Molybdänschichten

Das Metall Molybdän zeichnet sich durch eine hohe Stabilität gegenüber thermischer und mechanischer Belastung sowie eine gute chemische Beständigkeit aus. Gleichzeitig besitzt dieses Metall einen sehr geringen spezifischen Widerstand. Durch die nahezu einzigartige Kombination dieser Eigenschaften nimmt das Molybdän unter den metallischen dünnen Schichten eine besondere Rolle ein. So werden diese Schichten als anspruchsvolles elektrisches Kontaktmaterial eingesetzt. Beispiele sind Leiterbahnen in der Mikroelektronik oder Rückkontakte für Kupfer-Indium-Diselenid Solarzellen (CIS), wo das Molybdän zugleich noch als Diffusionsbarriere wirkt. Des Weiteren werden Molybdän-Lagen aufgrund der geringen Grenzflächenrauheit auch erfolgreich in Mehrschichtsystemen für Röntgenoptiken (Spiegel) eingesetzt.

Durch eine geeignete Wahl der Beschichtungstemperatur sowie die Optimierung der Prozessparameter beim Sputtern (insbesondere der Thermalisation von gestäubten Atomen und reflektierten Argonatomen) können dünne Schichten mit Dichten und spezifischen Widerständen nahe den Werten des Volumenmaterials von 10,2 g/cm3 bzw. 6 10-6 Ohm cm hergestellt werden. Gleichzeitig zeigen diese mittels Katoderzerstäubung (Sputtern) abgeschiedenen Schichten des Molybdän eine sehr geringe Oberflächenrauheit, die mit der Dicke nur gering ansteigt.


Bilder eines 1 x1 µm2 großen Areals der Oberfläche von unterschiedlich dicken Schichten aus Molybdän auf polierten Quarz-Substraten, die mittels Atomkraft-Mikroskopie (AFM) aufgenommen wurden. Die Dicken der Mo Schichten betragen 23 nm, 1,0 µm und 2,6 µm, die maximale Höhendifferenz im jeweiligen Ausschnitt 35 nm, 77 nm und 120 nm und die zugehörigen RMS-Rauheiten sind 3 nm, 13 nm und 16 nm (Bildfolge von oben nach unten).



AFM on Mo different thickness

Links: Die Dichte gesputterter Molybdän Schichten lässt sich durch den Sputterprozess steuern. Die Leitfähigkeit dieser Schichten hängt exponentiell von deren Dichte ab. Molybdänschichten mit einer Dichte um 50 % sind hoch porös (sogenannte Nanovoids“) und besitzen eine fraktale Dimension von 2.4.

Recht: Das Molybdän besteht in der Dünnschicht als feinkristallines Material (Nanokristallite), wobei die Größe der Kristallite etwa mit dem Logarithmus der Dicke des Molybdän ansteigt.



resistivity on spec gravity of Mo      crystsize on thickness of Mo

Polfiguren der Röntgenweitwinkelstreuung (so genannte Omega - Phi Scans) der Linie entsprechend der (110) Ebenen des kubisch raumzentrierten Molybdän-Gitters. Die mittels Magnetronsputtern abgeschieden Schichten zeigen zumeist eine Fasertextur, d. h. eine bestimmte Achse der Kristallite ist parallel zu der Schichtnormalen ausgerichtet. Erfolgt ein Beschuss der aufwachsenden Sputterschicht mit Argon und Molybdänatomen aus bevorzugten Raumrichtungen, so wird diese Fasertextur gestört (Links). Durch weitere Fokussierung der auftreffenden Teilchen erfolgt eine zunehmende Ausrichtung der Kristallite auch parallel zur Schichtebene und die Textur wird zunehmend mosaik-ähnlich (Rechts).

near fibre texture of Molybdenum film mosaic-like texture of Molybdenum film