Synchrotron X-Ray Nanobeam Experimente an CrN-Schichten zur Bestimmung von Mikrostrukturgradienten

Andrea Lehner

Publikation: Thesis / Studienabschlussarbeiten und HabilitationsschriftenDiplomarbeit

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Abstract

In der vorliegenden Arbeit werden komplexe Verläufe von Mikrostruktur und Eigenspannung an dünnen CrN-Schichten evaluiert. Dafür wurde eine CrN-Beschichtung durch Magnetronsputtern auf ein Stahlsubstrat mit einer Biasspannung von -40, -120 bzw. -40 V (jeweils 5 µm) abgeschieden. Die Motivation dieser Arbeit ist die Möglichkeit lokale Textur, Eigenspanungen und Kristallitgröße über den Querschnitt der 15 µm dicken nanokristallinen CrN-Beschichtung zu bestimmen. An der ID 13 Microfocus Beamline der European Synchrotron Radiation Facility in Grenoble, Frankreich, wurde die Beschichtung über den Querschnitt durch Weitwinkel Röntgenstreuung, in Transmissionsgeometrie mit einem Strahldurchmesser von 100 nm, charakterisiert. Durch die Auswertung, der in verschiedenen Schichtdicken gemessenen Debye-Scherrer-Ringen, war es möglich die kristallographische Textur der CrN-Kristallite über den Querschnitt der Beschichtung zu bestimmen. Die Auswertung zeigt, dass die Beschichtung mit einer 001 Orientierung auf dem Substrat aufwächst. Mit weiterer Entfernung zum Substrat geht die 001 Orientierung in eine 101 Orientierung über. Aus der Änderung der Biasspannung ergibt sich eine 001/101 Mischorientierung. Zu der Oberfläche hin findet sich eine bevorzugte 101 Orientierung. Die gesamte Beschichtung zeigt Druckeigenspannungen, die besonders im Bereich einer Biasspannung von -120 V ausgeprägt ist. Die Untersuchung der Kristallitform ergab eine Änderung von einer Kugelform zu einer Stängelform mit zunehmender Entfernung vom Substrat. Der neue Ansatz ermöglicht die Vermessung von strukturellen Eigenschaften dünner Schichten auf einer Submikrometer-Skala in Nanostrukturen mit einem Gradienten in der Zusammensetzung und bietet eine einzigartige Möglichkeit der Korrelation von Nanodesign und Dünnschichteigenschaften.
Titel in ÜbersetzungSynchrotron X-ray Nanobeam experiments of CrN layers for the determination of microstructure gradients
OriginalspracheDeutsch
QualifikationDipl.-Ing.
Betreuer/-in / Berater/-in
  • Keckes, Jozef, Betreuer (intern)
Datum der Bewilligung16 Dez. 2011
PublikationsstatusVeröffentlicht - 2011

Bibliographische Notiz

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Schlagwörter

  • CrN
  • Textur
  • Eigenspannungen
  • Nanobeam
  • Röntgenstrahlung
  • Dünnschicht
  • Magnetronsputtern
  • Biasspannung

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