Oberflächen- und Dünnschicht-Technologie

Ein bedeutender Trend in der Materialwissenschaft ist der zunehmende Einsatz von Methoden, durch die die Zusammensetzung und die Mikrostruktur im oberfHichen nahen Bereich der Bauteile in kontrollierter Weise modifiziert werden. Dabei handelt es sich urn Methoden, die auf der Anwendung von Laserstrahlen, Ionen strahlen, Elektronenstrahlen, Plasmatechniken, UV- und Synchrotronstrahlung beruhen, also von energiereichen Teilchen und Quanten Gebrauch machen, urn Eigenschaften und Strukturen der OberfHichen und Randschichten von Festkarpern zu verandern. Diese Methoden stellen neue Techniken dar, die im wesentlichen im letzten lahrzehnt entwickelt und in die Fertigung eingefuhrt wurden. Zahlreiche Beispiele hierftir kommen aus so unterschiedlichen Gebieten wie Tribologie der Metalle, Katalyse, Halbleiter, Polymere und Kunststoffe, umfassen also aIle Klas sen von Werkstoffen und reichen mit ihren Anwendungen vom Maschinenbau tiber die chemische Verfahrenstechnik, die Formteilefertigung, die Elektroindustrie bis hin zur Mikroelektronik, Optoelektronik und Mikromechanik. Urn nur einige Beispiele zu nennen: Bei Metallen kannen Harte, VerschleiB- und Korrosionsfestigkeit durch Laser strahlverfahren und Ionenimplantation betrachtlich erhaht werden, da sich auf diese Weise Randschichten mit Zusammensetzungen und Mikrostrukturen fernab vom thermodynamischen Gleichgewicht erzeugen lassen. Gegentiber den durch Be schichtung hergestellten Vergtitungsschichten, tiber die im Teil I dieser zweibandi gen Monographie (Band 5 der WFT -Reihe) berichtet wurde, zeichnen sich modifi zierte Randschichten dadurch aus, daB neuartige Zusammensetzungen und Mikro strukturen auf einem WerkstUck erzeugt werden kannen, wie sie mit herkammli chen Verfahren nicht herstellbar sind. AuBerdem treten Probleme der Adhasion bei modifizierten Randschichten nicht auf. .

Inhalt
1 Oberflächenmodifikation ein Überblick.- 1.1 Einleitung.- 1.2 Laserstrahl-Verfahren.- 1.3 Ionenstrahl-Verfahren.- 1.4 Elektronenstrahl-Verfahren.- 1.5 Plasma-Verfahren.- 1.6 Diamantschichten-Herstellung als Anwendung der Plasma- und der Ionenstrahltechnik.- 1.7 Mikrotechnologien als Anwendung von Methoden der Oberflächenund Dünnschicht-Technologie.- 1.8 Konventionelle Verfahren der Oberflächenmodifikation.- 2 Modifizierung von Oberflächen durch Laserstrahl-Verfahren.- 2.1 Überblick.- 2.2 Laser für die Materialbearbeitung.- 2.3 Wechselwirkung zwischen Strahlung und Werkstoff.- 2.4 Laserinduzierte chemische Reaktionen an Oberflächen.- 2.5 Anwendungen in der Materialbearbeitung.- 2.6 Anwendungen in der Elektronik- und Dünnschicht-Technologie.- 3 Modifizierung von Oberflächen durch Ionenstrahl-Verfahren.- 3.1 Einleitung.- 3.2 Grundlagen der Ionenimplantation.- 3.3 Implantation von Ionen in Halbleiter.- 3.4 Implantation von Ionen in Metalle.- 3.5 Ionenimplantation in Isolatoren und Polymere.- 4 Modifizierung von Oberflächen durch Elektronenstrahl-Verfahren.- 4.1 Einleitung.- 4.2 Wirkungen des Elektronenstrahls auf die Materie.- 4.3 Vergleich der Wechselwirkung von Elektronen- und Laserstrahlen mit einem Target.- 4.4 Thermische Elektronenstrahlverfahren.- 4.5 Nichtthermische Elektronenstrahlverfahren.- 4.6 Anwendungen von strahlenchemischen Wirkungen der Elektronenstrahlen.- 5 Modifizierung von Oberflächen durch Plasma-Verfahren.- 5.1 Einleitung.- 5.2 Erzeugung von Mikrowellen-Plasmen.- 5.3 ECR-Mikrowellen-Ionenquellen.- 5.4 Anwendungen der Plasmatechnik.- 6 Diamantschichten-Herstellung als Anwendung der Plasma- und der Ionenstrahltechnik.- 6.1 Zur Entwicklung des Arbeitsgebietes.- 6.2 Wachstum der Diamantschichten.- 6.4 Über die Rolle des Wasserstoffes beider CVD-Diamant-Abscheidung.- 6.4 Diamant-Abscheidung durch Ionenstrahl-Technik.- 6.5 Eigenschaften und Anwendungen von Diamantschichten.- 7 Mikrotechnologien als Anwendung von Methoden der Oberflächen- und Dünnschicht-Technologie.- 7.1 Einleitung.- 7.2 Herstellung von Siliciumscheiben.- 7.3 Dotierung von Halbleitern.- 7.4 Schichttechnik.- 7.5 Lithographie.- 7.6 Ätztechnik.- 7.7 Anwendungen in der MOS-Technologie.- 7.8 Weitere Mikrotechnologien.- 8 Anhang: Die konventionellen Verfahren des Randschichthärtens von Metallen.- 8.1 Mechanische Verfahren.- 8.2 Thermische Verfahren zum Randschichthärten.- 8.3 Thermochemische Diffusionsverfahren.- Literatur.