Geräte

An der TU Wien steht im Rahmen der zentralen Einrichtungen für Elektronenmikroskopie (Universitäre Service-Einrichtung für Transmissionselektronenmikroskopie, USTEM, öffnet eine externe URL in einem neuen Fenster), Röntgenanalytik (X-Ray Center, XRC, öffnet eine externe URL in einem neuen Fenster) und Oberflächenanalytik (Analytical Instrumentation Center, AIC, öffnet in einem neuen Fenster) ein breites Spektrum von Methoden der physikalischen Analytik zur Verfügung.

In unserer Forschungsgruppe sind folgende Einrichtungen zur Präparation und Charakterisierung dünner Schichten vorhanden:

Sputteranlagen - Beschichtung von Granulaten - AFM - Mikrohärtetester - Abzugstester - Spektrophotometer - Oberflächenenergiemessgerät - Hochtemperaturoberflächenenergiemessung

Zwei vollausgerüstete Anlagen zur magnetron Kathodenzerstäubung, im folgenden als magnetron Sputtern bezeichnet, mit getrennten Quellen zur Herstellung metallischer wie auch nichtmetallischer Schichten.

Magnetron Kathodenzerstäubung, mit getrennten Quellen zur Herstellung metallischer wie auch nichtmetallischer Schichten

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Magnetron Sputtern

Zwei magnetron Sputteranlagen mit Rezipienten von 400 mm Durchmesser sind verfügbar. Ein Basisdruck von 10-5 Pa (10-7 mbar) kann entweder durch Turbomolekular- oder Diffusionspumpen erreicht werden. Beide Anlagen sind mit Schleusensystemen ausgrüstet, welche einen schnellen Probenwechsel ermöglichen. Bis zu vier Sputterquellen können simultan sowohl im RF als auch im DC modus betrieben werden.

Magnetron Sputtern erlaubt die kontrollierte Abscheidung von Schichten mit exzellenten mechanischen, optischen, elektronischen und magnetischen Eigenschaften. Zusätzlich steht eine konventionelle Bedampfungsanlage zur Herstellung organischer wie auch anorganischer Materialien zur Verfügung.
Für die Sputteranlagen ist ein selbstkonstruierter Einsatz vorhanden, welcher die Abscheidung von Schichten auf granularen Medien erlaubt.

Selbstkonstruierter Einsatz zur Abscheidung von Schichten auf granularen Medien

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Beschichtung granularer Medien

Der hier abgebildete spezielle Einsatz erlaubt die Beschichtung granularer Medien. Ein Planetengetriebe versetzt die Materialien, welche sich in den Schalen des Einsatzes befinden, in eine komplexe Rotationsbewegung und gewährleistet die Durchmischung der Granulate.

Innerhalb der Forschungsgruppe Dünne Schichten werden die abgeschiedenen Schichtsysteme hauptsächlich mittels folgender, teilweise selbst entwickelter Methoden, charakterisiert:

Rasterkraftmikroskopie (AFM)

Rasterkraftmikroskopie zur Erfassung der Oberflächenmorphologie im nm-Bereich

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Rasterkraftmikroskopie

Rasterkraftmikroskopie (Atomic Force Microscopy, AFM) kann zur Erfassung der Oberflächen- morphologie im nm-Bereich angewendet werden. Mechanische Oberflächeneigenschaften wie z. B. lokale Steifigkeit und lokale Adhäsion können mit einer lateralen Auflösung von etwa 10 nm mittels des WiTec Pulsed Force Mode (PFM), öffnet eine externe URL in einem neuen Fenster bestimmt werden. Dieser erlaubt die Erfassung von Kraft-Abstandskurven mit hohen Raten. Das AFM ist in eine Vakuumkammer implementiert, wodurch definierte Umweltbedingungen gewährleistet werden.

und, Mechanische Eigenschaften können mit Hilfe eines Mikrohärte Indenters, welcher in ein optisches Hochleistungsmikroskop integriert ist, ermittelt werden.

Mikrohärte Indenters, welcher in ein optisches Hochleistungsmikroskop integriert ist, zur Ermittlung mechanischer Eigenschaften

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Mikrohärte Indenters

Das optsche Mikroskop (Reichert POLYVAR) erlaubt die Beobachtung von Oberflächenstrukturen im μm Bereich. Materialographische Präparate können mittels Phasenkontrast und Polarisationsopticher Mikroskopie untersucht werden. Mechanische Eigenschaften sind über einen Anton Paar, öffnet eine externe URL in einem neuen Fenster MHT 4 Miktohärtemtester zugänglich.

Global kann die Schichthaftung mittels eines selbstgefertigten mechanischen Abzugstesters ermittelt werden. Schichtdicken können mit einem Profilometer gemessen werden.

Mechanischer Abzugstester zur Ermittlung der Schichthaftung

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Mechanischer Abzugstester

Die Dicke einer abgeschiedenen Schicht kann rasch mit einem Taylor Hobson, öffnet eine externe URL in einem neuen Fenster Profilometer mit einer Auflösung von etwa 2 nm emittelt werden. Die geringste, verlässlich bestimmbare Schichtdicke beträgt etwa 10 nm. Das Profilometer ist äusserst vielseitig und kann auch zur Bestimmung von Oberflächenrauhigkeiten an nahezu beliebig geformten Körpern verwendet werden.

Mittels eines Spektrophotometers können optische Schichteigenschaften bestimmt werden.

Die Oberflächeneigenschaften verschiedener Materialien können mittels eines Oberflächenenergiemessgerätes ermittelt werden.

Oberflächenenergiemessgerät zur Ermittlung von Oberflächeneigenschaften verschiedener Materialien

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Oberflächenenergiemessgerät

Die Oberflächenenergie gibt Aufschluss über wichtige technologische Grössen wie z. B. Haftfestigkeit und Benetzbarkeit. Das gegenständliche Messgerät kann mit einer Heizbühne sowie einem Goniometer zur Beobachtung von liegenden Tropfen auf einer geneigten Oberfläche ausgerüstet werden.

Für die Messung der Benetzbarkeit vom Materialien mit metallischen Schmelzen dient ein Hochtemperaturoberflächenenergiemessgerät.

Hochtemperaturoberflächenenergiemessgerät für die Messung der Benetzbarkeit vom Materialien

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Hochtemperaturoberflächenenergiemessgerät

Die Benetzbarkeit von Oberflächen mit metallischen Schmelzen bei hohen Temperaturen (>1000K) ist z. B. wichtig bei der Betrachtung von Lötprozessen. In das Messgerät können Proben direkt aus einer Beschichtungsanlage eingebracht werden, ohne dass diese der Atmosphäre ausgesetzt werden.