Niedertemperatur-Plasmaabscheidung von Perowskit-Dünnschichten auf Folien unedler Metalle und auf Polymerfolien

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Infolge der Entwicklung oxidischer Dünnschichten als high-k Dielektrika und in nichtflüchtigen Speichern (FeRAMs) für die Mikroelektronik sowie als ferroelektrisches Sensor- und Aktuatormaterial in der Mikrosystemtechnik hat die Entwicklung komplexer Oxide (z.B. perowskitisches PZT) eine große Bedeutung erlangt. Durch die Verwendung in der Siliziumtechnologie sind problemlos Temperaturen von 500...800°C nutzbar, wo sich die entsprechende Kristallstruktur aufbaut. Im hier vorgeschlagenen Projekt sollen solche komplexen Oxide auf unedlen Metall- und Polymerfolien abgeschieden werden, da dadurch eine viel großflächigere Abscheidung sowie ein viel breiteres Anwendungsspektrum möglich werden. Um die für solche Substratmaterialien niedrigen Temperaturen zu erreichen, soll eine Plasmastrahl-Technologie Anwendung finden, die beim Projektpartner (Dr. Deyneka) entwickelt wird. Zur Vertiefung des Verständnisses der Elementarprozesse im reaktiven Plasma werden in-situ Diagnostikverfahren wie Emissionsspektroskopie, zeitaufgelöste Langmuirsondenmessung und Massenspektrometrie im Abscheidereaktor realisiert. Im Projekt hier soll durch eine Bewertung der Mikrostruktur und der chemischen Zusammensetzung der Schichten mit XRD, XPS, GD-OES, SIMS, SEM und TEM die chemische Wechselwirkung der abgeschiedenen Schicht mit dem Substrat bei niedrigen Abscheidetemperaturen aufgeklärt werden. Optische, dielektrische und fotoelektrische Schichteigenschaften werden mit Standardmessverfahren ermittelt, ebenso ferroelektrische Schichteigenschaften durch Messung der C-V- und P-E-Hysteresekurven sowie die Domänenstruktur der Schichten und deren piezoelektrische Eigenschaften durch Rasterkraftmikroskopie. Tiefenprofile physikalischer Eigenschaften werden durch Nanoindentation (elastische Eigenschaften) und die Erzeugung thermischer Wellen im Ferroelektrikum durch die Laserintensitätsmodulationsmethode (spontane Polarisation) bestimmt. Der Projektpartner bestimmt zusätzlich das Brechungs- und Absorptionsindexprofil durch einfallswinkelabhängige, spektroskopische Ellipsometrie. Vorgesehen ist die Anwendung auf neue Bauelementkonzepte und der Aufbau entsprechender Demonstratoren.