Herstellung und Untersuchung von Mehrschichtsystemen aus TiAl und TiN als Ausgangspunkt für die Synthese der Ti2AlN MAX-Phase mittels Temperprozessen. - 114 S. Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2011
Die Mn+1AXn - Phase Ti2AlN hat vielfältige Einsatzmöglichkeiten als Strukturmaterialien für Hochtemperaturanwendungen, Verschleißschutzschichten, elektrische Kontakte in aggressiven Umgebungen, Ersatz für zerspanbare Keramiken, Sensoren, sowie als Ersatz für Goldkontakte. Diese Arbeit befasst sich speziell mit der Herstellung und Untersuchung von Mehrschichtsystemen aus Ti-Al und TiN. Dabei soll es um die Anwendbarkeit dieser Schichtsysteme als Ausgangspunkt für die Synthese von Ti2AlN MAX-Phasen gehen. Das Mehrschichtsystem Ti-Al und TiN wurde mit Co-Magnetron- bzw. reaktivem Magnetronsputtern auf ein reines Siliziumsubstrat (100) aufgebracht. Dafür wurden Ti und Al co-gesputtert und TiN wurde mittels reaktiven Sputtern aufgebracht. Es kamen unterschiedliche Schichtfolgen und Einzelschichtdicken zur Anwendung. Als Einzelschichtdicken wurden zum einen 10nm beziehungsweise 2,5nm TiN und 17nm beziehungsweise 4nm Ti-Al ausgewählt. Die Auswahl der Schichtdickenverhältnisse erfolgte aufgrund von Stöchiometriebetrachtungen der Ausgangsphasen und der Endphase. Zum einen wurden Mehrschichtsysteme aus alternierenden Schichtfolgen beginnend mit Ti-Al gesputtert und zum anderen beginnend mit TiN, so dass eine Gesamtschichtdicke von 200nm erreicht wurde. Anschließend erfolgten Temperprozesse mittels Rapid Thermal Annealing und eines Quarzrohrofens. Das Tempern mit dem Rapid Thermal Annealing erfolgte bei Temperaturen von 600˚C, 700˚C, 800˚C und 900˚C als ein Nullsekundenprozess. Im Quarzrohrofen dagegen lag die Temperatur bei 700˚C, jedoch dauerte der Temperprozess hier eine Stunde. Danach wurden die Schichten auf elektrische Eigenschaften, Härte und Rauheit untersucht. Außerdem erfolgte die genaue Elementzusammensetzung mit dem Glimmentladungsemissionsspektroskopie Verfahren, sowie die Schichtdickenbestimmung. Die Phasenzusammensetzung der Proben wurde mit dem Röntgendiffraktometer bestimmt. Mittels des Röngtgendiffraktometers konnten die in den verschiedenen getemperten Proben entstandenen Phasen ermittelt werden. Es zeigte sich, dass bei den unterschiedlichen Temper-Temperaturen verschiedene Phasen vorliegen und die Anteile der Phasen sich ebenfalls mit zunehmener Temperatur verändern. Mit dem Glimmentladungsemissionsspektroskopie Verfahren wurde die Gesamtschichtdicke von 200nm bestätigt, sowie die enthaltenen Elemente in Atomprozent ermittelt. Die Zusammensetzung der ungetemperten Proben betrug 45at% Al : 30at% Ti : 25at% N. Die Oberflächenrauheit nimmt mit steigendem Temperatureintrag zu. In drei dimensionalen Darstellungen sind die Unterschiede der Oberflächenstruktur verdeutlicht. Die spezifische elektrische Leitfähigkeit nimmt auch mit steigender Temperatur zu. Die ungetemperten Proben weisen alle den selben Wert auf. Bei der Härtemessung fanden zwei Verfahren ihre Anwendung. Zum einen wurde die Härte über die Standard Methode gemessen und zum anderen über den Enhanced Stiffness Procedure (ESP) Modus. Außerdem wurde an der Enhanced Stiffness Procedure Kurve ein Fit nach Puchi-Cabrera durchgeführt. Es konnte die MAX-Phase in der Probe Ti-Al 4nm und TiN 2,5nm bei 900˚C mit dem Rapid Thermal Annealing getempert, festgestellt werden. In allen anderen Proben konnte die MAX-Phase Ti2AlN mit dem Röntgendiffraktometer nicht analysiert werden. Dagegen wurde mit der Glimmentladungsemissionsspektroskopie eine Diffusion des Silizium-Substrates in die Schichten bemerkt. Aufgrund dieser Silizium-Diffusion entstanden TiSi-Phasen. Anscheinend wurde durch die Verbindung des Titans mit Silizium die Bildung von Ti2AlN behindert. Jedoch weisen die Proben mit den entstandenen Titan-Silizium Phasen eine gute elektrische Leitfähigkeit auf, welche mit steigender Temper-Temperatur zu nimmt. Die Leitfähigkeiten sind indessen niedriger als von Ti2AlN. Dagegen sind die Härtewerte höher als von Ti2AlN.
Defektanalyse an amorphen und mikrokristallinen Siliziumschichten und deren Wirkung in Dünnschichtsolarzellen. - 70 S. Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2011
Das Ziel dieser Arbeit ist die Untersuchung auf Defekte an mikromorphen Tandemsolarzellen, welche in einem industriellen Prozess hergestellt werden. Besonderes Augenmerk liegt dabei auf der Bildung von Cracks im myc;c-Si:H-Absorber, welche an den Korngrenzen entstehen und gebundenen Sauerstoff enthalten. Mithilfe von Verfahren wie der VIM- und der FIB-Analyse sollen Abhängigkeiten der Crackbildung von Kristallinität und Schichtdicke der intrinsischen mikrokristallinen Siliziumschicht, sowie vom Aufwachssubstrat aufgezeigt werden. Durch das Anheben von Kristallinität und/oder Schichtdicke wird die Gesamtoberfläche der Kristalle in der Schicht angehoben, wodurch eine erhöhte Entstehungswahrscheinlichkeit der Cracks gegeben ist. Die VIM-Untersuchungen zeigen eine abnehmende Tendenz des Shuntwiderstands mit zunehmender Kristallinität. Einen Anstieg der Crackdichte bei größer werdender Kristallinität ergeben die FIB-Untersuchungen. Damit wird eine Abhängigkeit der Defektbildung von der Kristallinität des myc-Si:H-Absorbers aufgezeigt. Dadurch sinkt der Füllfaktor und somit auch der Wirkungsgrad einer Solarzelle bei steigender Crackdichte. Die Variation der Schichtdicke zeigt keine Auswirkung auf die Defektbildung. Somit hat die vertikale Ausdehnung der Körner keinen Einfluss auf die Entstehung von Cracks. Dagegen hat das Aufwachssubstrat einen enormen Einfluss. Bei allen Veränderungen der Struktur unterhalb der myc-Si-Schicht wird eine erhöhte Crackdichte festgestellt. Das Aufwachsen von mikrokristallinem Silizium auf amorphem Silizium erzeugt die wenigsten Cracks. Oxidhaltige Substrate fördern die Crackbildung, wodurch der Einsatz einer Zwischenreflektorschicht aus einem Oxid in Frage zu stellen ist.
Restaustenitbestimmung und Strukturuntersuchung an plasmagespritzten Duplexschichten und austgetemperten Sphäroguss. - 166 S. : Ilmenau, Techn. Univ., Diplomarbeit, 2011
Der Gehalt an Restaustenit beeinflusst maßgeblich die mechanischen und chemischen Eigenschaften von Konstruktionselementen. So hat der Austenit ebenso Einfluss auf die Schwingfestigkeit und Korrosionseigenschaften von Eisenlegierungen. Die Bestimmung dieses Gefügebestandteils spielt in der Qualitätskontrolle wie in werkstoffwissenschaftlichen Untersuchungen eine große Rolle. Diese Arbeit befasst sich mit der Untersuchung von austgetemperten Sphäroguss (ADI) und Duplexstahl mit Hilfe der Wirbelstrommethode, der magnetinduktiven Methode, der Mössbauerspektroskopie, der Metallographie sowie der Röntgen- und Neutronenbeugung. Ein weiterer Bestandteil ist die Element- und Texturbestimmung des M1-0146 Kalibriersatzes der HELMUT FISCHER GmbH. Die Ergebnisse der angewendeten Verfahren zeigen zwar den gleichen Trend in der Austenitkonzentration, der Betrag der Messwerte ist jedoch sehr unterschiedlich. Anhand der Ergebnisse ist zu erkennen, dass die Metallographie für eine Quantifizierung aufgrund der mangelnden Separation des Austenit von anderen Gefügebestandteilen ungeeignet ist. Eine Vergleichbarkeit der Methoden ist zudem nur bedingt gegeben, da die Verfahren den Austenit in unterschiedlichen Einheiten berechnen.
Phasenanalyse mit EBSD im System Gold-Aluminium. - 90 S. Ilmenau : Techn. Univ., Diplomarbeit, 2010
Die folgende Arbeit befasst sich mit der Charakterisierung des Wachstums von intermetallischen Gold/AluminiumPhasen mit Hilfe von EBSD. Dafür werden einerseits Golddrahtbondverbindungen auf Aluminiumschichten, als auch Aluminiumdrahtbondverbindungen auf Goldsubstraten für EBSD zielgerichtet präpariert. Zusätzlich soll das Phasenwachstum verschiedenartig zusammengesetzter Gold/AluminiumSchichtsysteme untersucht werden. Mittelpunkt der Arbeit ist es, bisherige Untersuchungsergebnisse zu uberprüfen, gegebenenfalls zu korrigieren oder zu erweitern. Dabei werden die vielfältigen Möglichkeiten der EBSDUntersuchung herausgestellt und zur Beschreibung der Mikrostruktur der intermetallischen Phasen genutzt.
Optimierungsversuche zur Erhöhung der Wärmeleitfähigkeit und der Festigkeit von Mischsystemen hergestellt aus hochdestillierten Pechen und Mesophasenpechen. - 136 S. Ilmenau : Techn. Univ., Diplomarbeit, 2010
In dieser Arbeit "Optimierungsversuche zur Erhöhung der Wärmeleitfähigkeit und der Festigkeit von Mischsystemen hergestellt aus hochdestillierten- und Mesophasenpechen" sollen die physikalischen Eigenschaften von schlickergegossenen Bauteilen verbessert werden, besonders die elektrische und thermische Leitfähigkeit. In einigen Anwendungen, speziell im Bereich Tiegel für Elektronenstrahlverdampfungsanlagen oder induktionsbeheizte Tiegel, reichen derzeit die thermischen und elektrischen Eigenschaften von schlickergegossenen Bauteilen nicht aus. Die Thermoschockbeständigkeit ist zu gering und die Bauteile überstehen selten einen Auf- und Abheizzyklus oder der elektrische Widerstand ist zu hoch und die eingespeiste Leistung genügt nicht zum Schmelzen des Metalls. Die Idee hinter dieser Arbeit ist, zwei unterschiedliche Pechtypen zu mischen und somit die Werkstoffoptimierung vorzunehmen. Hochdestillierte Peche bringen dabei eine hohe Festigkeit und Mesophasenpeche eine hohe Wärmeleitfähigkeit. Die hochdestillierten Peche werden mit 25 %, 50 % und 75 % Mesophasenpech gemischt, in einen Schlicker überführt und in Gipsformen gegossen. Dabei werden zwei unterschiedliche Probentypen erhalten- Pillen für die Charakterisierung des Brennverhaltens der Proben und Platten für die Bestimmung der physikalischen Eigenschaften. Die erhaltenen Proben werden getrocknet, die Platten anschließend carbonisiert, graphitiert und zerschnitten, um die jeweiligen Probendimensionen für die unterschiedlichen Messverfahren zu erhalten, wie zum Beispiel Vier- Punkt- Biegeprüfung, Quecksilber- Porosimetrie, RFA und die Bestimmung der Wärmeleitfähigkeit und elektrischen Leitfähigkeit. Mit Hilfe der Penetrationsmessung, eine neu eingeführte Messmethode zur Charakterisierung des thermomechanischen Verhaltens, werden die grünen schlickergegossenen Pillen analysiert. Ziel dieser Arbeit ist es, eine Mischung mit guten thermischen und elektrischen Eigenschaften bei gleichzeitig guten Festigkeiten zu finden. Somit wäre es möglich für jede Anwendung die Eigenschaften, durch Mischen von unterschiedlichen Ausgangspechen, maßzuschneidern.
Erzeugung einer homogenen Aluminiumdotierung in Silizium durch eutektische Legierungsbildung. - 100 S. Ilmenau : Techn. Univ., Diplomarbeit, 2010
Seit Beginn der industriellen Fertigung von Solarzellen gibt es fortlaufende Bemühungen den Wirkungsgrad zu steigern und gleichzeitig die Herstellungskosten zu senken. Die in dieser Arbeit untersuchte Methode zur Erzeugung einer p+ Dotierung in monokristallinen Siliziumsubstraten, unter Verwendung physikalisch abgeschiedener Aluminiumschichten, ermöglicht im Gegensatz zum derzeitigen Stand der Technik eine zukünftige Reduktion der Substratdicke, da die Durchbiegung (Bow) verringert werden kann. Der Einsatz einer Abdeckschicht, die auf die dünne Aluminiumschicht durch Siebdruck aufgebracht wird, erlaubt eine zusätzliche Reduktion des Bows. Mit einer Bestimmung der Leerlaufspannung sowie der Ladungsträger-Lebensdauer kann gezeigt werden, dass die Abdeckung den Dotierprozess nicht nachteilig beeinflusst. Entsprechend theoretischen Überlegungen basierend auf dem binären Aluminium-Silizium Phasendiagramm, kann das Dotierprofil durch eine Änderung der Aluminiumdicke sowie der Prozesstemperatur gezielt beeinflusst werden. Daneben wird durch eine Auswahl geeigneter Maßnahmen eine Verbesserung der Homogenität der dotierten Schicht angestrebt. Zur Charakterisierung werden Schichtwiderstandsmessungen und REM-Untersuchungen durchgeführt. In einem weiteren Untersuchungsfeld werden verschiedene Ätzlösungen erprobt, mit dem Ziel das Eutektikum sowie Rückstände und Ausscheidungen auf der Oberfläche der dotierten Schicht möglichst effektiv zu entfernen. Auf Basis der erarbeiteten Technologie werden abschließend Solarzellen mit p- sowie n-Typ Substraten produziert und durch Messung ihrer Kennlinie charakterisiert.
Untersuchung von Oberflächen von Silizium-Wafern mittels Laserreflexion. - 75 S. Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2010
Die Bachelorarbeit beschäftigt sich mit der Oberflächenanalyse monokristalliner Siliziumwafer. Für die durchgeführten Versuche wurde ein Laserreflexionsaufbau erstellt. Ein Zusammenhang zwischen Oberflächenstruktur und Reflexionsbild wurde nachgewiesen. In Ansätzen wurde versucht eine mathematische Beschreibung des Reflexionsbildes bei variierender Oberflächenstruktur zu erstellen. Über die Schwankungen der aufgenommenen Messwerte ist versucht worden die Tauglichkeit als sinnvolles Messsystem abzuschätzen um die Oberfläche korrekt zu charakterisieren. Im angefertigten Messaufbau sind die Schwankungen so groß, dass eine genaue Analyse nur bedingt möglich ist und somit im Ausblick auf mögliche Verbesserungen eingegangen wird.
Systematische Untersuchungen zur Herstellung von transparenten und leitfähigen Oxidschichten (TCO) unter Variation der Herstellungsparameter. - 85 S. : Ilmenau, Techn. Univ., Diplomarbeit, 2010
Diese Arbeit beschäftigt sich mit der Herstellung von transparenten und leitfähigen Zinkoxidschichten durch Magnetronsputtern. Beim Sputtern mit keramischen Targets wurde der Einfluss von Schichtdicke, Leistung, Prozessdruck, Sauerstoffanteil in der Prozessatmosphäre, Dotierung und Temperatur auf optische und elektrische Schichteigenschaften untersucht. Auch die Auswirkungen von Temperaturbehandlung, Feuchtigkeit und Lagerung wurden untersucht. Stichworte: PVD; VSM; Transmission; TCO; AZO; Sauerstoffkonzentration; Temperatur; Temperaturbehandlung; Druck; Dotierung; Alterung; AFM; Leistung; XRD; UV; VIS; NIR
Herstellung und Charakterisierung von Titannitrid-Schichten für trockene EEG-Elektroden. - 79 S. : Ilmenau, Techn. Univ., Diplomarbeit, 2009
In der vorliegenden Arbeit wird die Bestimmung der Prozessparameter für die Herstellung von Titannitridschichten, die Charakterisierung der Schichten, sowie deren Anwendung als Schichtmaterial für EEG-Elektroden beschrieben. Die Schichten werden auf einer LAB 500 Magnetronsputteranlage der Firma Leybold mit Magnetronsputterquellen der Firma Ionx hergestellt. Die Herstellung der Schichten erfolgt auf zwei Wegen. Dem reaktiven rf-Magnetronsputterprozess und dem ARC-Verfahren. Die Ergebnisse der beiden Herstellungsverfahren werden miteinander verglichen. Schlüsselworte: - Titannitrid - Messverfahren: Lineare van-der-Pauw, REM, XRD, GDOS, ESP-Mikrohärtemessung, Hall-Messung, Schichthaftung - Kriterium für Schichtcharakterisierung: spezifischer elektrischer Widerstand
Untersuchung zur Phasenausbildung von Metallsiliziden durch PVD und Temperprozesse besonders das Platin-Silizium-System. - 61 S. Ilmenau : Techn. Univ., Diplomarbeit, 2009
Diese Arbeit befasst sich mit der Herstellung und Untersuchung der Eigenschaften von Platinsiliziden. Dabei wurden verschiedene Herstellungsmethoden verwendet. Zunächst wurde Platin und Silizium auf ein Siliziumsubstrat mittels Magnetronsputtern aufgebraucht. Dabei wurden verschiedene Schichtfolgen verwendet. Zum einen wurde eine Silizium- und eine Platinschicht von jeweils 100nm Dicke hergestellt, zum anderen wurde ein Mehrschichtsystem aus fünf Schichten mit alternierender Schichtfolge gesputtert. Anschließend wurden die Schichten auf drei verschiedene Arten getempert. Es wurden Rapid Thermal Annealing (RTA), Pulsed Laser Annealing (PLA) und das Tempern in einem Quarzrohrofen genutzt. Das Tempern wurde in einem Temperaturbereich von 400˚C bis 900˚C durchgeführt. Anschließend wurden die so entstandenen Schichten auf ihre elektrischen Eigenschaften hin untersucht. Hierbei zeigte sich, dass es möglich ist, den spezifischen Widerstandes in Abhängigkeit von der Temperatur in drei Bereiche einzuteilen. Diese drei Temperaturbereiche waren einmal die ungetemperte Probe, dann von 400˚C bis 650˚C und schließlich 700˚C bis 900˚C. Diese Einteilung ist exakt nur für die RTA getemperten Proben zulässig, bei den QRO getemperten Proben liegt die Temperatur etwa 50K unterhalb dieser.Die Dreiteilung konnte mit Hilfe der Röntgendiffraktometrie (XRD) den Phasenumwandlungspunkten im Zweistoffdiagramm zugeordnet werden. Weiterhin wurde der prozentuale Massenanteil der einzelnen Phasen in der Schicht mit Hilfe des Programms TOPAS bestimmt. Als besonders auffällig zeigte sich dabei die Probe, die aus dem Mehrschichtsystem mit Silizium als Deckschicht bestand. Diese zeigte trotz des höheren Siliziumanteils des Ausgangsschichtsystems im getemperten Zustand bei 400˚C eine Phase als Hauptbestandteil, die wesentlich mehr Platin enthält. Ebenfalls konnte diese Probe mit dem Mehrschichtsystem und Silizium als Deckschicht als einzige mit Pulsed Laser Annealing getempert werden. Mit dem Transmissionselektronenmikroskop wurden schließlich Untersuchungen zur Durchmischung und Schwindung der Schichten durchgeführt.