Abscheidung von diamantartigen Kohlenstoffschichten (DLC)

Elementarer Kohlenstoff kann aufgrund verschiedener Hybridisierungsmöglichkeiten in verschiedenen Kristallgittern oder ungeordneten Strukturen auskristallisieren. Die bekanntesten Strukturen sind Diamant mit sp³-Hybridisierung (tetragonale Struktur) und Graphit mit sp²-Hybridisierung (hexagonale Ebenen) (siehe Abb. 1 und 2).

Diamanten weisen bemerkenswerte physikalische Eigenschaften auf wie die höchste thermische Leitfähigkeit, die niedrigste Wärmeausdehnung und die höchste Härte aller bekannten natürlichen Materialien. Die Synthese von Diamanten ist jedoch sowohl komplex als auch kostenintensiv.

Um die besonderen Eigenschaften der sp³-Hybridisierung zu nutzen, bei gleichzeitig geringeren Produktionskosten, empfiehlt sich die Synthese von diamantartigem Kohlenstoff (engl. Diamond Like Carbon, DLC). Dieser ist eine amorphe Form von Kohlenstoff mit einem signifikanten Anteil an sp³-Hybridisierungen und daraus resultierenden diamantähnlichen Eigenschaften.

Die Härte des Materials ist dabei für die Herstellung von Schutzschichten auf Werkzeugen, Festplatten, MEMS und Optiken (z.B. EUV) besonders interessant. Zudem wird DLC zur Beschichtung von Pressformen für das Präzisionspressen von Glas genutzt, welches wiederum bei der Herstellung von Infrarot-Kameralinsen und medizinischen Systemen verwendet wird (siehe Abb. 3).

Synthese von diamantartigen Kohlenstoffschichten

Eine gezielte Erzeugung sp²- und sp³-hybridisierten Kohlenstoffs bewirkt die Erzeugung von diamatartigem Kohlenstoff, wobei das Verhältnis der Hybridisierung die Härte der DLC-Schicht beeinflusst. Die amorphe Struktur vermeidet dabei Defekte und Sub-Nanometer-Rauheit. Alle relevanten Eigenschaften der DLC-Beschichtung können mittels der Abscheideparameter beeinflusst werden. Mögliche Verfahren zur Abscheidung dieser Schichten sind Magnetronsputtern, Ionenstrahlabscheidung (engl. ion beam deposition, IBD) und die plasmaunterstütze chemische Gasphasenabscheidung (engl. plasma enhanced chemical vapour deposition, PECVD).

Die scia Cube 300 scheidet diamantartige Kohlenstoffschichten mittels PECVD ab. Dabei liegt das Substrat auf einer Elektrode, die mit 13,45 MHz Hochfrequenzenergie versorgt wird. Durch die Nutzung von Kohlenwasserstoffen als Ausgangsstoff, z.B. C2H2, dissoziieren die Moleküle in reaktive Spezies.

CxHy ↔ xC* + yH*

Diese Spezies können Atome oder Ionen sein und liefern genug Energie für die Bildung von DLC auf dem Substrat. In Abhängigkeit von der Plasmadichte, der Ionenenergie, dem Kohlenwasserstoffgas und zusätzlichem Argon können Eigenschaften wie Härte (Verhältnis sp²/sp³) präzise abgestimmt werden.

Weitere Informationen

Passendes Produkt - scia Cube 300

  • PECVD ermöglicht die Abscheidung von DLC-Schichten mit einer Homogenitätsabweichung von unter 1,5 %
  • Durch die Änderung der Prozessparameter können die DLC-Eigenschaften präzise beeinflusst werden