Diskussion

Die Herstellung von Nanostrukturen mit der S-layer Maskentechnik wurde anhand von REM und AFM Aufnahmen demonstriert. Die REM Bilder zeigen hexagonal angeordnete Nanodots eines bestimmten Materials, welches sich von dem Si-Wafer kontrastreich absetzt. Da das Protein selber keinen Kontrast im REM gibt, muß es sich um das aufgesputterte Metall handeln. Die AFM Bilder zeigen eine gleichgroße hexagonale Höhenstruktur. Damit geben sie genau die zusätzliche Information, um die Vermutung zu bestätigen, daß durch die S-layer Maskentechnik hexagonal angeordnete Nanodots hergestellt wurden. Obwohl im AFM und REM aufgrund der schwierigen technischen Realisierung nicht genau dieselben Orte auf den Proben untersucht wurden, zeigen die häufig wiederkehrenden hexagonalen Strukturen bei beiden Untersuchungen eindeutig die Formierung von hexagonal angeordneten Nanodots.

Das aufgesputterte Metall hat jeweils die Struktur des darunterliegenden HPI-layers angenommen (vgl. auch Abbildung 1.5). An den Stellen wo ursprünglich die Cores waren, sind nun etwa gleichgroße metallische Nanodots zu finden. Auch die hexagonale (p6) Struktur der Nanodots stimmt mit der ursprünglichen Struktur des HPI-layers überein.

Mit den verwendeten Metallen Kobalt (Co), Eisen (Fe), Eisen-Kobalt (Fe$_{50}$Co$_{50}$), Kobalt-Nickel (Co$_{43}$Ni$_{57}$), Permalloy (Ni$_{81}$Fe$_{19}$) und Titan (Ti) konnten Nanostrukturen hergestellt werden. Durch Meßreihen mit gleichmäßigen Parameteränderungen konnten für alle Metalle Parameterbereiche abgesteckt werden, in denen der Strukturierungsprozeß erfolgreich verläuft.

Die gelungene Strukturierung von Ti schließt direkt an die Untersuchungen von Jon T. Moore et al. an [44]. Dort wurde schon von der gelungen Strukturierung einer dünnen Titanschicht mit der S-layer Maskentechnik berichtet. Aber es gelang ihnen nicht magnetische Materialien, wie Co und Fe, erfolgreich zu strukturieren. Unterschiede sind neben der bei Moore et al. nur 0,6nm dünnen Metallschicht und einem Aufdampfverfahren statt eines Sputterverfahrens, vor allem die sehr unterschiedlichen Ätzparameter. Während in dieser Arbeit die besten Ergebnisse für die Parameter: $E_A=100$eV, $\varrho_A=2,5\mu$A/cm$^2$ und $t=33$sec gefunden wurden, ätzten Moore et al. mit: $E_A=2000$eV, $\varrho_A=7\mu$A/cm$^2$ und $t=720$sec. Dabei ist die zwanzigmal höhere kinetische Energie der Argonionen von besonderer Bedeutung. Durch die sehr hohe kinetische Energie ist die Eindringtiefe der Argonionen sehr viel größer und die mikroskopischen Prozesse an der Oberfläche sind Andere. Moore et al. ätzten im Rahmen ihrer Untersuchung immer mit denselben Parametern bei denen nur die Strukturierung von Ti, nicht aber die Strukturierung von Fe oder Co gelang. Erst die hier erfolgte Variation der Ätzparameter ermöglichte den Strukturübertrag auf ferromagnetische
Metalle.

Die Möglichkeit einer Mehrfachätzung wurde festgestellt. Eine Ätzpause, in der die Probe kurz aus der Ätz-Apparatur herausgenommen wird, hat positiven Einfluß auf die maximal mögliche Dauer des Ätzvorgangs. Eine Pause im Ätzvorgang erlaubt einen insgesamt längeren Ätzvorgang. Dies läßt darauf schließen, daß die Oberflächentemperatur als weiterer Parameter den Ätzvorgang beeinflußt. Es scheint, daß die Oberfläche der Probe nach einer bestimmten Ätzdauer zu heiß wird und die Struktur zerstört wird. Wenn der Ätzvorgang unterbrochen und die Probe gekühlt wird, bevor eine bestimmte Temperatur erreicht ist, sind weiterere Ätzvorgänge möglich. Die Probe wurde gut wärmeleitend mit Leitsilber auf dem Probenhalter kontaktiert. Eine starke Erwärmung des gesamten Probenhalters mit Probe ist bei den verwendeten Ätzparametern sehr unwahrscheinlich. Daher muß davon ausgegangen werden, daß die Wärme von der Oberfläche der Probe nicht schnell genug abgeleitet werden kann. Ein Grund dafür könnte insbesondere der HPI-layer sein, der sich zwischen der Metallschicht und dem Si-Wafer befindet.

Beim Argonionenätzen kommt es zu einem Energieübertrag von den Argonionen auf die Probe. Dadurch wird die Mobilität der Atome auf der Probenoberfläche erhöht und eine Restrukturierung findet statt. Dieser Prozeß wird jedoch durch zu hohe Ionenenergien und der Erwärmung bei längeren Ätzprozessen begrenzt. Die genauen Gründe für die Restrukturierung der Oberfläche während des Argonionenätzens sind noch zu erforschen.

Zwei Ausnahmen des normalen Ätzprozesses wurden gefunden: Sowohl für Co als auch für FeCo wurden auf nicht geätzten Proben hexagonale Strukturen im REM gefunden. AFM Aufnahmen zur weiteren Untersuchung dieser Ausnahmefälle konnten aufgrund technischer Probleme mit dem AFM innerhalb dieser Arbeit nicht realisiert werden. Wenn die Oberfläche wirklich ohne den Ätzprozeß strukturiert wurde, muß dies beim Sputtern oder direkt danach passiert sein. Bei dieser Überlegung fällt auf, daß die Energie der Metallatome, die beim Sputtern auf die Oberfläche der Probe auftreffen, eine ähnlich große kinetische Energie besitzen wie die Argonionen beim Ätzvorgang. Die kinetische Energie der Metallatome beim Sputtern ist stark von den Sputterparametern abhängig und liegt bei etwa 10eV, während die Energie der Argonionen mit Werten ab 50eV nur etwas größer ist. Dies läßt eine Strukturbildung durch selektive Wachstum während des Sputtervorgangs möglich erscheinen. Dagegen spricht jedoch, daß die Metallatome beim Sputtern normalerweise relativ homogen aufwachsen und eine Inselbildung eher selten stattfindet.
Die unteren Grenzen der Ätzparameter sind dadurch aber mit einer Unsicherheit behaftet. Weitere AFM Untersuchungen sind zur Klärung dieser Sonderfälle sicher nützlich.