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CVD-/PVD-Verfahren |
| Schichtsysteme, die im
CVD- oder PVD-Verfahren hergestellt wurden, erfordern eine
prozeßbegleitende Analytik, da die Beschaffenheit des
Grundwerkstoffes nicht mehr alleine maßgebend für
die Eigenschaft der Oberfläche ist, sondern diese weitgehend
durch die Art der Beschichtung festgelegt wird.Die mechanischen
und chemischen Eigenschaften wie Verschleißverhalten
und Korrosionsbeständigkeit von TiN, Ti(Al,C)N oder CrN
werden neben der Struktur auch durch die chemische Zusammensetzung
bestimmt.
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Abbildung: Quantitative GDOS-Tiefenprofilanalyse einer funktionsfähigen
TiN-Schicht
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Abbildung: Quantitative GDOS-Tiefenprofilanalyse einer fehlerhaften
TiN-Schicht
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TiN - beschichtete Werkstücke besitzen im Idealfall ein
stöchiometrisches Verhältnis von 50 At.-% N zu 50
At.-% Ti. Stöchiometrisch korrekt beschichtete TiN-Schichten
weisen an der Probenoberfläche noch geringe Konzentrationen
an O und C auf, deren Ursache aber nur eine Randoxidation bzw.
eine leichte Verschmutzung der Oberfläche ist. Elementanreicherungen
im Interface sind nicht zu erkennen. Bauteile, die von dieser
Stöchiometrie abweichen, weisen erhöhte O- und C-Konzentrationen
in der Schicht und im Interface auf. Es ist zudem eine überstöchiometrische
Konzentration an N zu erkennen.
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Abbildung: Quantitative GDOS-Tiefenprofilanalyse
einer TiAIN-Schicht
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Bei der Beschichtung von Hartstoffschichten im CVD-Verfahren
wird teilweise vor der eigentlichen Beschichtung ein wenige
100 nm dicker Ti-Flash aufgebracht, der die Schichthaftung verbessern
soll. Aufgrund von Diffusionsvorgängen ist nach der Beschichtung
diese dünne Ti-Schicht oft nicht mehr vorhanden. In seltenen
Fällen kann eine Ti-Anreicherung im Interface noch beobachtet
werden.
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Abbildung: Wechselschichten: Cu-Cr/Ni
Die Tiefenauflösung ist bei allen sputternden Analyseverfahren
ein entscheidendes Kriterium. Oft wird behauptet die GDOS kann
"dünne" Schichten nicht mehr richtig auflösen.
In dem unten aufgeführten Beispiel ist die Analyse von
10 Wechselschichten Cu und Cr/Ni mit einer Gesamtdicke von 1,6
Mikrometer aufgeführt.
Alle Schichten lassen sich vergleichsweise sehr gut auflösen.
Bemerkenswert ist v. a. dass die tieferliegenden Schichten
nicht weniger schlecht aufgelöst werden können als
Schichten an der Oberfläche der Probe.
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