Optimierung der Grenzfläche in Kupfer - Kohlenstoff Systemen

Abstract

In Industrie und Technik wird es immer wichtiger neuartige Materialien zu entwickeln und bestehende Materialkonzepte zu verbessern.<br />MMCs (Metal Matrix Composites) sind viel versprechende Materialien für neuartige Heat- Sink Materials (Wärmesenken). Sie verbinden hohe thermische Leitfähigkeit und die Fähigkeit sich an verschiedenste Materialtypen anpassen zu können. Eine Möglichkeit eines MMCs ist der Verbund von Kupfer und Kohlenstoff. Kohlenstoff dient hierbei als Gerüst für eine solche Wärmesenke und Kupfer wird aufgrund der hervorragenden thermischen Leitfähigkeit verwendet. Ein weiteres mögliches Grundgerüst auf dem Kupfer abgeschieden werden kann ist Diamant. Der Vorteil liegt hierbei in der sehr guten thermischen Leitfähigkeit der Diamanten. Ein Nachteil liegt jedoch in der geringen Haftung und Benetzbarkeit von Kupfer auf Kohlenstoff/Diamant. Haftung und Benetzbarkeit hängen sehr stark von der Qualität des Interface, also der Grenzfläche zwischen Substrat und Kupferschicht, ab. Um diese MMCs gut beschreiben zu können, erfordert es einer gründlichen Charakterisierung, sowie eines guten Verständnisses dieses Interface zwischen den einzelnen Materialien. Ziel dieser Diplomarbeit war die Optimierung und Untersuchung der Grenzfläche in Kupfer - Kohlenstoff Systemen hinsichtlich der Adhäsionseigenschaft und des thermischen Kontaktwiderstandes. Die Optimierung erfolgte durch die Aufbringung verschiedener Zwischenschichten durch Kathodenzerstäuben (Sputtern). Diese unterscheiden sich sowohl durch ihre Dicke als auch ihre chemische Zusammensetzung. Als Grundmaterial diente hierbei Bor, welches mit den Metallen Chrom, Titan und Molybdän dotiert wurde. Zur Charakterisierung des Interface kamen verschiedenste analytische Messmethoden zum Einsatz.<br />

MMCs (metal matrix composites) are promising materials for advanced heat - sink materials. They combine high thermal conductivity and the ability to adjust to different materials. One possibility for such a MMC is the combination of copper and carbon. Carbon is used as the basic structure and copper is used because of its excellent thermal conductivity. A disadvantage of such a system lies in low adhesion and wettability of copper on carbon. Adhesion and wettability strongly depend on the quality of the interface between copper and carbon.<br />The aim of this thesis was to optimize and investigate the interface in copper - carbon systems in terms of adhesion and the thermal contact resistance. The optimization was carried out by the deposition of various interlayers by sputter deposition. Metal (chromium, titanium, molybdenum) doped boron interlayers with different thicknesses were used. To characterize the interface several analytical methods were employed.