Molekulardynamische Modellierung und Validierung der Herstellung und der Struktur-Eigenschafts-Korrelationen von SiC/SiN-Nanolaminaten

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In der ersten Förderperiode dieses Projektes wurden dünne Ein-, Zwei- und Viellagenschichten aus SiC und SiN auf Si durch Magnetronzerstäuben (Sputtern) von keramischen Targets abgeschieden und umfassend von der Mikro- bis zur Nanometerskala charakterisiert. Parallel zu den Experimenten wurden der Zerstäubungsprozess an den Targets mittels Molekulardynamik (MD) sowie erstmals die Abscheidung kristalliner SiC- und SiN-Schichten auf Si-Substraten atomistisch simuliert. Um das heuristische Stadium der Beschichtungsentwicklung zu verlassen, werden zur gezielten Herstellung verbesserter Beschichtungen die MD-Simulationen unter Einbeziehung von Werkstoffgradienten und Modifizierung der Eigenspannungszustände in den Grenzflächen durch Variation des Ionenbeschusses während des Schichtwachstums mit experimenteller Validierung eng verzahnt. Im Fortsetzungsantrag werden weitere parallele Arbeiten auf experimenteller und Simulationsseite zur Vertiefung der Kenntnisse über die mechanischen Eigenschaften von Viellagenschichten vor-geschlagen. Dazu sollen zum einen an SiC- und SiN-Einlagenschichten sowie an SiC/SiN-Viellagenschichten mit unterschiedlicher Lagendicke mit und ohne modifizierte Grenzflächen Nanoindentierungsexperimente mit einer Diamantspitze zur Bestimmung von Härte und elastischem Modul rechnerisch nachvollzogen und die Berechnungsergebnisse durch geeignete Anpassungen der Modelle an die realen Bedingungen bis zur Übereinstimmung mit den Messungen abgeglichen werden. Zum anderen soll mit Hilfe von Simulationen gezielt die Rissausbreitung in SiC/SiN-Nanolaminaten untersucht und mit entsprechenden Experimenten verglichen werden.