergien verschiedener Materialien auf Polycarbonat und von Niob-Schichten auf Saphir untersucht.