Pattern formation on Si surfaces by low-energy ion beam erosion

Selbstorganisationprozesse bei der niederenergetischen Ionenstrahlerosion sind ein interessanter alternativer Ansatz für die Herstellung von Nanostrukturen mit geringem technologischen Aufwand. Der Schwerpunkt dieser Arbeit lag auf dem experimentellen Verständnis der Musterbilding auf Si-Oberflächen bei der Erosion unter Verwendung von Breitstrahlionenquellen. Iinsbesondere wurde die Korrelation zwischen den entstehenden Oberflächentopographien und den verschiedenen relevanten Erosionsparametern (z. B. Einfallswinkel der Ionen, Ionenenergie, Fluenz) analysiert. Für kleine Einfallswinkel (zur Oberflächennormalen) können nur mit simultanem Einbau von Eisen Muster entstehen, andernfalls bleiben die Oberflächen glatt. Der Fe-Fluss wird durch verschiedene Quellenparamter kontrolliert. Bei den entstehenden Mustern sind vor allem hochgeordnete Ripple-Strukturen mit Perioden zwischen 40 und 70 nm und Amplituden von ca. 10 nm von speziellem Interesse. Obwohl noch nicht endgültig aufgeklärt, geht man davon aus, dass die Musterbildung durch das komplexe Wechselspiel zwischen Eiseneinbau, dem krümmungsabhängigen Zerstäubungsprozess sowie verschiedenen Relaxationsprozessen verursacht wird. Für größere Ioneneinfallswinkel konnte gezeigt werden, dass der Mechanismus des gradientenabhängigen Zerstäubens die Entwicklung der Oberflächentopographie massgeblich bestimmt. Insgesamt ist es möglich, dass durch die geeignete Parameterwahl ein Vielzahl von Oberflächentopographien zu realisieren.