1 EINLEITUNG UND AUFGABENSTELLUNG
2 GRUNDLAGEN 2.1 Schichtmaterialien im System Ti-B-C-N: Struktur und Eigenschaften 2.1.1 Das Ti-C-N-System 2.1.2 Das Ti-B-C-System 2.1.3 Das B-C-N-System 2.1.3.1 Kohlenstoff 2.1.3.2 Bornitrid 2.1.3.3 Karbonitrid (b-C3N4) 2.1.3.4 Borkarbonitrid (BxCyNz) 2.2 Beschichtungsverfahren (Beschichtungstechnik) 2.2.1 CVD-Verfahren 2.2.2 PVD-Verfahren 2.2.2.1 Aufdampfen 2.2.2.2 Ionenplattieren 2.2.2.3 Kathodenzerstäubung (Sputtering) 2.3 Oberflächenmodifizierung durch Ionenstrahlen 2.3.1 Ionen-Festkörper-Wechselwirkung 2.3.1.1 Wechselwirkungsmechanismen 2.3.1.2 Ionenstrahlinduzierte Effekte im Festkörper 2.3.1.3 Simulation SRIM 2.3.2 Ionenstrahlverfahren 2.4 Ionenstrahlgestützte Beschichtung - IBAD 2.4.1 Eigenschaften und Merkmale des IBAD-Verfahrens. 2.4.2 Das Ionen-zu-Atom-Verhältnis 2.4.3 Die Sputterkoeffizienten 2.4.4 Schichtabscheidung unter Einsatz von Reaktivgasen 2.5 Schichtreinheit (Einfluss der Restgasatmosphäre) 2.6 Schichtwachstum und Morphologie 2.6.1 Keimbildung, -wachstum 2.6.2 Strukturzonenmodelle 2.6.3 Schichtwachstum unter Teilchenbeschuss
3 EXPERIMENTELLER TEIL 3.1 Beschichtungsanlage 3.1.1 Vakuumsystem 3.1.2 ElektronenstrahlVerdampfer 3.1.3 Ionenquelle 3.1.4 In-situ-Messeinrichtungen 3.2 Schichtherstellung 3.2.1 Werkstoffe und Ausgangsmaterialien 3.2.1.1 Substratmaterialien 3.2.1.2 Schichtmaterialien 3.2.2 Vorbereitung der Substrate 3.2.2.1 Chemische Vorbehandlung 3.2.2.2 In-situ-Vakuumvorbehandlung 3.2.3 Schichtsynthese 3.2.3.1 B/C/N-Schichten 3.2.3.2 Ti/C/N-Schichten 3.2.3.3 Ti/B/C(/N)-Schichten 3.2.3.4 Substrattemperatur 3.2.3.5 Ionenstromdichte 3.2.3.6 Elektronenstrahlverdampfung von Kohlenstoff 3.2.4 Prozessführung
4 UNTERSUCHUNG DER SCHICHTEIGENSCHAFTEN: ANALYSE- UND CHARAKTERISIERUNGSMETHODEN 4.1 Optische Untersuchungen 4.1.1 Mikroskopie 4.1.2 UV-VIS-Spektroskopie 4.1.2.1 Messung der Transmission 4.1.2.2 Bestimmung der optischen Bandlücke 4.2 Elementanalyse 4.2.1 Rutherford-Rückstreu-Spektrometrie (RBS) 4.2.2 Kernreaktionsanalyse (NRA) 4.2.3 R öntgen-Photoelektronen-Spektroskopie (XPS) 4.3 Untersuchung der Bindungsverhältnisse: Schwingungsspektroskopie 4.3.1 Grundprinzipien und Auswahlregeln 4.3.2 Reflektions-Absorptions-IR-Spektroskopie (RAIRS) 4.3.3 Mikro-Raman-Spektroskopie 4.4 Mikrostruktur und Morphologie 4.4.1 Profilometrie 4.4.2 Röntgendiffraktometrie (GIXRD) 4.4.3 Rasterelektronen-Mikroskopie (REM) 4.4.4 Rasterkraft-Mikroskopie (AFM) 4.5 Anwendungsorientierte Untersuchungen 4.5.1 Tribologische Eigenschaften 4.5.1.1 H ärtemessung 4.5.1.2 Bestimmung des Reibungskoeffizienten 4.5.2 Elektrochemische Korrosionsmessungen (Cyclovoltammetrie) 4.5.3 Elektrische Leitf ähigkeit (Widerstandsmessung)
5 ERGEBNISSE DER UNTERSUCHUNGEN DER SCHICHTEIGENSCHAFTEN 5.1 Untersuchungen an B/C/N-Schichten 5.1.1 Optische Untersuchungen 5.1.1.1 Mikroskopie 5.1.1.2 UV-VIS-Spektroskopie 5.1.2 Dünnschichtanalyse (XPS) 5.1.2.1 Chemische Zusammensetzung und Einfluss der Prozessparameter 5.1.2.2 Entfaltung der XPS-Spektren 5.1.3 Bindungsverh ältnisse 5.1.3.1 Raman-Spektroskopie 5.1.3.2 IR-Spektroskopie 5.1.4 Mikrostruktur und Morphologie 5.1.4.1 Profilometrie 5.1.4.2 GIXRD 5.1.4.3 REM 5.1.5 Anwendungsorientierte Untersuchungen 5.1.5.1 Härte 5.1.5.2 Reibungskoeffizient 5.1.5.3 Leitfähigkeit 5.1.5.4 Optische Bandlücke 5.2 Untersuchungen an Ti/C/N-Schichten 5.2.1 Optische Untersuchungen 5.2.1.1 Mikroskopie 5.2.1.2 UV-VIS-Spektroskopie 5.2.2 D ünnschichtanalyse (XPS, RBS, NRA) 5.2.2.1 XPS 5.2.2.2 RBS 5.2.2.3 NRA 5.2.3 Bindungsverhältnisse 5.2.4 Mikrostruktur und Morphologie 5.2.4.1 Profilometrie 5.2.4.2 GIXRD 5.2.4.3 REM 5.2.4.4 AFM 5.2.5 Anwendungsorientierte Untersuchungen 5.2.5.1 Härte 5.2.5.2 Reibungskoeffizient 5.2.5.3 Leitfähigkeit 5.3 Untersuchungen an Ti/B/C- bzw. Ti/B/C/N-Schichten 5.3.1 Optische Untersuchungen 5.3.1.1 Mikroskopie 5.3.1.2 UV-VIS-Spektroskopie 5.3.2 D ünnschichtanalyse (XPS) 5.3.3 Bindungsverh ältnisse 5.3.4 Mikrostruktur und Morphologie 5.3.4.1 Profilometrie 5.3.4.2 GIXRD 5.3.4.3 REM 5.3.5 Anwendungsorientierte Untersuchungen 5.3.5.1 Härte 5.3.5.2 Reibungskoeffizient 5.3.5.3 Leitfähigkeit 5.3.5.4 Cyclovoltammetrie
6 ZUSAMMENFASSENDE DISKUSSION DER ERGEBNISSE
7 LITERATURVERZEICHNIS
8 ANHANG 8.1 Entfaltung der Spektren der R öntgen-Photoelektronenspektroskopie (XPS) 8.1.1 XPS-Spektren der BCN-Proben 8.1.2 XPS-Spektren der TiCN-Proben 8.1.3 XPS-Spektren der TiBC-Proben DANKSAGUNG
