Erzeugung und Charakterisierung von monomolekularen Schichten auf Silicium zur Darstellung von organisch/anorganischen Schichtstrukturen

Biologische Materialen, wie Knochen, Zähne und Muschelschalen, heben sich von synthetisch hergestellten Materialien in ihrer strukturellen Komplexizität und ihren Materialeigenschaften deutlich ab. Ansätze, die in der Natur gefundenen Strukturierungsprinzipien nachzuahmen, eröffnen Wege zu neuen funktionellen Werkstoffen mit besonderen Materialeigenschaften. Biologische Systeme können z.B. die Keimbildung und das Kristallwachstum so kontrollieren, dass Materialien mit spezifischer Größe, Struktur und Orientierung gebildet werden. Diese könnten in der Mikroelektronik, der Sensortechnik oder der Katalysatortechnik Anwendung finden. Die Biomimetik versucht solche anorganischen Strukturen mit Hilfe von ultradünnen organischen Filmen, die als Templat fungieren, nachzubilden. Ausgehend von diern Templaten könnten organisch/anorganische Hybridstrukturen, z.B. durch einen Sol-Gel-Prozeß, aufgebaut werden.

Im Rahmen dieser Arbeit wurden solche Template durch zwei Techniken auf Si-Oberflächen dargestellt: 1.) Self Assembled Monolayers (SAMs) durch die Self-Assembly-Technik und 2.) Monoschichten durch die Langmuir-Blodgett-Technik (LB). Die SAMs wurden aus a,w-funktionalisierten Alkenen aufgebaut. Eine simultan photochemisch induzierte Reaktion der Vinylgruppe mit der wasserstoffterminierten Si-Oberfläche führte zur Chemisorption der Alkenmonolage. Neben der Variation der Länge der Kohlenstoff-Kette der 1-Alkene wurden auch spezielle funktionelle Gruppen eingebaut, um deren Einfluss auf die SAM zu untersuchen.

Von einigen der zur SAM- und zur LB-Schichtherstellung eingesetzten Moleküle wurden Filmwaagen-Isothermen aufgenommen, um genauere Informationen über den Flächenbedarf der Moleküle und deren Konformation an der Luft-Wasser-Grenzfläche im Vergleich zur Si-substratfixierten Schicht zu erhalten. LB-Filme wurden auf Si-Wafer aufgezogen und diese mit den SAMs, die durch die Self-Assembly-Technik entstanden sind, verglichen. Die Untersuchung der Ordnungsgrade der erzeugten Schichten erfolgte hauptsächlich über die FTIR-spektroskopische Analyse der symmetrischen und antisymmetrischen Valenzschwingung der Methylengruppen. Die Schichtdicke der SAMs wurde mit Hilfe der Ellipsometrie untersucht. Die Hydrophilie/Hydrophobie der SAM-Oberflächen als Funktion der Struktur der Einzelmoleküle wurde durch Kontaktwinkelmessungen
aufgezeigt.