Diamantabscheidung im Heißdraht CVD Verfahren: Wachstum von Einzelkristallen und Gasphasencharakterisierung
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| adam_text | DIAMANTABSCHEIDUNG IM HEISSDRAHT CVD VERFAHREN: WACHSTUM VON
EINZELKRISTALLEN UND GASPHASENCHARAKTERISIERUNG DER TECHNISCHEN FAKULTAET
DER UNIVERSITAET ERLANGEN-NUEMBERG ZUR ERLANGUNG DES GRADES
DOKTOR-INGENIEUR VORGELEGT VON JOACHIM HIRMKE ULB DARMSTADT ERLANGEN
2007 16605832 INHALTSVERZEICHNIS ZUSAMMENFASSUNG I OUTLINE IV
SYMBOLVERZEICHNIS VII 1. EINLEITUNG UND ZIELSETZUNG 1 2. GRUNDLAGEN 3
2.1. VERFAHREN ZUR DIAMANTHERSTELLUNG 3 2.1.1. HOCHDRUCK-HOCHTEMPERATUR
VERFAHREN (HPHT) 4 2.1.2. PLASMA-AKTIVIERTE NIEDERDRUCK-DIAMANTSYNTHESE
(CVD) 4 2.1.2.1. DIAMANT-HOMOEPITAXIE 5 2.1.2.2. DIAMANT-HETEROEPITAXIE
6 2.2. HOT FILAMENT CVD PROZESS 7 2.2.1. GASAKTIVIERUNG UND
FILAMENTKARBURIERUNG 7 2.2.2. GASPHASE IM HOT FILAMENT PROZESS 8
2.2.2.1. ATOMARER WASSERSTOFF 8 2.2.2.2. KOHLENWASSERSTOFFE 9 2.2.3.
TRANSPORTPROZESSE IN DER HFCVD GASPHASE 12 2.2.4. DER EINFLUSS VON
SAUERSTOFF UND STICKSTOFF IM HOT FILAMENT PROZESS .. 15 2.3. DAS CVD
DIAMANTWACHSTUM 17 2.3.1. KEIMBILDUNG 17 2.3.2.
DIAMANTWACHSTUMS-MECHANISMEN 18 2.3.3. PHAENOMENOLOGIE DES
EINZELKRISTALL-WACHSTUMS IN HFCVD 24 2.4. GASPHASENANALYSE FUER DIE HOT
FILAMENT CVD 27 2.4.1. KONVENTIONELLE EXTRAKTIVE VERFAHREN 27 2.4.2.
OPTISCHE VERFAHREN FUER WASSERSTOFF- UND METHYLRADIKALMESSUNGEN.... 28
2.4.3. INFRARED TUNEABLE DIODE LASER ABSORPTION SPECTROSCOPY
(IR-TDLAS)29 3. EXPERIMENTELLES 32 3.1. CVD GASPHASENANALYSE 32 3.1.1.
IR-LASER-ABSORPTIONSSPEKTROSKOPIE (IR-TDLAS) 32 3.1.1.1.
CHARAKTERISIERTE HOT FILAMENT CVD ANLAGE 32 3.1.1.2. DAS
LASER-ABSORPTIONS-SPEKTROSKOPIE- MESSSYSTEM IRMA 33 3.1.1.3.
VORGEHENSWEISE BEI DEN TDLAS MESSUNGEN 35 3.2. WACHSTUM VON
DIAMANT-EINKRISTALLEN 36 3.2.1. SUBSTRATMATERIAL UND PROBENPRAEPARATION
36 3.2.2. BEKEIMUNG DER SUBSTRATE 37 3.2.3. ANLAGENAUFBAU ZUM
EINKRISTALLWACHSTUM 37 3.2.4. BESTIMMUNG VON WACHSTUMSRATE ,
SEKUNDAERKEIMDICHTE UND A FAKTOR39 3.2.5. CHARAKTERISIERUNGSMETHODEN 41
3.2.5.1. RASTERELEKTRONENMIKROSKOPIE (REM) 41 3.2.5.2.
RAMANSPEKTROSKOPIE 41 3.2.5.3. ROENTGENSTRUKTURANALYSE 42
INHALTSVERZEICHNIS 4. CHARAKTERISIERUNG DER GASPHASE 43 4.1.
MESSGENAUIGKEIT DER IR-TDLAS MESSUNGEN 44 4.2. GASTEMPERATURBESTIMMUNG
MITTELS IR-TDLAS 45 4.3. EINFLUSS DER PROZESSPARAMETER AUF DIE GASPHASE
47 4.3.1. EINFLUSS DES METHANGEHALTS 47 4.3.2. EINFLUSS DES
PROZESSDRUCKS 50 4.3.3. EINFLUSS DES GESAMTGASFLUSSES 52 4.3.4. EINFLUSS
DER FILAMENTTEMPERATUR 54 4.4. EINFLUSS UNTERSCHIEDLICHER
GASFUEHRUNGSKONZEPTE 57 4.4.1. EINFLUSS VON ERZWUNGENER KONVEKTION 58
4.4.2. EINFLUSS VON SEPARATER METHANZUGABE LOKAL AM SUBSTRAT 63 4.5.
DETEKTION VON SAUERSTOFF UND STICKSTOFF 68 4.6. MODELLBILDUNG DER
GASPHASE 70 4.7. BEWERTUNG DER RESULTATE AUS DER GASANALYSE 75 5.
EINKRISTALLINES DIAMANTWACHSTUM 78 5.1. KEIMMATERIAL 79 5.2.
SUBSTRATMATERIAL 83 5.3. HFCVD-PROZESSENTWICKLUNG 88 5.3.1. EINFLUSS DER
SUBSTRATTEMPERATUR 88 5.3.2. EINFLUSS DES PROZESSDRUCKS 90 5.3.3.
EINFLUSS DES ABSTANDS ZUM FILAMENT 94 5.3.4. MOEGLICHKEITEN ZUR
STEIGERUNG DER WACHSTUMSRATE 95 5.3.4.1. KRISTALLWACHSTUM UNTER LOKALER
METHANZUFUHR 95 5.3.4.2. KRISTALLWACHSTUM UNTER KONVEKTIVEM
GASANTRANSPORT 98 5.3.5. REDUZIERUNG VON SEKUNDAERKEIMBILDUNG 102 5.3.6.
MODELLVORSTELLUNG ZUR PROBLEMATIK KEIMBILDUNG VS. WACHSTUM 104 5.3.7.
DIAMANTWACHSTUM AUF WOLFRAM-SPITZEN 106 5.3.8. WACHSTUM UNTER ZUGABE VON
BOR UND STICKSTOFF 110 5.4. CHARAKTERISIERUNG DER CVD DIAMANT
EINKRISTALLE 111 5.5. BEWERTUNG DER ERGEBNISSE ZUM
DIAMANT-EINKRISTALLWACHSTUM 118 6. LITERATURVERZEICHNIS 122 ANHANG
A.1.ZR0 2 -FESTELEKTROLYT-SONDEN ZUR SAUERSTOFFMESSUNG A-1 A.1.1. SONDEN
UND FUNKTIONSPRINZIP A-1 A.1.1.1. POTENTIOMETRISCHE
FESTELEKTROLYT-SONDEN A-1 A.1.1.2. AMPEROMETRISCHER
FESTELEKTROLYT-SENSOR A-3 A.1.2. ZRC 2 FESTELEKTROLYT-SONDEN IN DER
HFCVD DIAMANTBESCHICHTUNG .... A-5 A.2. OPTISCHE EMISSIONS-SPEKTROSKOPIE
ZUR STICKSTOFFMESSUNG A-1 2 A.2.1. EXPERIMENTELLES A-12 A.2.2. MESSUNGEN
UND QUANTIFIZIERUNG A-13
|
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DIAMANTABSCHEIDUNG IM HEISSDRAHT CVD VERFAHREN: WACHSTUM VON
EINZELKRISTALLEN UND GASPHASENCHARAKTERISIERUNG DER TECHNISCHEN FAKULTAET
DER UNIVERSITAET ERLANGEN-NUEMBERG ZUR ERLANGUNG DES GRADES
DOKTOR-INGENIEUR VORGELEGT VON JOACHIM HIRMKE ULB DARMSTADT ERLANGEN
2007 16605832 INHALTSVERZEICHNIS ZUSAMMENFASSUNG I OUTLINE IV
SYMBOLVERZEICHNIS VII 1. EINLEITUNG UND ZIELSETZUNG 1 2. GRUNDLAGEN 3
2.1. VERFAHREN ZUR DIAMANTHERSTELLUNG 3 2.1.1. HOCHDRUCK-HOCHTEMPERATUR
VERFAHREN (HPHT) 4 2.1.2. PLASMA-AKTIVIERTE NIEDERDRUCK-DIAMANTSYNTHESE
(CVD) 4 2.1.2.1. DIAMANT-HOMOEPITAXIE 5 2.1.2.2. DIAMANT-HETEROEPITAXIE
6 2.2. HOT FILAMENT CVD PROZESS 7 2.2.1. GASAKTIVIERUNG UND
FILAMENTKARBURIERUNG 7 2.2.2. GASPHASE IM HOT FILAMENT PROZESS 8
2.2.2.1. ATOMARER WASSERSTOFF 8 2.2.2.2. KOHLENWASSERSTOFFE 9 2.2.3.
TRANSPORTPROZESSE IN DER HFCVD GASPHASE 12 2.2.4. DER EINFLUSS VON
SAUERSTOFF UND STICKSTOFF IM HOT FILAMENT PROZESS . 15 2.3. DAS CVD
DIAMANTWACHSTUM 17 2.3.1. KEIMBILDUNG 17 2.3.2.
DIAMANTWACHSTUMS-MECHANISMEN 18 2.3.3. PHAENOMENOLOGIE DES
EINZELKRISTALL-WACHSTUMS IN HFCVD 24 2.4. GASPHASENANALYSE FUER DIE HOT
FILAMENT CVD 27 2.4.1. KONVENTIONELLE EXTRAKTIVE VERFAHREN 27 2.4.2.
OPTISCHE VERFAHREN FUER WASSERSTOFF- UND METHYLRADIKALMESSUNGEN. 28
2.4.3. INFRARED TUNEABLE DIODE LASER ABSORPTION SPECTROSCOPY
(IR-TDLAS)29 3. EXPERIMENTELLES 32 3.1. CVD GASPHASENANALYSE 32 3.1.1.
IR-LASER-ABSORPTIONSSPEKTROSKOPIE (IR-TDLAS) 32 3.1.1.1.
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DIAMANT-EINKRISTALLEN 36 3.2.1. SUBSTRATMATERIAL UND PROBENPRAEPARATION
36 3.2.2. BEKEIMUNG DER SUBSTRATE 37 3.2.3. ANLAGENAUFBAU ZUM
EINKRISTALLWACHSTUM 37 3.2.4. BESTIMMUNG VON WACHSTUMSRATE ,
SEKUNDAERKEIMDICHTE UND A FAKTOR39 3.2.5. CHARAKTERISIERUNGSMETHODEN 41
3.2.5.1. RASTERELEKTRONENMIKROSKOPIE (REM) 41 3.2.5.2.
RAMANSPEKTROSKOPIE 41 3.2.5.3. ROENTGENSTRUKTURANALYSE 42
INHALTSVERZEICHNIS 4. CHARAKTERISIERUNG DER GASPHASE 43 4.1.
MESSGENAUIGKEIT DER IR-TDLAS MESSUNGEN 44 4.2. GASTEMPERATURBESTIMMUNG
MITTELS IR-TDLAS 45 4.3. EINFLUSS DER PROZESSPARAMETER AUF DIE GASPHASE
47 4.3.1. EINFLUSS DES METHANGEHALTS 47 4.3.2. EINFLUSS DES
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DER FILAMENTTEMPERATUR 54 4.4. EINFLUSS UNTERSCHIEDLICHER
GASFUEHRUNGSKONZEPTE 57 4.4.1. EINFLUSS VON ERZWUNGENER KONVEKTION 58
4.4.2. EINFLUSS VON SEPARATER METHANZUGABE LOKAL AM SUBSTRAT 63 4.5.
DETEKTION VON SAUERSTOFF UND STICKSTOFF 68 4.6. MODELLBILDUNG DER
GASPHASE 70 4.7. BEWERTUNG DER RESULTATE AUS DER GASANALYSE 75 5.
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