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K. Genser:
"Abscheidung und Charakterisierung von quasikristallinen AlCuFeB-Schichten";
Betreuer/in(nen): C. Eisenmenger-Sittner; Institut für Festkörperphysik, 2011; Abschlussprüfung: 05.10.2011.

KURZFASSUNG
Da die Abnützung von Maschinenkomponenten zu einem Anstieg an Energieverbrauch und Kosten führt, ist die Entwicklung neuer Materialien mit geringen Reibungskoeffizienten und großer Härte wichtig für verschiedenste industrielle Anwendungen. Quasikristallines AlCuFeB besitzt eine Kombination aus günstigen mechanischen, elektrischen und thermischen Eigenschaften und stellt damit ein kosteneffizientes Material für harte Schutzschichten dar. Zur Herstellung von quasikristallinen dünnen Schichten basierend auf AlCuFeB sind geeignete Prozessparameter notwendig, die die richtige Stöchiometrie und die passende Mikrostruktur garantieren.
Im Rahmen der vorliegenden Diplomarbeit wurde eine Al59Cu25,5Fe12,5B3 Legierung auf zwei verschiedene Substrate als dünne Schicht abgeschieden und ihre Struktur untersucht. Obwohl das untersuchte Material aus metallischen Elementen aufgebaut ist, entsprechen die Eigenschaften nicht immer dem metallischen Charakter. Die Kristallisation des untersuchten Al59Cu25,5Fe12,5B3 Systems in die quasikristalline Phase findet ab einer Temperatur von zirka 550 °C statt. Um diese Temperatur während des Beschichtens mittels Sputterprozesses erreichen zu können, wurde ein Substrathalter konstruiert, bei dem mit Hilfe einer Heizkartusche der Kupferkopf und somit das Substrat auf 600 °C erhitzt werden konnte.
Zunächst wurden Aluminiumschichten bei verschiedenen Beschichtungstemperaturen auf Al2O3 Substrate abgeschieden, um grundlegende Informationen über die Schichtstruktur von AlCuFeB zu erhalten. Anschließend wurden AlCuFeB Schichten auf Al2O3 und Si-Substraten aufgebracht und erneut die Beschichtungstemperatur variiert. Nachdem die Bildung der quasikristallinen Phase bei 600 °C nachgewiesen werden konnte, wurden die Leistung und der Druck verändert, um die idealen Prozessparameter zur Bildung einer ikosaedrischen Phase zu finden. Die Proben wurden einer Röntgendiffraktometrie unterzogen und ihre Kristallstruktur untersucht. Anschließend wurde eine EDX-Analyse durchgeführt, um einerseits die chemische Zusammensetzung zu bestimmen und andererseits die Einbindung von C und O in die Schicht zu untersuchen. Zusätzlich wurde der Schichtwiderstand bei steigender Beschichtungstemperatur gemessen, der bei Aluminium nahezu linear sinkt. Bei Bildung der quasikristallinen Phase von AlCuFeB steigt der Widerstand.
Um das Diffusionsverhalten zu minimieren und die Haftung der Al59Cu25,5Fe12,5B3 Schicht auf Silizium zu erhöhen, wurden in einer weiteren Versuchsreihe fünf verschiedene Materialien mit günstigem thermischen Ausdehnungskoeffizienten als Zwischenschicht eingebaut.
Die Experimente zeigen, dass es möglich ist, die quasikristalline Phase abzuscheiden. Durch die Verwendung von Zwischenschichten konnte keine Steigerung der Adhäsion beobachtet werden.