Homo- und heteroleptische Übergangsmetall- und Lanthanoidverbindungen und deren Einsatz in der Materialforschung

Abstract

Zur Entwicklung und Herstellung neuartiger funktioneller und technologisch relevanter Beschichtungssysteme besitzt die molekülbasierte chemische Gasphasenabscheidung (MBCVD) vielfältiges Potential. Dabei nimmt die thermische Zersetzung des Precursormoleküls zur Filmbildung eine Schlüsselposition ein. Um nun die Auswirkungen des molekularen Designs von metallorganischen Precursorverbindungen durch Ligandenmodifikation auf die resultierenden Materialeigenschaften zu untersuchen, wurden im Rahmen dieser Dissertation mittels CVD unter Verwendung verschiedener homo- und heteroleptischer Precursorsysteme dünne Filme abgeschieden. Die an den resultierenden Beschichtungen durchgeführten Untersuchungen bzgl. Morphologie, chemischer Zusammensetzung und Phasenevolution geben Aufschluss über die Korrelation von Precursormolekül, Prozessparametern und Materialeigenschaften, wodurch die Kontrolle der Schichtkonstitution allein durch gezieltes Precursordesign ermöglicht wird. In diesem Zusammenhang wurden nanokristalline Zirkoniumcarbonitrid (Zr-C-N) und Zirkoniumoxid (ZrO2) Schichten aus Zr(NEt2)4, einem Zr(NEt2)4/Et2NH Gemisch, bzw. Zr(OtBu)4 auf Stahl- und Siliziumsubstraten erzeugt und bezüglich der mechanischen Eigenschaften bei variierten Prozessbedingungen untersucht. Neuartige heteroleptische Übergangsmetallprecursoren Zr(OtBu)2{N(SiMe3)2}2, Hf(OtBu)2{N(SiMe3)2}2, [Ti(OtBu)2N(SiMe3)2ClLiN(SiMe3)2]2 und Zr(OtBu)2(NiPr2)2 konnten durch Einkristallröntgenstrukturanalyse vollständig charakterisiert und im thermischen CVD-Verfahren eingesetzt werden. Außerdem ermöglichte die Verwendung homoleptischer (Ti(OtBu)4 und Ti(OiPr)4) sowie heteroleptischer Titanverbindungen der allgemeinen Form XTi(OiPr)3, (X = Cl, Me, NMe2, NEt2, NiPr2, C5H5, OtBu und N(SiMe3)2) die Untersuchung des Einflusses der Ligandensphäre auf die Erzeugung von TiO2-Filmen. Im Falle der ZrO2- Zr-C-N- sowie TiO2- Filme erfolgte eine Evaluation von Zell-Oberflächen-Wechselwirkungen. Darüber hinaus wurden metallorganische Moleküle der Lanthanoide, [Nd(OiPr){N(SiMe3)2}2]2, [Ce(OiPr){N(SiMe3)2}2]2, [Eu(Mal)3]2, ErN(SiMe3)2(Mal)2, [Nd{OCH(CF3)2}3(H2O)2]2 und Er3O(OSiMe3)7(HOSiMe3)(THF)2 synthetisiert und strukturell aufgeklärt. Diese Synthesen erfolgten ebenfalls unter dem Aspekt der Generierung einer heteroleptischen Ligandensphäre.