(MOCVD) oxidischer Dönnschich ten aus dem Materialsystem Barium

22 2 Grundlagen
PLD 9 (Laserablation) und MBE 10 (Molekularstrahlepitaxie). PVD ist der Oberbegriff
für einen Gasphasenprozess, der eine Beschichtung unter Verwendung eines
physikalischen Prinzips herbeiführt. Die treibende Kraft führt zu einem
Materialtransport auf das Substrat. Die Prozesstemperaturen liegen zwischen
Raumtemperatur und etwa 1000 °C; der Druck liegt meist unter 1 mbar. Hochwertige
einkristalline Filme für optische Anwendungen sind z. B. mit Laserablation gewachsen
worden [105].
Die wesentlichen physikalischen Schritte in der Laserablation beginnen mit der
Verdampfung von Targetmaterial durch gepulstes Laserlicht (Dauer: einige zehn
Nanosekunden). Je besser das Wertepaar (Wärmeleitfähigkeit des Targets,
Energiedichte ‚Laser’) aufeinander abgestimmt sind, desto lokalisierter und
kontrollierter läuft der Schmelzprozess der Oberfläche ab. Es bildet sich eine
Plasmakeule aus, die durch Wechselwirkung des emittierten Dampfes und flüssiger
Tröpfchen mit dem Laserstrahl entsteht. Diese Plasmakeule ist gerichtet und
entsprechend ihrer Charakteristik ist das zu beschichtende Substrat angeordnet. Die
Technik wurde für oxidische Systeme zu einer hohen Reife gebracht. PLD ist komplex
im Ablauf; das Verfahren ist unter anderem in [106] [107] beschrieben.
Sputtering (Kathodenzerstäubung) basiert auf dem Impulsübertrag ionisierter Atome
(meist Argon, wobei für oxidische Filme ein Edelgas-Oxid-Gemisch benötigt wird), die
in einem elektrischen oder elektromagnetischen Feld auf die herauszulösenden Atome
des Targets beschleunigt werden. Der eigentliche Potenzialabfall, der zu den hohen
Beschleunigungen der Prozessgasionen führt, findet im sogenannten ‚Dunkelraum’ vor
der Kathode statt. Das Plasma leitet im größten Teil der Kathodenanordnung so gut,
dass dort keine nennenswerte Spannung abfällt. Ein stetige Ionisierung der Atome
erfolgt durch Stoßprozesse, die einem Lawinenprinzip gehorchend immer neue Atome
ionisieren. Beim Aufschlag entfernen nun diese Ionen Atome aus dem Festkörpergitter
des Targets. Nach der Emission fliegen sie zum Substrat und kondensieren dort. Hierbei
wird das Target als Kathode verwendet und das Substrat als Anode. Die hohe Zahl an
Prozessparametern beeinflusst die Zerstäubung sehr stark. Daher ist der Prozess
Gegenstand vieler Lehrbücher, z. B. [108].
Bei der Molekularstrahlepitaxie (MBE) wird das Material über einen Elektronenstrahl
im Ultra-Hochvakuum verdampft und scheidet sich auf dem beheizten Substrat ab. Die
Methode wird wegen dem hohen apparativen Aufwand (Kosten) und der langwierigen
Einstellzeit für einen Prozess nur für epitaktische Schichten mit sehr hoher Güte
eingesetzt. Die Publikationen von Schlom über Oxidfilme (epitaktisches
Perovskitwachstum auf Silizium) gehören zu den herausragenden Leistungen auf dem
Gebiet der MBE [109].
9 Pulsed Laser Deposition
10 Molecular Beam Epitaxy