Dieses Buch ist der erste Teil einer auf zwei Bande angelegten Monographie, die in der Absicht entstand, den Fachleuten, die in der Forschung oder Industrie auf den Gebie ten der Werkstoffoberflachen und der diinnen Schichten tatig sind, sowie den Studie renden eine EinfUhrung in die Grundlagen und eine Ubersicht iiber die vieifaltigen Anwendungen und Verfahren der Oberflachen- und Diinnschichttechnologie zu ge ben. Diese Arbeit beruht auf einer langjahrigen Tatigkeit des Verfassers auf dies em Gebiet sowohl in der Industrie als auch an der Hochschule. In ihrem praktischen Einsatz haben…mehr
Dieses Buch ist der erste Teil einer auf zwei Bande angelegten Monographie, die in der Absicht entstand, den Fachleuten, die in der Forschung oder Industrie auf den Gebie ten der Werkstoffoberflachen und der diinnen Schichten tatig sind, sowie den Studie renden eine EinfUhrung in die Grundlagen und eine Ubersicht iiber die vieifaltigen Anwendungen und Verfahren der Oberflachen- und Diinnschichttechnologie zu ge ben. Diese Arbeit beruht auf einer langjahrigen Tatigkeit des Verfassers auf dies em Gebiet sowohl in der Industrie als auch an der Hochschule. In ihrem praktischen Einsatz haben technische Oberflachen und diinne Schichten eine Vielzahl von Funktionen zu erftillen. Um nur einige Beispiele zu nennen: in der Optik als reflexionsmindemde, reflexionserhohende oder absorbierende Schichten; in der Elektrotechnik als Kontakte, Widerstande und Kondensatoren; in der Mikroelek tronik als Metallisierungs-und Passivierungsschichten fUr hochintegrierte Schaltkreise und Halbleiter-Bauelemente; femer beim Aufbau von Systemen der integrierten Op tik, der Optoelektronik, der Kryoelektronik, der Energietechnik und der biomedizini schen Technik. In der chemischen Verfahrenstechnik und im Maschinenbau werden funktionelle diinne Schichten als Schutz gegen VerschleiB, Korrosion und Hochtem peraturoxidation, aber auch als reibungsarme Schichten, Katalysatorschichten und de korative Schichten verwendet. Die volkswirtschaftliche Bedeutung der Oberflachen-und Diinnschicht-Technologie ist in den Industrielandem in den letzten J ahren aus folgenden Grunden erheblich ge stiegen: Viele Hochtechnologie-Anwendungen, an denen mikroelektronische, optische, op toelektronische, magnetische oder kryoelektronische Bauelemente beteiligt sind, wur den durch die vielfach einzigartigen physikalischen und chemischen Eigenschaften diinner Schichten iiberhaupt erst moglich.
1 Oberflächentechnologien - ein Überblick.- 1.1 Einleitung.- 1.2 Überblick über Beschichtungsmethoden und ihre Anwendungen.- 1.3 Überblick über die Methoden zur Modifizierung der Randschicht.- 1.4 Zur Unterscheidung: dünne Schicht - dicke Schicht.- 1.5 Zum Aufbau des Buches.- 2 Haftfestigkeit und MikroStruktur der Schichten, Vorbehandlung der Substrate.- 2.1 Einleitung.- 2.2 Übergangs(Interface)-Zone zwischen Substrat und Schicht.- 2.3 MikroStruktur von PVD-Kondensaten.- 2.4 Inkorporation von Fremdatomen.- 2.5 Innere Spannungen in der Schicht.- 2.6 Haftfestigkeit der Schicht.- 2.7 Zeitliche Änderungen der Haftfestigkeit.- 2.8 Folgerungen in bezug auf die Vorbereitung der Substrate.- 3 Meß- und Prüftechnik von Oberflächen und dünnen Schichten.- 3.1. Messung der Schichtdicke und der Depositionsrate.- 3.2 Analyse der chemischen Zusammensetzung.- 3.3 Untersuchung der mikrogeometrischen und der kristallinen Struktur.- 3.4 Untersuchung physikalischer Eigenschaften der Schichten.- 3.5 Untersuchung mechanisch-technologischer Eigenschaften.- 3.6 Funktionsorientierte Prüfverfahren.- 4 Plasmen in der Oberflächentechnologie.- 4.1 Einleitung.- 4.2 Erzeugung von Niederdruckplasmen.- 4.3 Plasmakenngrößen.- 4.4 Kollektive Phänomene.- 4.5 Hochfrequenzentladungen und das Prinzip des HF-Sputterns.- 4.6 Reaktionen im Plasma.- 5 Bedampfungstechniken.- 5.1 Einleitung.- 5.2 Grundlagen des Bedampfungsprozesses.- 5.3 Verdampfungsquellen.- 5.4 Automatische Pumpstand- und Verdampfungssteuerungen.- 5.5 Ausführungsformen von Beschickungsanlagen.- 5.6 Anwendungen.- 6 Sputtertechniken.- 6.1 Einleitung.- 6.2 Gesetzmäßigkeiten des Sputterprozesses.- 6.3 Praktische Ausführung verschiedener Sputtertechniken.- 7 Ionenplattieren.- 7.1 Einleitung.- 7.2 Mechanismus desIonenplattierens.- 7.3 Ausfuhrungsformen von Ionenplattier-Anlagen.- 7.4 Anwendungen des Ionenplattierens.- 8 Chemische Abscheidung aus der Gasphase: CVD-Verfahren.- 8.1 Das CVD-Verfahren.- 8.2 Theoretische Grundlagen.- 8.3 CVD-Reaktoren.- 8.4 Eigenschaften der CVD-Schichten.- 8.5 Anwendungen von CVD-Schichten.- 9 Plasma-aktivierte chemische Dampfabscheidung (PACVD).- 9.1 Einleitung.- 9.2 Physikalische und chemische Grundlagen des PACVD-Prozesses.- 9.3 Praktische Ausführung von PACVD-Reaktoren.- 9.4 Ergebnisse und Anwendungen.- 10 Plasmapolymerisation.- 10.1 Merkmale der Plasmapolymerisation.- 10.2 Reaktoren.- 10.3 Monomere ..- 10.4 Depositionsraten plasmapolymerisierter Schichten als Funktion der Prozeßparameter.- 10.5 Anlagen für die Plasmapolymerisation.- 10.6 Anwendungen der Plasmapolymerisation.- 11 Elektrochemische und chemische Verfahren zur Herstellung von Schichten.- 11.1 Überblick.- 11.2 Galvanische Abscheidung von Schichten.- 11.3 Anodische Oxidation.- 11.4 Elektrochemische Spezialverfahren.- 11.5 Chemische Herstellung von Schichten aus der Lösung.- 12 Thermische Spritzverfahren.- 12.1 Einleitung.- 12.2 Verfahren der thermischen Spritztechnik.- 12.3 Eigenschaften der thermisch gespritzten Schichten.- 12.4 Anwendungen der thermischen Spritzverfahren.- 13 Auftragschweißen und Plattieren.- 13.1 Überblick.- 13.2 Verfahren des Auftragschweißens.- 13.3 Plattier-Verfahren.- 14 Durch Schmelztauchen und Rascherstarrung erzeugte Metallschichten.- 14.1 Schmelztauchverfahren.- 14.2 Rascherstarrung aus der Schmelze (liquid quenching).- 15 Schichten aus organischen Polymeren und dispersen Systemen.- 15.1 Beschichtungsmaterialien.- 15.2 Mechanismen der Schichtbildung.- 15.3 Lösungsmittelarme Lacke.- 15.4 Anwendungen von Polymerschichten.- 15.5 Vorbehandlung derSubstrate.- 15.6 Beschichtungsverfahren.- 15.7 Anwendungen des Tauchverfahrens und des elektrostatischen Spritzens auch auf andere nichtmetallische Werkstoffe.- Tabellenanhang.- Physikalische Eigenschaften von Schichtmaterialien für verschiedene Beschichtungsprozesse und Hinweise auf Anwendungen.- A 1 Chemische Elemente als Schichtmaterialien für PVD- und CVD-Prozesse.- A 2 Anwendungen chemischer Elemente als Schichtmaterialien in der Elektronik, Optik und Oberflächenvergütung.- A 3 Fluoride als Schichtmaterialien für PVD-Prozesse und Anwendungen.- A 4 Oxide und Oxid-Verbindungen als Schichtmaterialien für PVD-, CVD-und Tauchprozesse und Anwendungen.- A 5 Nichtoxidische Chalcogenide und einige Halbleiter als Schichtmaterialien und deren technische Anwendungen.- A 6 Legierungen und Cermets als Schichtmaterialien für PVD-Prozesse.- A 7 Boride als Schichtmaterialien und deren Anwendungen.- A 8 Carbide als Schichtmaterialien und deren Anwendungen.- A 9 Nitride als Schichtmaterialien und deren Anwendungen.- A 10 Suicide als Schichtmaterialien und deren Anwendungen.- Literatur.
1 Oberflächentechnologien - ein Überblick.- 1.1 Einleitung.- 1.2 Überblick über Beschichtungsmethoden und ihre Anwendungen.- 1.3 Überblick über die Methoden zur Modifizierung der Randschicht.- 1.4 Zur Unterscheidung: dünne Schicht - dicke Schicht.- 1.5 Zum Aufbau des Buches.- 2 Haftfestigkeit und MikroStruktur der Schichten, Vorbehandlung der Substrate.- 2.1 Einleitung.- 2.2 Übergangs(Interface)-Zone zwischen Substrat und Schicht.- 2.3 MikroStruktur von PVD-Kondensaten.- 2.4 Inkorporation von Fremdatomen.- 2.5 Innere Spannungen in der Schicht.- 2.6 Haftfestigkeit der Schicht.- 2.7 Zeitliche Änderungen der Haftfestigkeit.- 2.8 Folgerungen in bezug auf die Vorbereitung der Substrate.- 3 Meß- und Prüftechnik von Oberflächen und dünnen Schichten.- 3.1. Messung der Schichtdicke und der Depositionsrate.- 3.2 Analyse der chemischen Zusammensetzung.- 3.3 Untersuchung der mikrogeometrischen und der kristallinen Struktur.- 3.4 Untersuchung physikalischer Eigenschaften der Schichten.- 3.5 Untersuchung mechanisch-technologischer Eigenschaften.- 3.6 Funktionsorientierte Prüfverfahren.- 4 Plasmen in der Oberflächentechnologie.- 4.1 Einleitung.- 4.2 Erzeugung von Niederdruckplasmen.- 4.3 Plasmakenngrößen.- 4.4 Kollektive Phänomene.- 4.5 Hochfrequenzentladungen und das Prinzip des HF-Sputterns.- 4.6 Reaktionen im Plasma.- 5 Bedampfungstechniken.- 5.1 Einleitung.- 5.2 Grundlagen des Bedampfungsprozesses.- 5.3 Verdampfungsquellen.- 5.4 Automatische Pumpstand- und Verdampfungssteuerungen.- 5.5 Ausführungsformen von Beschickungsanlagen.- 5.6 Anwendungen.- 6 Sputtertechniken.- 6.1 Einleitung.- 6.2 Gesetzmäßigkeiten des Sputterprozesses.- 6.3 Praktische Ausführung verschiedener Sputtertechniken.- 7 Ionenplattieren.- 7.1 Einleitung.- 7.2 Mechanismus desIonenplattierens.- 7.3 Ausfuhrungsformen von Ionenplattier-Anlagen.- 7.4 Anwendungen des Ionenplattierens.- 8 Chemische Abscheidung aus der Gasphase: CVD-Verfahren.- 8.1 Das CVD-Verfahren.- 8.2 Theoretische Grundlagen.- 8.3 CVD-Reaktoren.- 8.4 Eigenschaften der CVD-Schichten.- 8.5 Anwendungen von CVD-Schichten.- 9 Plasma-aktivierte chemische Dampfabscheidung (PACVD).- 9.1 Einleitung.- 9.2 Physikalische und chemische Grundlagen des PACVD-Prozesses.- 9.3 Praktische Ausführung von PACVD-Reaktoren.- 9.4 Ergebnisse und Anwendungen.- 10 Plasmapolymerisation.- 10.1 Merkmale der Plasmapolymerisation.- 10.2 Reaktoren.- 10.3 Monomere ..- 10.4 Depositionsraten plasmapolymerisierter Schichten als Funktion der Prozeßparameter.- 10.5 Anlagen für die Plasmapolymerisation.- 10.6 Anwendungen der Plasmapolymerisation.- 11 Elektrochemische und chemische Verfahren zur Herstellung von Schichten.- 11.1 Überblick.- 11.2 Galvanische Abscheidung von Schichten.- 11.3 Anodische Oxidation.- 11.4 Elektrochemische Spezialverfahren.- 11.5 Chemische Herstellung von Schichten aus der Lösung.- 12 Thermische Spritzverfahren.- 12.1 Einleitung.- 12.2 Verfahren der thermischen Spritztechnik.- 12.3 Eigenschaften der thermisch gespritzten Schichten.- 12.4 Anwendungen der thermischen Spritzverfahren.- 13 Auftragschweißen und Plattieren.- 13.1 Überblick.- 13.2 Verfahren des Auftragschweißens.- 13.3 Plattier-Verfahren.- 14 Durch Schmelztauchen und Rascherstarrung erzeugte Metallschichten.- 14.1 Schmelztauchverfahren.- 14.2 Rascherstarrung aus der Schmelze (liquid quenching).- 15 Schichten aus organischen Polymeren und dispersen Systemen.- 15.1 Beschichtungsmaterialien.- 15.2 Mechanismen der Schichtbildung.- 15.3 Lösungsmittelarme Lacke.- 15.4 Anwendungen von Polymerschichten.- 15.5 Vorbehandlung derSubstrate.- 15.6 Beschichtungsverfahren.- 15.7 Anwendungen des Tauchverfahrens und des elektrostatischen Spritzens auch auf andere nichtmetallische Werkstoffe.- Tabellenanhang.- Physikalische Eigenschaften von Schichtmaterialien für verschiedene Beschichtungsprozesse und Hinweise auf Anwendungen.- A 1 Chemische Elemente als Schichtmaterialien für PVD- und CVD-Prozesse.- A 2 Anwendungen chemischer Elemente als Schichtmaterialien in der Elektronik, Optik und Oberflächenvergütung.- A 3 Fluoride als Schichtmaterialien für PVD-Prozesse und Anwendungen.- A 4 Oxide und Oxid-Verbindungen als Schichtmaterialien für PVD-, CVD-und Tauchprozesse und Anwendungen.- A 5 Nichtoxidische Chalcogenide und einige Halbleiter als Schichtmaterialien und deren technische Anwendungen.- A 6 Legierungen und Cermets als Schichtmaterialien für PVD-Prozesse.- A 7 Boride als Schichtmaterialien und deren Anwendungen.- A 8 Carbide als Schichtmaterialien und deren Anwendungen.- A 9 Nitride als Schichtmaterialien und deren Anwendungen.- A 10 Suicide als Schichtmaterialien und deren Anwendungen.- Literatur.
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