Studienabschlussarbeiten

Der derzeitige Standart, der zur Mikrochipherstellung eingesetzten Photolithographie, arbeitet mit einer Wellenlänge von 193 nm. Um in Zukunft kleinere Strukturbreiten verwirklichen zu können, ist eine Wellenlängenverringerung unausweichlich. Ein Ansatz stellt die EUV-Lithographie dar, die bei 13,5 nm arbeiten soll. Dabei entstehen, aufgrund der hohen Absorption der kurzwelligen EUV-Strahlung, einige neue Probleme. Es können keine optischen Elemente eingesetzt werden, die auf Transmission beruhen, sondern es müssen reflektive Optiken eingesetzt werden. Wegen der hohen Streuung dieser Strahlung müssen diese Optiken minimale Oberflächenrauheit besitzen. In diesem Zusammenhang wird in der vorliegenden Arbeit nach Poliertüchern gesucht, die auf strukturierten Siliziumoberflächen möglichst geringe Rauheiten erzeugen, wie sie in EUV-Anwendungen notwendig sind, und dabei die enthaltene Struktur so wenig wie möglich verrunden. Dafür werden verschiedene kommerzielle Poliertücher im Hinblick auf diese Aufgabe auf ihre Eigenschaften untersucht und charakterisiert. In Polierversuchen werden ausgewählte Poliertücher auf Planproben getestet. Anhand einer Auswertung der Oberflächenrauheit und Strukturverrundung werden Zusammenhänge zwischen den charakteristischen Poliertucheigenschaften und der jeweils auf den Proben erzeugten Oberfläche hergestellt.

Die mit Sauerstoff bedeckte Berylliumoberfläche wurde mit Hilfe eines Rastertunnelmikroskops untersucht. Die Bestimmung der chemischen Oberflächenzusammensetzung erfolgte mit Röntgen-Photoelektronenspektroskopie (XPS). Die Berylliumoberfläche zeigte vorwiegend Stufenkanten mit einer Höhe von zwei Atomlagen. Der adsorbierte Sauerstoff bildete auf der Oberfläche Inseln, die bei anhaltendem Sauerstoffangebot sich bis zu einer Größe von etwa 300 nm 2 lateral ausbreiteten und anschließend zusammenwuchsen. Die Höhe der Sauerstoffinseln lag bei einer Atomlage, seltener bei zwei Atomlagen. Bei der Form der Inseln konnten keine sich wiederholende Strukturen festgestellt werden. Die rastertunnelmikroskopischen Aufnahmen ließen weiterhin eine geringe Beweglichkeit der Sauerstoffatome im Anfangsstadium der Adsorption vermuten.

Die Struktur von artikulärem Knorpelgewebe besteht aus drei verschiedenen Schichten, welche eine unterschiedliche Orientierung von Kollagenfasern aufweisen. Außerdem liegt von der obersten Schicht bis zur Knochengrenzfläche ein Gradient von zunehmender Konzentration von Glycosaminoglycanen (GAG) und abnehmender Wasserkonzentration vor. Der kombinierte Effekt dieser strukturellen Variationen führt zu veränderten longitudinalen und transversalen Relaxationszeiten als Funktion vom Abstand zur Knorpeloberfläche. In der vorliegenden Masterarbeit wurden diese Abhängigkeiten mit Hilfe von NMR Relaxationsmessungen bei einer magnetischen Feldstärke von 0.27 T mit einer eindimensionalen Tiefenauflösung von 50 my m bei Rinderhüft- und Rinderkniegelenken untersucht. Durch Anwendung dieser Methode konnte ein verstärkter Kontrast der longitudinalen Relaxationsrate bei niedrigen Magnetfeldstärken festgestellt werden. Weiterhin konnte nachgewiesen werden, dass eine Richtungsabhängigkeit der Relaxationszeiten bezüglich einer Achse normal zur Knorpeloberfläche existiert. Diese Beobachtung wurde kürzlich mittels Hochfeld-MRT gemacht und durch eine bevorzugte Orientierung der Kollagenfasern in den verschiedenen histologischen Zonen erklärt. Um den Einfluss von Kontrastmitteln auf die tiefenabhängigen Relaxationszeiten im Knorpelgewebe zu untersuchen, wurden die Auswirkungen von 0.8 mmol/l wässriger Gadopentetatsäure (Gd(DTPA)2-)- und Gadoteridol (Gd(HPDO3A))-Lösung untersucht. Überdies erfolgte die Anwendung eines geladenen Kontrastmittels, in diesem Fall Gadopentetatsäure, um die tiefenabhängige Glycosaminoglycankonzentration in den Knorpelproben abzuschätzen.

In dieser Arbeit wurden Siliziumoxinitridschichten (a-SiOxNy : H) im gesamten Zusammensetzungsbereich (0 < x < 2) mittels PECVD abgeschieden und auf ihre optischen und strukturellen Eigenschaften hin untersucht. Dabei wurde auch der Einsatz dieser Schichten für photovoltaische Anwendungen durch die Ermittlung der Passiviereigenschaften geprüft und desweiteren die Stabilität gegenüber Hochtemperaturschritten getestet. Die optische Charakterisierung erfolgte mittels der spektralen Ellipsometrie und einem Auswertemodell, welches die Analyse von unterschiedlichen Schichtzusammensetzungen erlaubt. Mithilfe der fouriertransformierten Infrarotspektroskopie konnten Korrelationen zwischen Schichtzusammensetzung, Wasserstoffgehalt und den optischen Konstanten hergestellt werden. Durch die Analyse verschiedener optischer und dielektrischer Modelle konnten neben den optischen Konstanten auch Aussagen über strukturelle Eigenschaften der amorphen Schichten gewonnen werden. Die Bestimmung der Passivierqualität erbrachte, dass besonders sauerstoffreiche Schichten in einem Schichtstapel mit Siliziumnitrid für den Einsatz in solchen Solarzellen geeignet sind, welche einem Sinterschritt unterliegen, weil sie sehr niedrige Oberflächenrekombinationsgeschwindigkeiten besitzen und thermisch stabil sind.

In der Arbeit wurde untersucht, welchen Einfluss verschiedene Prozessparameter bei der Texturierung der Oberfläche von mc-Si-Wafern auf den Wirkungsgrad der fertigen Zelle besitzen. Weiterhin wurden Intensität, Dichte und Flächenverteilung von Darklines und deren Auswirkungen auf den Wirkungsgrad untersucht. Dabei stellte sich heraus, dass einerseits der Ätzabtrag im untersuchten Bereich keine Auswirkung auf den Wirkungsgrad zeigte, andererseits Geschwindigkeit und Spurauslastung der Texturanlage optimal einsgestellt werden müssen. Außerdem konnte nachgewiesen werden, dass der durch die Materialqualität gegebene Darkline-Anteil den Wirkungsgrad signifikant beeinflusst, wobei Intensität und Dichte der Defektstellen eine wichtige Rolle spielen. Bei der zur Messung der Reflexion und des Darkline-Anteils eingesetzten Texturkamera konnte der fehlbestimmte Darkline-Anteil durch optische Kontrolle der Wafer eliminiert werden.