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Photothermische Strukturierung von funktionalisierten Siliciumsubstraten - Vergleichende Experimente und atmoshärischen Bedingungene und im Ultrahochvakuum

Bautista, Rafael Mester

In der vorliegenden Arbeit wurde erstmals erfolgreich mit Hilfe von vergleichenden Experimenten im Ultrahochvakuum (UHV) und an Luft untersucht, welchen Einfluss Sauerstoff oder Wasser auf den Strukturierungsprozess nehmen, um zu klären, welchem Mechanismus die Strukturierung der unterschiedlich funktionalisierten Siliciumsubstraten nach der laser direkt writing technique folgt. Es konnte erstmals gezeigt werden, dass sowohl Sauerstoff und/oder physisorbiertes Wasser abhängig der gewählten Parameter (Laserkontaktzeiten, Laserleistung, ect.) grundsätzlich einen Einfluss auf die Strukturierung von funktionalisierten Siliciumsubstraten nehmen. Die Ergebnisse der Laserstrukturierung von H-terminierten Siliziumoberflächen an Luft, deuten darauf hin, dass es zusätzlich zu der reinen Desorption des Wasserstoffs einer partiellen Oxidation der H-terminierten Siliciumoberfläche über den gesamten Bereich der belichteten Fläche kommt. Diese partielle Oxidation könnte durch physisorbiertes Wasser induziert werden. Die Strukturierungsexperimente der ODS (octadecylsiloxan) Monoschichten modifizierten Siliciumsubstraten zeigen, dass an Luft unterschiedliche Prozesse bei der Strukturierung involviert sind, bei denen Sauerstoff und/oder physisorbiertes Wasser einen Einfluss auf die Strukturierung nimmt. So wurde abhängig von den gewählten Strukturierungsparametern (Laserkontaktzeiten, Laserleistung, ect.), zusätzlich zu der reinen Desorption der Monoschicht eine thermische Oxidation der Alkylketten beobachtet. Grundsätzlich konnte gezeigt werden, dass die Strukturierungsexperimente der unterschiedlich funktionalisierten Siliciumsubstraten abhängig der Strukturierungs-bedingungen unterschiedlichen Reaktionsszenarien folgen.

In the present study, the influence of oxygen and/or water on the structuring process was investigated for the first time with the help of comparative experiments in ultrahigh vacuum (UHV) and in air, in order to clarify which mechanism the patterning of functionalized silicon substrates by the laser direct writing technique is followed. It was shown that both oxygen and / or physisorbed water have a fundamental influence on the pattering process of functionalized silicon substrates under certain patterning conditions, like laser contact times and irradiation intensity. The results of the laser patterning of H-terminated silicon surfaces in air, indicate that partial oxidation of the H-terminated silicon surface occurs over the entire area of the laser beam exposed area, additionally to the pure Hydrogen desorption. This partial oxidation could, be induced by the physisorbed water. The structuring experiments of the ODS (octadecylsiloxane) monolayer modified silicon substrates show, that under ambient conditions, different processes are involved in the pattering process in which oxygen and / or physisorbed water have an influence on the final pettern. Thus, a thermal oxidation of the alkyl chains was observed above a certain laser contact time in addition to the pure desorption of the ODS monolayer. In principle, the present study was able to shown, that the patterning processes of the differently functionalized silicon substrates (H-terminated, ODS modified) is following different reaction scenarios under different conditions.

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Bautista, Rafael Mester: Photothermische Strukturierung von funktionalisierten Siliciumsubstraten - Vergleichende Experimente und atmoshärischen Bedingungene und im Ultrahochvakuum. 2017.

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