Überblick

Beim Wachstum zusehen

Experimente zur Echtzeitbeobachtung von Filmbildung und Beschichtungsprozessen

  • Stefan Kowarik, Katharina Broch und Frank Schreiber
  • 12 / 2014 Seite: 33

Kristalle, dünne Schichten oder komplexere Hetero­strukturen herzustellen ist unverzichtbar für verschiedenste technische Anwendungen. Dabei treten zahlreiche fundamentale Vorgänge auf wie Nukleationsprozesse, Instabilitäten sowie Morphologie- und Strukturänderungen. Streumethoden und optische Methoden erlauben es, diese Prozesse „in situ“ und in Echtzeit zu verfolgen, also während des Wachstums.

In der Natur entstehen Strukturen aufgrund von Wachstumsprozessen, die auf den verschiedensten Längen- und Zeitskalen stattfinden. Auf geologischen Zeitskalen bilden sich Gesteinsformationen oder Mineralien. In der belebten Welt spielen sich das Entstehen (und Absterben) von biologischem Gewebe sowie die Biomineralisation auf kürzeren Zeitskalen ab. Vielfach konkurrieren dabei verschiedene Prozesse wie Adsorption und Desorption mit jeweils unterschiedlicher Kinetik, sodass sich die resultierenden Strukturen oft nicht nur durch Gleichgewichts­argumente (z. B. ein Minimum der Freien Energie) erklären lassen. Wachstum findet im Nichtgleichgewicht statt, wobei die „Entfernung“ vom Gleichgewicht je nach Phänomen sehr unterschiedlich sein kann. Dies ist in der Welt der Technik mit den unzähligen Strukturen für die verschiedensten Anwendungen ähnlich. So arbeitet die Kristallzucht in der Regel vergleichsweise nah am Gleichgewicht, während Beschichtungsprozesse oder die Erzeugung komplexer Heterostrukturen oft relativ weit davon entfernt sind. Diese Prozesse mit ganz unterschiedlichen Wachstumsbedingungen sind für viele Bauelemente relevant, z. B. für Quantenpunkt- und Quantentopf-Laser in der (Opto-)Elektronik, Mehrschichtsysteme wie Bragg-Spiegel oder Chips mit verspannten SiGe-Schichten zur Erhöhung der Ladungsträger-Mobilität. Eine zunehmende Rolle spielen dünne Schichten organischer Halbleiter in LED-Beleuchtung, Display-Anwendungen sowie Solarzellen. Da hierbei meist mehrere dünne Molekülschichten aufeinander gewachsen werden, sind die Herausforderungen an das Wachstum komplex. ...

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