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Author: Siemroth, P. ×

Publications Search Results

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  • Publication
    Structural characterization of diamond-like carbon films for ultracold neutron applications
    ( 2007)
    Atchison, F.
    ;
    Brys, T.
    ;
    Daum, M.
    ;
    Fierlinger, P.
    ;
    Foelske, A.
    ;
    Gupta, A.
    ;
    Henneck, R.
    ;
    Heule, S.
    ;
    Kasprzak, M.
    ;
    Kirch, K.
    ;
    Kötz, R.
    ;
    Kuzniak, M.
    ;
    Lippert, T.
    ;
    Meyer, C.F.
    ;
    Nolting, F.
    ;
    Pichlmaier, A.
    ;
    Schneider, D.
    ;
    Schultrich, B.
    ;
    Siemroth, P.
    ;
    Straumann, U.
    Hydrogen-free DLC (diamond-like carbon) films were produced by vacuum arc deposition for use as wall coating material in UCN (ultracold neutron) applications. The sp(exp 3) fraction, the main quality factor for DLC used in UCN applications, was varied from 0.4 to 0.9, the coating thickness between 10 nm and 120 nm. The samples were characterized by using XANES (X-ray absorption near-edge spectroscopy), XPS (X-ray induced photoelectron spectroscopy), LAwave (laser induced surface acoustic waves), cold neutron reflectometry and Raman spectroscopy at visible excitation wavelength. Reasonable agreement between the different results for film thicknesses below 20 nm was observed. For larger thickness, it was found that the surface-sensitive methods XPS and XANES yield smaller sp(exp 3) fractions (by up to 20 %) than the bulk-sensitive LAwave, being consistent with the assumption of a lower-density surface layer on a nominal-density bulk layer.
  • Patent
    Vorrichtung und Verfahren zum Elektronenstrahlaufdampfen von reaktiv gebildeten Schichten auf Substraten
    ( 2007)
    Zimmer, O.
    ;
    Siemroth, P.
    ;
    Schultrich, B.
    ;
    Schenk, S.
    ;
    Seyfert, U.
    ;
    Hecht, C.
    ;
    Reinhold, E.
    ;
    Schuhmacher, B.
    Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Elektronenstrahlaufdampfen von reaktiv gebildeten Schichten auf Substraten im Vakuum. Dabei soll aufgabengemaess gegenueber herkoemmlichen Loesungen der Wirkungsgrad erhoeht und die Qualitaet der reaktiv gebildeten Schichten verbessert werden. Erfindungsgemaess sind hierzu innerhalb einer Vakuumkammer ein ein chemisches Element enthaltender Tiegel, ein zu beschichtendes Substrat sowie an der Vakuumkammer eine Elektronenstrahlquelle vorhanden. Zwischen dem das chemische Element enthaltenden Tiegel und dem Substrat ist eine Abschirmung mit einer Blendenoeffnung, durch die gebildeter Dampf zum Substrat gelangen kann, angeordnet. Die Abschirmung schuetzt dabei mindestens ein Element zur Anregung, Dissoziierung und/oder Ionisierung eines Reaktivgases, das ueber mindestens einen zwischen Substrat und Abschirmung geschuetzt angeordneten Gaseinlass eingefuehrt wird.
  • Publication
    Industrial precision deposition for microelectronics and next generation hard disk
    ( 2004)
    Berthold, J.
    ;
    Hentsch, W.
    ;
    Hilgers, H.
    ;
    Schülke, T.
    ;
    Siemroth, P.
    ;
    Seifried, S.
    ;
    Wenzel, C.
    In different industries, an increasing demand can be obsd. for precision depositions. This includes both ultra thin protective coatings on micro parts and deposition of functional films in microelectronics. Filtered cathodic arc is one of the most promising candidates as an industrial PVD technol. for highly sophisticated applications. Currently, in advanced industrial sources the no. of droplets is reduced to about one millionth in comparison to unfiltered arc. This results in films, contg. less then one micrometer size particle per cm2-good enough for many advanced tool coatings but still insufficient for applications such as the deposition of the top coat on hard disks or barrier coatings prior to copper metalization in semiconductor device manufg. In the present paper, recent improvements of the filtered high current pulsed arc technique are described, resulting in a nearly complete droplet elimination-to only a few ten-nm-size particle on a square meter.
  • Publication
    A new generation of filtered arc sources for ultrathin top coats on magnetic hard disks
    ( 2004)
    Siemroth, P.
    ;
    Berthold, J.
    ;
    Petereit, B.
    ;
    Schneider, H.H.
    ;
    Hilgers, H.
  • Publication
    Pulsed arc deposition of super-hard amorphous carbon films
    ( 2004)
    Schulz, H.
    ;
    Scheibe, H.-J.
    ;
    Siemroth, P.
    ;
    Schultrich, B.
    Hydrogen-free amorphous carbon films with hardness up to 75 GPa have been deposited by special pulsed arc techniques. The influence of plasma and deposition conditions on the film properties is discussed and some applications are shown.
  • Publication
    High current filtered arc deposition for ultra thin carbon overcoats on magnetic hard disks and read-write heads
    ( 2003)
    Petereit, B.
    ;
    Siemroth, P.
    ;
    Schneider, H.-H.
    ;
    Hilgers, H.
    Due to the lateral size reduction of stored bits on a hard disk, the head-to-med ia spacing has to be reduced as well as the thickness of the protecting carbon overcoats. In order to obtain a thickness in the 2 nm region a new process technology is needed. In the present paper, a high current pulsed arc (HCA) technique is presented as an innovative source for ultra thin carbon coating for industrial disk production. The hardness and scratching resistance of these films are remarkably higher than conventional magnetron sputtered films. With the HCA-Source we are able to produce pinhole-free carbon films with thicknesses down to 1.7 nm. The thickness profile and uniformity on disk is adjustable by a magnetic field array. The deposition rate is 0.070.3 nm per pulse, therefore the coating time is below 2 s per disk. The magnetic layer is left undamaged during the HCA depo sition process. These aspects are very important for industrial disk production efficiency. Strong particle reduction due to a magnetic filter tube is confirmed by repeatable glide tests. Particles are confined in the magnetic filter tube and do not reach the substrate. In several important tests, we showed that the HC A source is capable of producing carbon layers within a realistic disk production environment with a yield of approximately 93% which proved to be comparable to current magnetron sputtered overcoats.
  • Patent
    Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Metallisierungen auf Halbleiterkoerpern
    ( 2003)
    Klimes, W.
    ;
    Wenzel, C.
    ;
    Urbansky, N.
    ;
    Siemroth, P.
    ;
    Schuelke, T.
    ;
    Schultrich, B.
    The metallising is obtained by vapour deposition in vacuum on grooves for conductive tracks and holes for track couplings in SiO2 or another inorganic or organic semiconductor materials. The process uses a known, pulsed vacuum arc evaporator (14). A barrier layer (2) is deposited on the surface of grooves and holes from the evaporator plasma and/or the grooves and holes are filled with low-ohmic conductive material (3). Yielded by different plasma from the evaporator. Preferably the barrier layer deposition may take place in a low pressure gas, i.e. an inert and/or reactive gas. The vacuum arc evaporator may be driveable with a impulse stream of as much as 500 Amperes. USE/ADVANTAGE - For complex chips of high density, with deposition of droplet-free, dense metal layers on structured substrates.
  • Publication
    Characterizing ultra-thin films by laser-acoustics
    ( 2003)
    Schneider, D.
    ;
    Siemroth, P.
    The protecting against damage, computer hard disks have to be coated by hard films. The increasing data density requires reducing the film thickness down to few nano-meters due to the decreasing distance between the write-read head and the disk. This can only be realized using ultra-thin films of enhanced performance for wear and corrosion protecting. The excellent properties of amorphous carbon films termed diamond-like carbon (DLC) have turned to be suitable for this application. The mechanical testing of these ultra-thin and super-hard films is a challenge for the available test methods. Efforts have been done to adapt the laser-acoustic method yields the Youngs modulus, revealing the effect of varying bonding structure of the material, porosity and other micro-defects, including insufficient adhesion. For diamond-like carbon material, Youngs modulus correlates with the fraction of tetrahedral sp3-bonds causing its high hardness and excellent wear behavior. The films were deposited by high current pulsed vacuum arc discharges. The effects of the substrate temperature during the deposition and the film thickness were studied. The minimum film thickness was less than 3 nm.
  • Publication
    Hochstrom-Filterbogen: Eine neue Technik zur Abscheidung von Kohlenstoffschutzschichten in der Magnetspeichertechnologie
    ( 2003)
    Petereit, B.
    ;
    Schneider, H.H.
    ;
    Siemroth, P.
    ;
    Hilgers, H.
    Eine Zunahme der Speicherkapazität auf Magnetspeicherplatten setzt eine Verklein erung der speichernden, magnetischen Domänen voraus. Damit die dadurch schwächer en Signale dennoch gelesen werden können, muss gleichzeitig der Abstand der Schr eib-Lese-Köpfe zur Magnetschicht verringert werden. Da zur Funktionalität eine a usreichende Flughöhe der Köpfe eingehalten werden muss, kann eine Abstandsverrin gerung nur durch eine zusätzliche Verringerung der Schichtdicke der schützenden Kohlenstoffschicht erreicht werden. Zur Abscheidung ultradünnen Kohlenstoffschic hten auf Magnetspeicherplatten (Disk) wurde ein gepulster Hochstrom-Filterbogen (HCA High Current Arc) für den Einsatz in der industriellen Festplattenproduktion untersucht. Die mit der HCA-Quelle erzeugten Schichten zeigen eine weitaus höh ere Kratzhärte und eine vielfach geringere RMS-Rauhigkeit als konventionell gesp utterte Kohlenstoffschichten. Es konnte zudem gezeigt werden, dass die mit dem H ochstrom-Filterbogen abgeschiedenen, nur 2 nm dicken Kohlenstoffschichten frei von sog. pin-holes sind und einen ausreichenden Korrosionsschutz aufweisen. Die A bscheiderate der HCA-Quelle liegt zwischen 0,07 nm und 0,3 nm pro Puls, d. h. fü r die Beschichtung einer Disk werden weniger als 2 Sekunden benötigt. Die empfin dliche Magnetschicht wird durch dieses Verfahren nicht beschädigt. Zur Vermeidun g von Makropartikeln wurde ein magnetisches Filtersystem eingesetzt und iterativ weiterentwickelt. Durch wiederholte Versuchsserien mit einem anschließenden Fun ktionstest (glide yield) der Disks hat sich der magnetische Filter als sehr wirk ungsvoll erwiesen. Insgesamt konnte gezeigt werden, dass die HCA-Quelle eine vie lversprechende Technik zur Beschichtung von Kohlenstoffschutzschichten auf Magne tspeicherplatten darstellt. In Testreihen, die den industriellen Produktionskriterien entsprechen, wurde eine Ausbeute an funktionierenden Disks von bis über 90 % erreicht.
  • Publication
    Gefilterte Bogenbeschichtung - alte Probleme und neue Lösungen
    ( 2003)
    Zimmer, O.
    ;
    Siemroth, P.
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    Berthold, J.
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    Hilgers, H.
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    Hentsch, W.
    Der Vakuumbogen stellt eine einfache und effektive Plasmaquelle dar. Beschichtungen mit ihr haben sich weitgehend als Standard-Verfahren für die Herstellung von Hartstoff- und Verschleißschutzschichten auf Werkzeugen etabliert. Nachteilig ist dabei die Emission von schmelzflüssigen Tröpfchen des Kathodenmaterials, den sog. Droplets, die unvermeidlich mit der Erzeugung des hochangeregten Plasmas verbunden ist. Deshalb wurden verschiedenste Techniken entwickelt, diesen Nachteil der Bogentechnologie zu beheben oder zumindest zu lindern. Der einzige Weg, dropletfreie Schichten abzuscheiden, besteht bis jetzt darin, diese Tröpfchen auf dem Weg des Plasmas zum Substrat herauszufiltern. Die meisten der bislang realisierten Filtertypen beruhen auf der magnetischen Ablenkung des Plasmas. Dabei wird das Plasma mittels magnetischer Felder durch Öffnungen des Filters hindurchgeleitet, während die elektrisch ungeladenen Tröpfchen von den Magnetfeldern nicht beeinflusst werden und im Filter hängen bleiben. Während in Laboranlagen gegenüber der herkömmlichen Bogenbeschichtung ausgezeichnete Schichtqualitäten demonstriert werden konnte, scheiterte bisher eine industrielle Anwendung an den relativ hohen Plasmaverlusten im Filter. Aktuelle Anforderungen haben dazu geführt, dass in den letzten Jahren im Fraunhofer IWS Dresden zwei neue Wege beschritten wurden, um industrietaugliche Quellen zu entwickeln. Zum einen wurde ein Filter herkömmlicher Bauform (axial gekrümmtes Magnetfeld) mit einer neuartigen Hochratequelle, dem Hochstrombogen, kombiniert. Die gepulste Arbeitsweise dieser Quelle gestattet Bogenströme von einigen kA und überschreitet damit die Stromstärken konventioneller Gleichstrombogenquellen um ein Vielfaches. Somit können am Filterausgang relevante Raten bei bester Schichtqualität angeboten werden. Eine wichtige Anwendung dieser gefilterten Quelle besteht in der Erzeugung von Leiterbahnen in der Mikroelektronik. Nachdem die Leistungsfähigkeit der im IWS entwickelten gefilterten Pulsbogenquellen für Anwendungen in der Mikroelektronik demonstriert wurde, laufen jetzt Entwicklungsarbeiten zur Technologieentwicklung und insbesondere zur strukturkonformen Abscheidung superdünner Barriereschichten und anschließender Abscheidung der Leiterbahnen. Eine weitere Anwendung besteht in der Abscheidung von Schutzschichten auf Festplatten. Es konnte gezeigt werden, dass schon Kohlenstoffschichten von nur 1,3 nm Dicke ausreichend dicht sind, um die empfindlichen Magnetschichten einer Festplatte gegen Korrosion und mechanische Beschädigung zu schützen. Mit herkömmlicher Sputtertechnik benötigt man für die gleiche Schutzwirkung eine Mindestdicke von ca. 4 nm. Die weitere Steigerung der Speicherdichte erfordert aber unbedingt dünnere Schutzschichten, wie sie bisher nur mit der Technologie der gefilterten Hochstrombogenquelle erzeugt werden können. Während für Mikroelektronik und Festplattenbeschichtung absolute Dropletfreiheit gefordert ist, gibt es viele Anwendungen, bei denen es ausreichen würde, die Dropletzahl deutlich zu reduzieren. Hier wäre es wünschenswert, über eine Filterbogenquelle zu verfügen, die mit geringem Aufwand an existierende Beschichtungsanlagen nachgerüstet werden kann. Dazu wurde im IWS das Filterkonzept des Lamellenfilters weiterentwickelt. Dabei wird das Magnetfeld nicht von platzaufwendigen Spulen sondern von kompakten Lamellen erzeugt. Die Anzahl der Droplets wird drastisch reduziert und es kann eine Plasmatransmission von ca. 20 % erreicht werden. Dieser Filter kann ohne weitere Umbauten oder sonstige Anlagenmodifikation vor einem oder mehreren herkömmlichen Verdampfern eingebaut werden. Das nutzbare Beschichtungsvolumen bleibt dabei vollständig erhalten. Ein entsprechendes Filtermodul wurde am IWS aufgebaut und befindet sich im Beschichtungseinsatz.