Abstract
Silizium ist eines der bedeutendsten Materialien der heutigen Zeit. Seine Verformung unter Last ist für zahlreiche Anwendungen und Bearbeitungsschritte bedeutsam. Zum Beispiel ist die Raumtemperaturverformung relevant für abrasive Bearbeitungsschritte. Die Hochtemperaturverformbarkeit ist besonders belangvoll für Wärmebehandlungen, bei denen Plastizität vermieden werden muss um die Produktzuverlässigkeit und die Ausrichtung von Fotomasken zu gewährleisten. Zudem ist Silizium in Einkristallen hoher Güte verfügbar und daher geeignet als Modellmaterial zur Untersuchung von Verformungsmechanismen. Eine Vielzahl solcher Mechanismen wird in Silizium in Abhängigkeit der Belastungsbedingungen in Gang gesetzt. In dieser Arbeit wurden druckinduzierte Phasenumwandlungen, Verzwillingung und verschiedene Arten der Versetzungsplastizität untersucht. Entsprechend beschäftigt sich diese Arbeit mit diversen Themen wissenschaftlichen und industriellen Interesses.
Indentationsversuche bei Raumtemperatur widmen sich der Tieftemperaturplastizität von Silizium die von Hochdruckphasenumwandlungen dominiert wird. Diese können zur Entstehung von metastabilen kristallinen Phasen oder amorphem Silizium führen. Ein tieferes Verständnis dieser Umwandlungen ermöglicht die Anpassung der Entlastungsparameter, sodass umgewandeltes kristallines Silizium hoher Qualität entsteht, welches zu hexagonalem Silizium weiterumgewandelt werden kann – einem vielversprechenden Substrat zur Integration direkter Halbleiter auf Silizium.
Die Hochtemperaturversuche erweitern das Temperaturfenster für Mikromechanik auf Silizium auf bis zu 950 °C. Angewandt wurden drei Methoden zur Untersuchung der Hochtemperaturplastizität: Nanoindentation mit selbstähnlichen Berkovich-Spitzen, sphärische Nanoindentation und uniaxiale Mikrodrucksäulenkompression. Die sphärische Indentation wurde auf die Untersuchung polykristalliner Silizium-Dünnschichten angewandt, da sie das geeignetste Verfahren zur Messung deren Fließverhaltens ist. Die selbstähnliche Indentation und die Druckversuche wurden auf einkristallinen Substraten eingesetzt, um sich in ihren Ergebnisse zu ergänzen. Auch bei hohen Temperaturen ist Berkovich-Indentation ein verlässlicher Test, der auf einer glatten Oberfläche ohne aufwendige Probenfertigung durchgeführt werden kann. Zudem ist es ein vergleichsweise robustes Verfahren in Bezug auf Abweichungen im mechanischen Kontakt. Die multiaxiale Belastung erschwert jedoch die Analyse des Verformungsverhaltens. Hier ergänzt die uniaxiale Kompression. Die lithografisch hergestellten Proben sind deutlich aufwendiger zu fertigen, erlauben aber eine tiefergehende Interpretation und mikroskopische Untersuchung verformter Strukturen. In Summe wurde das Verständnis der Verformung mikroskopischer Siliziumvolumina von Normalbedingungen bis zu 950 °C durch unterschiedliche mikromechanische Methoden vorangetrieben.
Indentationsversuche bei Raumtemperatur widmen sich der Tieftemperaturplastizität von Silizium die von Hochdruckphasenumwandlungen dominiert wird. Diese können zur Entstehung von metastabilen kristallinen Phasen oder amorphem Silizium führen. Ein tieferes Verständnis dieser Umwandlungen ermöglicht die Anpassung der Entlastungsparameter, sodass umgewandeltes kristallines Silizium hoher Qualität entsteht, welches zu hexagonalem Silizium weiterumgewandelt werden kann – einem vielversprechenden Substrat zur Integration direkter Halbleiter auf Silizium.
Die Hochtemperaturversuche erweitern das Temperaturfenster für Mikromechanik auf Silizium auf bis zu 950 °C. Angewandt wurden drei Methoden zur Untersuchung der Hochtemperaturplastizität: Nanoindentation mit selbstähnlichen Berkovich-Spitzen, sphärische Nanoindentation und uniaxiale Mikrodrucksäulenkompression. Die sphärische Indentation wurde auf die Untersuchung polykristalliner Silizium-Dünnschichten angewandt, da sie das geeignetste Verfahren zur Messung deren Fließverhaltens ist. Die selbstähnliche Indentation und die Druckversuche wurden auf einkristallinen Substraten eingesetzt, um sich in ihren Ergebnisse zu ergänzen. Auch bei hohen Temperaturen ist Berkovich-Indentation ein verlässlicher Test, der auf einer glatten Oberfläche ohne aufwendige Probenfertigung durchgeführt werden kann. Zudem ist es ein vergleichsweise robustes Verfahren in Bezug auf Abweichungen im mechanischen Kontakt. Die multiaxiale Belastung erschwert jedoch die Analyse des Verformungsverhaltens. Hier ergänzt die uniaxiale Kompression. Die lithografisch hergestellten Proben sind deutlich aufwendiger zu fertigen, erlauben aber eine tiefergehende Interpretation und mikroskopische Untersuchung verformter Strukturen. In Summe wurde das Verständnis der Verformung mikroskopischer Siliziumvolumina von Normalbedingungen bis zu 950 °C durch unterschiedliche mikromechanische Methoden vorangetrieben.
| Titel in Übersetzung | Weiterentwicklung der mikromechanischen Charakterisierung von Silizium mit Schwerpunkt auf hohen Temperaturen |
|---|---|
| Originalsprache | Englisch |
| Qualifikation | Dr.mont. |
| Gradverleihende Hochschule |
|
| Betreuer/-in / Berater/-in |
|
| DOIs | |
| Publikationsstatus | Veröffentlicht - 2026 |
Bibliographische Notiz
nicht gesperrtSchlagwörter
- Silizium
- Mikromechanik
- Hochtemperatur
- Plastizität
- Phasenumwandlung
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