TRR 87: Gepulste Hochleistungsplasmen zur Synthese nanostrukturierter Funktionsschichten
Coordinator
Professor Dr.-Ing. Peter Awakowicz
Grant period
2010 - 2022
Funding body
Deutsche Forschungsgemeinschaft
DFG
Identifier
G:(GEPRIS)138690629
Note: Das Projekt kombiniert die Expertisen auf den Gebieten der Plasmaphysik/Plasmatechnik, der Werkstoffwissenschaften/Oberflächentechnik und der Grenzflächenchemie. Auf dieser Basis werden ternäre bzw. quarternäre keramische Schichtsysteme auf Metallsubstraten mit hervorragenden tribologischen Eigenschaften sowie silizium- bzw. kohlenstoffhaltige Oxidschichten mit herausragenden Barriereeigenschaften auf Kunststoffsubstraten erforscht. Dazu wird neueste, teilweise selbstentwickelte Quellentechnologie zum Einsatz gebracht und mit einem sehr breiten, komplementären Spektrum an quantitativen, ebenfalls teilweise neu entwickelten Plasmadiagnostiken und einmaligen Einzelteilchenstrahl-Experimenten charakterisiert. Im Zentrum stehen gepulste Hochleistungsplasmen, wie High Power Pulsed Magnetron Sputtering (HiPIMS)-Systeme, bislang in der Sputtertechnologie wenig bekannte Mehrfachfrequenz-kapazitiv gekoppelte Plasma (MFCCP, Multi Frequency Capacitive Coupled Plasma) -Systeme sowie gepulste und mit Hochfrequenzbias betriebene Mikrowellenplasmen (MW) und induktiv gekoppelte Plasmen (ICP). Um der oben genannten Vision gerecht zu werden, ist das Ziel, die Zusammenhänge zwischen den Werkstoffeigenschaften und den Plasmaparametern zu erforschen, diese zu quantifizieren und zur Plasmakontrolle, Schichtentwicklung und in-situ Schichtkontrolle einzusetzen. Auf diese Weise wird das bislang vorherrschende empirische Vorgehen überwunden und ein physikalisch und chemisch basiertes Prozessverständnis entwickelt.Die Erkenntnisse und Fortschritte der ersten Phase (Grundlagen-Modellbildung-Schnittstellen) stellten die Basis für die Weiterentwicklung des Projekts in der zweiten Förderphase dar. In dieser wurden sowohl für die „Metallroute“ als auch für die „Kunststoffroute“ die Korrelationen zwischen den in der ersten Phase generierten Plasma- und Werkstoffmodellen erarbeitet. Diese Zusammenführung stellt eine Verbindung her zwischen den gemessenen und berechneten Schichtzusammensetzungen, Abscheideraten und Materialeigenschaften mit den eingestellten externen Prozessparametern wie Leistung, Druck, Gasflüsse etc. Aus diesen Gründen stand und steht die zweite Phase unter dem Motto „Korrelation, Zusammenführung und Skalierung“. Auf diese Weise können die im Projekt gewonnenen Erkenntnisse und erarbeiteten Methoden anderen Beschichtungsprozessen, Reaktorsystemen, Oberflächen- und Materialsystemen sowie Computer-Codes zur Verfügung gestellt werden, um dann, in der dritten Phase, den thematischen Fokus in Richtung „Validierung, Durchgängigkeit und Transfer“ zu verschieben.
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