Kurzfassung
Metallhaltige amorphe Kohlenwasserstoffschichten (Me-C:H) besitzen
interessante mechanische, tribologische und elektrische Eigenschaften
und werden aus diesem Grund häufig als dünne Schutzschichten
verwendet. In dieser Arbeit wurde ein Verfahren entwickelt und
charakterisiert, das es erlaubte, eisenhaltige Me-C:H-Schichten mit
einem Metallgehalt von unter 15 At% abzuscheiden, was mit dem bisher
verwendeten Sputter-Verfahren aufgrund von Targetvergiftung nur
bedingt möglich war. Bei dem untersuchten Verfahren wird eine
metallorganische Substanz in einem plasmaaktivierten Prozeß
fragmentiert und die entstehenden Teilchen (Ionen und Radikale) unter
ständigem Ionenbeschuß auf ein Substrat abgeschieden (PA-MOCVD =
Plasma-Activated Chemical Vapour Deposition from Metalorganic
Compounds). Die abgeschiedenen eisenhaltigen Schichten zeigten je nach
Herstellungsbedingungen typische Eigenschaften von Fe-C:H-Schichten
wie große Härte, große Elastizitätsmodule, geringe
Reibungskoeffizienten und geringen Verschleiß. Mittels
Röntgenphotoelektronenspektroskopie (XPS) wurde die Compositstruktur,
bei der Eisencarbidcluster in eine metallfreie amorphe
Kohlenwasserstoffmatrix eingelagert sind, untersucht. Die Größe der
Carbidcluster konnte mit Mößbauerspektroskopie zu <10 nm abgeschätzt
werden. Aus der Veränderung der Schichtzusammensetzung und
Schichtmikrostruktur als Funktion der eingespeisten Plasmaleistung,
sowie aus den gemessenen Wachstumsraten, wurden Modellvorstellungen
zur Schichtabscheidung entwickelt. Hiernach baut sich die Schicht bei
geringer Plasmaleistung vorwiegend über direkten Ioneneinbau und bei
höherer Plasmaleistung zusätzlich über einen zweiten Mechanismus auf,
bei dem sich die im Plasma erzeugten Kohlenwasserstoffradikale an der
Oberfläche der wachsenden Schicht anlagern. Im Rahmen eines
semi-quantitativen Modells konnte sowohl die Veränderung der
Schichtzusammensetzung als auch die Wachstumraten erklärt werden.
Metal containing amorphous hydrogenated carbon-films (Me-C:H) are used as coating materials due to their interesting mechanical, tribological and electrical properties. Within this thesis, a new method to deposit iron containing a-C:H films with a metal content below 15 at% was developed and characterized. In this method a metalorganic precursor is fragmented in a capacitively coupled plasma system and the fragments are deposited on a substrate with strong ion bombardement (PA-MOCVD = Plasma-activated chemical vapour deposition from metalorganic compounds). The films show the typical properties of iron-containing a-C:H films such as high hardness, high elasticity-modulus, low friction and low wear. Photoelectronspectroscopy (XPS) was employed for the determination of the film-composition and microstructure (chemical shifts). The films consist of an amorphous hydrogenated carbon matrix in which ironcarbide particles are embedded. The ironcarbide particle size could be determined with Mößbauer measurments and was found to be <10 nm. From the variation of the film composition and the deposition rates as a function of the plasma-power a model of the deposition process was developed. At low plasma-power, mainly iron-containing ions are incorporated directly into the film. For higher rf-powers an additional path sets in: the deposition from small hydrocarbon radicals produced in the plasma. From the proposed semi-quantitative model it was possible to discribe the variation of the film composition as well as the deposition rates.