Glättungsmechanismen beim Ionenbeschuss rauer amorpher Oberflächen

Abstract

Die Untersuchung von Oberflächenstrukturen bildet ein weites Feld aktueller Forschung. Insbesondere unter dem Aspekt der fortschreitenden Miniaturisierung elektronischer Bauteile ist es von Interesse, Oberflächen und Grenzflächen kontrolliert herzustellen und zu verändern. Dafür ist das Verständnis der an der Strukturentwicklung beteiligten Prozesse von fundamentaler Bedeutung. Ein dynamischer Prozess kann als treibende Kraft für die Strukturentwicklung dienen. Diese Rolle wird in dieser Arbeit von Ionenbestrahlung im Energiebereich weniger keV übernommen. Als Materialsystem dienen hier amorphe dünne Schichten. Das Ziel dieser Arbeit ist die Identifikation der Mechanismen, die zu der durch Ionenbeschuss getriebenen Strukturentwicklung führen. Um dieses Ziel zu erreichen, werden experimentelle Untersuchungen und Computer-Simulationen durchgeführt. Auf der experimentellen Seite werden dünne Schichten des metallischen Glases Zr65Al7.5Cu27.5 durch Kokondensation hergestellt. Diese Oberflächen werden anschließend mit Kr+ Ionen der Energie 3 keV bestrahlt. Sämtliche Oberflächen werden bezüglich ihrer Topographie mit einem Rastertunnelmikroskop untersucht. Die so gemessenen Oberflächentopographien werden anschließend anhand von Größen wie der Rauigkeit und verschiedenen Korrelationsfunktionen quantitativ charakterisiert. Zur Aufklärung der atomistischen Prozesse beim Ionenbeschuss werden Molekulardynamik-Simulationen durchgeführt. Als Modellsysteme dienen hier das metallische Glas CuTi sowie das Halbleiterglas Si. Des Weiteren erfolgt auf der Seite der Simulationen eine Modellierung der Strukturentwicklung mittels stochastischer partieller Differentialgleichungen, die durch die Methode der finiten Differenzen numerisch gelöst werden. Im Rahmen dieser Arbeit konnte gezeigt werden, dass die Glättung von strukturierten Oberflächen durch Ionenbestrahlung im Energiebereich weniger keV möglich ist. Darüber hinaus konnten viskoses Oberflächenfließen und ballistischer Transport als wesentliche Glättungsmechanismen identifiziert und abhängig von der betrachteten Strukturgröße quantitativ miteinander verglichen werden.