Quantenchemische Studien chemischer Reaktionen in amorphen Siliciumnitriden und Kohlenstoffnitriden

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Amorphes Siliciumnitrid und Kohlenstoffnitrid sind zwei Materialien, die in den vergangenen Jahren zunehmend an Bedeutung in der Halbleiterelektronik und für mechanische Anwendungen gewonnen haben. Bedingt durch die amorphe Struktur sind Phänomene wie chemische Bindung, Reaktionspfade und Diffusion von Atomen aber nur schwer oder überhaupt nicht experimentell zugänglich, obwohl Fremdatome - und insbesondere Wasserstoff - die elektronischen und mechanischen Eigenschaften dieser Phasen nachhaltig beeinflussen. Um gesicherte Erkenntnisse über diese Phänomene zu gewinnen, sollen in diesem Forschungsprojekt theoretische Arbeit auf atomistischem Niveau durchgeführt werden. Als Methode werden dafür quantenchemische Rechnungen im Rahmen der Dichtefunktionaltheorie eingesetzt, um möglichst exakte Aussagen, insbesondere zu Reaktionsmechanismen, zu machen, die mit empirischen Methoden allenfalls heuristisch zu erfassen wären. Die zu untersuchenden Reaktionen schließen die chemische Bindung und Diffusion von Wasserstoff in den amorphen Phasen ein. Weiterhin werden Oxidationsprozesse behandelt, da es Hinweise auf unterschiedliche Reaktionen im amorphen und kristallinen Zustand gibt. Ebenso werden Reaktionen von Lithium in Kohlenstoffnitrid behandelt, die sich bei der Fragestellung einer Verwendbarkeit von Kohlenstoffnitriden als Elektrodenmaterial oder Ionenspeicher ergeben. Die Phänomene sollen sowohl an molekularen Modellen als auch mittels ab initio Molekulardynamik an Modellen mit etwa 100 Atomen studiert werden. Wir hoffen, daß die Arbeiten wesentliche Fragen zu Festkörperreaktionen in diesen Materialien klären werden und zudem dazu beitragen, die Perspektiven der Anwendung dieser Materialien für katalytische Zwecke oder als Batterien zu erweitern.