Abscheidung von nanokristallinen Bor-dotierten Diamantschichten auf AFM-Spitzen

Abstract

Bor-dotierter Diamant ist chemisch inert und hat gute elektrochemische Eigenschaften. In dieser Arbeit wurde die Verwendung von Bor-dotiertem Diamant als Beschichtung für eine AFM-SECM-Spitze untersucht. Zur Verwendung auf einer AFM-SECM-Spitze ist eine geringe Schichtdicke mit dennoch akzeptablen elektrochemischen Eigenschaften notwendig.<br />Ballas ist nanokristalliner Diamant mit stark verzwillingter Mikrostruktur und eignet sich für elektrochemische Anwendungen. Die Abscheidung muss lokal begrenzt erfolgen, um die Isolierung des AFM-Cantilevers zu erleichtern.<br />Nanokristalline Bor-dotierte Diamantschichten wurden mit BEN-HF-CVD (bias enhanced nucleation hot filament CVD) auf Si-Substraten abgeschieden. Die Bor-Dotierung erfolgte über die Verdampfung von Bortriethyl. Es wurden Diamantschichten mit und ohne Biasbekeimung abgeschieden. Substrate zur Beschichtung ohne Biasbekeimung wurden mit Diamantpulver gekratzt. Bei Abscheidung mit Biasbekeimung ist keine Substratvorbehandlung notwendig. Zur Erhöhung der Diamantkeimbildung am Substrat und für eine lokal begrenzte Abscheidung wurden diese Substrate auch mit a-C besputtert.<br />Die hergestellten Schichten wurden mit REM und Ramanspektroskopie mit unterschiedlichen Wellenlängen untersucht. Für die Abscheidung auf AFM Spitzen wurde eine Schichtdicke von 100 nm angestrebt. Tatsächlich erreicht wurde eine Schichtdicke von etwa 500 nm.<br />Eine AFM Spitze von NANOWORLD wurde mit Raman-Spektroskopie untersucht und die erhaltenen Spektren mit Literaturdaten verglichen. Die vorhandenen Peaks deuten jedoch auf diamond-like-carbon (DLC).<br />DLC-Schichten sind wesentlich einfacher herzustellen und enthalten keinen Diamant.<br />Für Referenzzwecke wurden Diamantschichten mit unterschiedlicher Morphologie und B-Gehalten mit Ramanspektroskopie bei unterschiedlichen Laserfrequenzen charakterisiert. Insbesondere wurden der Einfluss von Ballas und Bor auf das Ramanspektrum von Diamant untersucht. Es konnten eine Verschiebung der Peaks und Intensitätsunterschiede bei Verwendung von unterschiedlichen Laserwellenlängen beobachtet werden.<br />

Boron-doped diamond is a chemically inert material and shows good electrochemical properties. In this work the use of boron-doped diamond as coating for AFM-SECM tips was investigated. To use boron-doped diamond on AFM-SECM tips, thin layers with nevertheless acceptable electrochemical properties must be applied.<br />Ballas is nanocrystalline diamond with twin-shaped microstructure and is adequate for electrochemical applications. To facilitate the insulation of the AFM cantilever, local deposition is required.<br />Nanocrystalline boron-doped diamond layers were deposited on Si-substrates by BEN-HF-CVD (bias enhanced nucleation hot-filament CVD).<br />Boron was added by evaporation of triethylborane. Diamond layers were deposited with and without the use of BEN. Substrates for depositions without BEN were scratched with diamond powder. For depositions with BEN the scratching of the substrates is not necessary. These substrates were sputtered with a-C for better diamond nucleation on the substrate.<br />The diamond layers were characterized by SEM and Raman spectroscopy with different wavelengths. For deposition on AFM tips a thickness of 100 nm was targeted. A thickness of about 500 nm was actually achieved.<br />An AFM tip produced by NANOWORLD was characterized by Raman spectroscopy. The spectra were compared to those found in literature.<br />The peaks indicate the presence of diamond-like-carbon (DLC). Such layers are easier to produce and do not contain diamond.<br />For reference, diamond layers with different morphologies and B-contents were characterized by Raman spectroscopy with different laser frequencies. Especially the influence of Ballas and boron on the spectra was investigated. Using different laser wavelengths a shift in wavenumber and intensity of the peaks was observed.