Die Nicht-Gleichgewichtssituation, welche durch Ionenbestrahlung während des Filmwachstums hergestellt wird, kann zu einer Reihe von geänderten Eigenschaften der resultierenden Filme führen.

Beispiele sind eine Verringerung der Rauheit, starke Texturierung bis hin zum epitaktischen Wachstum sowie die Präparation metastabiler Systeme. Während der letztere Punkt besonders deutlich wird bei der Herstellung von c-BN, eine Phase die ausschließlich unter Bombardierung mit Ionen präpariert werden kann, soll der Einfluß auf die Epitaxie im folgenden am Beispiel YSZ (Ytrium-stabilisiertes Zirkonoxid) erläutert werden: Will man epitaktische YSZ-Filme auf (100)-Si herstellen, so kann man dies bei hohen Substrattemperaturen und Sauerstoffpartialdrücken (750°C, 2 10-6 mbar) durchaus erreichen.

Man findet unter diesen Bedingungen jedoch stets ein niederohmiges ZrSi₂-Silizid an der YSZ-Si-Grenzfläche, welches sich ebenfalls epitaktisch und unabhängig vom YSZ-Wachstum aufbaut. Da die hohe Leitfähigkeit dieses Silizides störend sein kann, möchte man sein Wachstum möglichst vollständig unterdrücken. Dies läßt sich zum Teil durch Erhöhung des Sauerstoffpartialdruckes auf Werte über 2 10-6 mbar erreichen. In diesem Fall ist das Silizid auf eine dünne Schicht an der Grenzfläche YSZ/Si begrenzt. Völlig unterdrückt ist es dagegen erst, wenn die Wachstumstemperatur auf unter 580°C reduziert wird. Eine solche Reduzierung hat aber eine starke Abnahme der Epitaxiequalität zur Folge. So wächst der 'Rocking'-Winkel auf mehrere Grad an. Dies ist eine der typischen 'Zwickmühlen' des epitaktischen Wachstums: Man benötigt hierfür zur Überwindung kinetischer Barrieren hohe Temperaturen, welche gleichzeitig aber zu unerwünschten Substrat-Film-Reaktionen führen. Genau hier bietet IBAD einen Ausweg. Der Ionenbeschuß während des Wachstums steigert die Kinetik auch bei reduzierten Substrattemperaturen. Im vorliegenden YSZ-Fall zeigte sich, daß ein Bombardement des wachsenden Films mit 180 eV Ar⁺-Ionen und einem Verhältnis von Ionen zu deportierten Atomen von 2:1 ausreicht, um selbst bei 580°C einen 'Rocking'-Winkel zu erhalten, wie er rein thermisch nur bei 750°C erreicht wird.

Details hierzu finden sich in:
Zr-Silicide Formation during Epitaxial Growth of Y-stabilized Zirconia Films on Si (100) and its Avoidance by Ion Beam Assisted Deposition at a reduced Temperature, Th. Koch and P. Ziemann, Appl. Surf. Sci.99, 51 (1996).

Eine besonders wichtige Rolle spielt die IBAD-Technik auch bei der Präparation von c-BN. Diese technisch wichtige Phase läßt sich nur bei gleichzeitigem Ionenbombardement während der Deposition herstellen. Bei richtiger Wahl der Parameter Substrattemperatur, Ionenenergie und Ion/Atom-Verhältnis erhält man Filme, die praktisch zu 100% c-BN enthalten.

Ansprechpartner: Prof. Dr. P. Ziemann

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