FORCARBON

BAYERISCHER FORSCHUNGSVERBUND FüR WERKSTOFFE AUF DER BASIS VON KOHLENSTOFF

II. 3 Herstellung neuartiger Substratwerkstoffe durch Infiltration mit Diamant aus der Gasphase

Arbeitsfeld:

Dieses Projekt untersucht die neuartigen Möglichkeiten der Herstellung von Bauteilen aus Diamantverbundwerkstoffen. Zur Erzeugung der neuartigen Diamantwerkstoffe werden poröse Formkörper aus unterschiedlichen Materialien (Wolfram, Kupfer, Siliziumkarbid, Kohlenstoff) mit Diamant infiltriert (Chemical Vapour Infiltration, CVI). Es entsteht ein dreidimensionales Durchdringungsgefüge aus Formkörperwerkstoff und Diamant. Die Formkörper müssen eine offenporige Struktur (Sinterkörper, Schäume, Faserkörper) besitzen. Diese wird durch eine Vorbehandlung mit Nanodiamant im Ultraschallbad für das anschließende CVI-Diamantwachstum konditioniert. Während des CVI-Prozesses muss vor allem auf eine ausreichende Wachstumsgeschwindigkeit, eine phasenreine Diamantabscheidung und auf eine möglichst vollständige Infiltration des Formkörpers geachtet werden. Dies soll durch eine geeignete Variation der Prozessparameter wie Gasdruck und -zusammensetzung, Gasfluss und Temperatur erreicht werden. Die Transportgeschwindigkeit der zur Diamantabscheidung notwendigen Gasspezies (CH3, H) muss hoch sein im Vergleich zu ihrer Lebensdauer und Abscheidungsgeschwindigkeit. Ein Temperaturgradient in der Vorform erlaubt die Einstellung unterschiedlicher Wachstumsgeschwindigkeiten und kann so eine vorzeitige Schließung der Oberflächenporen vermeiden. Durch eine erzwungene Strömung kann der Transport beschleunigt werden. Zur Einstellung des Temperaturgradienten sowie eines erzwungenen Flusses durch die Vorform ist der Bau einer neukonzipierten CVI-Laboranlage erforderlich. Als Endprodukt soll nach drei Jahren die CVI-Diamantinfiltration von 500 µm dicken, offenporigen Kupfer-Sinterkörpern möglich sein. Diese eignen sich als Wärmesenken für die Mikroelektronik wegen der zu erwartenden sehr guten Wärmeleitfähigkeit, guten elektrischen Leitfähigkeit (Cu-Diamant-Oberfläche) bzw. Isolierung (reine Diamantoberfläche) und an den Chip bzw. die Laserdiode angepasster Wärmedehnung.