Schichtmaterialien erforschen

Am Lehrstuhl für Funktionale Werkstoffe und Werkstoffsysteme der Montanuniversität Leoben werden neue Schichtmaterialien synthetisiert und intensiv erforscht.

Mögliche Anwendungsgebiete sind zum Beispiele Transistoren der Leistungselektronik (Copyright: Adobe Stock)

Im Rahmen eines FFG (Österreichische Forschungsförderungsgesellschaft)-Projektes werden gemeinsam mit dem Erich-Schmid-Institut für Materialwissenschaft der Österreichischen Akademie der Wissenschaften Hochentropielegierungen („High entropy alloys“, kurz HEAs) untersucht.

Spezielle Legierungen untersuchen

Diese Legierungen haben sich in den letzten Jahren als neue Materialklasse etabliert und werden momentan intensiv erforscht. Durch gezielte Kombination verschiedener Elemente konnten vielversprechende Eigenschaften für verschiedene Anwendungsmöglichkeiten erreicht werden. Ob sich diese Legierungen auch als Schichtmaterialien eigenen, ist nun Schwerpunkt des Projektes. Die Legierungen setzen sich dabei aus Refraktärmetallen wie Niob, Molybdän oder Wolfram zusammen. „Ziel des geplanten Projektes ist es, diese refraktären HEA-Schichten mittels physikalischer Gasphasenabscheidung zu synthetisieren und ihre thermische Stabilität im Detail zu erforschen“, erklärt Projektleiter Dr. Robert Franz vom Lehrstuhl für Funktionale Werkstoffe und Werkstoffsysteme. Unter physikalischer Gasphasenabscheidung versteht man Verfahren, bei denen mithilfe von Plasmen das Ausgangsmaterial in die Gasphase übergeführt wird. Anschließend kann es auf dem Substrat kondensieren und die gewünschte Schicht bilden.

Als Diffusionssperren geeignet

Untersucht wird vor allem auch, ob sich diese Schichten ebenso als Diffusionssperren für elektronische Komponenten eignen. „In der Mikroelektronik werden sehr häufig Aluminium und Kupfer für verschiedene Aufgaben eingesetzt. Unglücklicherweise können diese beiden Metalle aber nicht direkt in Kontakt mit Silizium kommen, das ja die Grundlage für mikroelektronische Bauelemente bildet“, erläutert Franz. Zum Beispiel verbindet sich Kupfer zu einem Silicid, was dann zum Versagen des Bauelements führen kann. Um dies zu verhindern, werden immer Sperrschichten zwischen Silizium und Aluminium bzw. Kupfer aufgetragen. Diese Sperrschichten müssen, neben anderen Anforderungen, vor allem möglichst dicht sein, damit nicht mit der Zeit einzelne Atome durch die Sperrschicht wandern (diffundieren) und dann trotzdem die unerwünschten Effekte, die zum Versagen des Bauelements führen, auftreten. „Die Diffusion wird bei erhöhten Temperaturen noch beschleunigt, und dass mikroelektronische Bauelemente höheren Temperaturen ausgesetzt sind, merkt man immer deutlich an aktuellen Computern. Somit müssen die Sperrschichten auch bei höheren Temperaturen stabil bleiben“, erklärt Franz abschließend.

Weitere Informationen:

Dipl.-Phys. Dr.mont. Robert Franz
Lehrstuhl für Funktionale Werkstoffe und Werkstoffsysteme
Tel.: + 43 3842 402-4235
E-Mail: robert.franz(at)unileoben.ac.at