Techniklexikon

Clusterbeschichtung

physikalische Beschichtungsmethode (PVD) zur Herstellung dünner Schichten aus Clustern mit typischerweise einigen hundert bis tausend Atomen pro Cluster. Je nach Anwendung werden entweder Clusterionen mit hoher Energie auf die Oberfläche beschleunigt (Energetic Cluster Impact, ECI) oder neutrale Cluster mit geringer, thermischer Energie auf der Oberfläche deponiert (Low Energy Cluster Beam Deposition, LECBD).

Der Vorteil von Beschichtungen mit beschleunigten Clusterionen (Abb.) besteht darin, dass durch die kinetische Energie der Cluster lokal eine erhöhte laterale Beweglichkeit der Atome erzielt wird, ohne dass die zu beschichtende Unterlage geheizt werden muss. Raumladungsprobleme treten im Gegensatz zu ionen- unterstützten Beschichtungsverfahren nicht auf, da bei Clustern mit einer Grösse von mehreren hundert bis tausend Atomen das Verhältnis der Ladung zur Masse des deponierten Materials erheblich geringer ist. Bei der Beschichtung mit Clusterionen wird der gesamte Cluster nur soweit beschleunigt, dass die Energie pro Atom einige Elektronenvolt beträgt. Die Eindringtiefe der Cluster beträgt daher nur wenige Monolagen, und Strahlungsschäden bzw. Interdiffusionsprozesse werden vermieden. Bei höherer Beschleunigungsenergie führt der Aufprall eines Clusterions bevorzugt zum Materialabtrag, der Clustererosion.

Schichten aus unbeschleunigten bzw. neutralen Clustern (Abb.) besitzen eine grosse Oberfläche und können für die chemische Katalyse auf Oberflächen verwendet werden. Ausserdem zeigen z.B. Schichten aus unbeschleunigten Si-Clustern aufgrund ihrer porösen Struktur Photolumineszenz, während ein Si-Festkörper als indirekter Halbleiter optisch nicht aktiv ist.

Clusterbeschichtung: Computersimulation von Schichten aus Molybdän-Clustern mit 1000 Atomen pro Cluster. Atome aus unterschiedlichen Clustern sind durch unterschiedliche Graustufen gekennzeichnet. oben dünne Schicht aus beschleunigten Clusterionen mit 10eV kinetischer Energie pro Atom; unten neutrale, unbeschleunigte Cluster mit einer thermischen Energie von 0,1eV pro Atom bilden poröse Schichten.