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Diskussion der Ergebnisse
Das Auftreten von verschiedenen Kohlenstoff-Übergangsphasen deutet darauf hin, daß das
Wachstum dünner Diamantschichten, hergestellt mittels DC-Plasmajet-CVD-Synthese,
durch eine komplizierte kinetische Balance zwischen Keimbildung, Wachstum und
Substratidentität bestimmt wird. Die beschriebenen Mikrostruktureffekte können durch
verschiedene Ereignisse, z.B. Druckschwankungen oder lokale Gasentmischungen
während der Abscheidung, beeinflußt werden.
Der Anteil an amorphen und graphitischen Kohlenstoffphasen steigt mit dem Erhöhen des
Kohlenwasserstoffpartialdrucks [6]. Diamant kann nur in einem sehr schmalen Bereich des
Mischungsverhältnisses des Prozeßgases synthetisiert werden. Bei niedrigen
Sauerstoffpartialdrücken sind sogenannte „ball-like“-Abscheidungen (wie in Bild2
dargestellt) mit einem gewissen Anteil an amorphem Kohlenstoff zu beobachten [6]. Das
Ausbilden von nicht diamantförmigen Phasen wird auch bei anderen Verfahren der
Diamantsynthese beobachtet und in der Literatur beschrieben [7].
Karbinkristalle sind erstmals in Meteoritstücken und zeitlich nachfolgend auch als
Pyrolyseprodukte von Graphit nach thermischer Spaltung von Kohlenwasserstoffgas
oder durch Lasererhitzen von Kohlenstoff detektiert worden [3, 4]. Hinsichtlich des
DC-Plasmajet-CVD-Verfahrens kann das Entstehen von «-Karbin (Bild 4) und
Rußpartikeln (Bild 5) als ein Resultat von Graphiterhitzung auf über 2600°C und als
Regraphitisierungsprodukt von Diamant erklärt werden
Eine grundlegende Frage zum Diamantwachstum während der DC-Plasmajet-CVD-
Synthese betrifft den Mechanismus der Oberflächendiffusion von Kohlenstoffatomen. Die
Flächenbildung auf irregulär geformten Keimpartikeln, die von Kristallflächen mit hohen
Indizes umgeben sind, lassen vermuten, daß Kohlenstoffatome bzw. Methanmoleküle von
diesen Flächen mit höherer Wahrscheinlichkeit adsorbiert werden als von Flächen mit
niedrigen Indizes [5]. Folglich werden Flächen mit niedrigen Indizes wie z.B. {111} und
{100} letztlich dominant. Das Bilden der Kristallfläche um die Keimpartikel findet
wahrscheinlich in einem sehr frühen Stadium des Kohlenstoffabscheidens statt. Bei
Vorhandensein von Kristallflächen ist ein schichtweises Kristallwachstum vorherrschend.
Die beobachteten Kristallformen (Bild 6) gehen konform mit strukturellen Überlegungen.
So ist die energetisch günstigere oktaedrische Kristallform erwartungsgemäß eher bei
geringeren Substrattemperaturen zu beobachten, während die energetisch ungünstigere
kubische Form bei hohen Substrattemperaturen vermehrt detektiert wird [7]
Schlußfolgerungen
Mit Hilfe des selektiven chemischen Ätzens ist es möglich, die Feinstruktur von
Schichten, erzeugt mittels der DC-Plasmajet-CVD-Synthese, zu untersuchen. Das
Verwenden von 5%-iger H2SO4 - Lösung besitzt den Vorteil, daß während des Ablösens
der zu beobachtenden Schicht diese nur minimal beansprucht wird und so die Morphologie
der Beschichtung weitestgehend erhalten bleibt. Diese Methode ermöglicht das selektive
Untersuchen der Feinstruktur von polymorphen Kohlenstoffphasen in Abhängigkeit von
der Keimbildungsposition der beschichteten Substratoberfläche