Glossar

Absorption   

Hier bezeichnet Absorption die Absorption von elektromagnetischer Strahlung (z. B. Licht) in Diamant. Quantitativ wird die Absorption durch den Absorptionskoeffizienten (mit der Einheit 1/cm) wiedergegeben. Die Absorption in einkristallinem, reinem Diamant wird durch die Anregung von Elektronen aus dem Valenz- in das Leitungsband, durch die Anregung von Elektronen innerhalb des Leitungsbands und durch die Anregung von Phononen (Gitterschwingungen) bestimmt. Die Phononenanregungen verursachen eine Absorption der elektromagnetischen Strahlung im infraroten Bereich bei einer Wellenlänge von 2,5 bis 6,5 µm. Bedingt durch die Bandlücke (Abstand zwischen Valenz- und Leitungsband) von 5,45 eV wird die Anregung von Elektronen aus dem Valenz- in das Leitungsband erst bei Wellenlängen unterhalb 225 nm möglich. Daher ist reiner Diamant im sichtbaren Bereich durchsichtig. Da einkristalliner, reiner Diamant bei Raumtemperatur (und darunter) keine freien Elektronen (also Elektronen im Leitungsband) enthält, ist der Absorptionskoeffizient im infraroten Bereich (bis auf die genannte phononenbedingte Absorption) praktisch null. Dies gehört zu den herausragenden Eigenschaften des Diamanten. Enthält der Diamant Korngrenzen und Verunreinigungen, so entstehen eine Reihe von weiteren Absorptionsmechanismen, so dass die breitbandige Transparenz eingeschränkt wird. Bekannt ist dies für Schmuckdiamanten, wo erhöhte Borkonzentrationen zu einer Blaufärbung und erhöhte Stickstoffkonzentrationen zu einer Gelbfärbung führen können.

 

BDD   

Bordotierter Diamant. Durch die Zugabe von Bor erhöht sich die elektrische Leitfähigkeit des Diamanten oder des Diamantfilms.

 

CV      

Zyklische Voltammetrie (eng. cyclic voltammetry).

 

CVD-Verfahren zur Diamantsynthese     

CVD-Verfahren (CVD: chemische Gasphasenabscheidung) sind Beschichtungsverfahren, bei denen Schichten auf geeigneten Substraten abgeschieden werden, indem gasförmige Reaktanden („Präkursoren“) auf oder in der Nähe der Beschichtungsoberfläche chemisch reagieren. In CVD-Verfahren gelingt es, Diamantschichten auf geeigneten Substraten abzuscheiden, ohne die bei der natürlichen Entstehung erforderlichen hohen Drücke und Temperaturen einzuhalten. Hierzu werden dem kohlenstoffhaltigen Präkursor (Methan oder andere Kohlenwasserstoffe) große Mengen Wasserstoff beigemengt, die den graphitisierten Anteil der Schichtoberfläche („sp2-Hybridisierung“) nach ihrer Entstehung sofort wieder entfernen, so dass die Diamantanteile („sp3-Hybridisierung“) alleinig stehen bleiben. (Ausnahme ist die Synthese von UNCD-Diamant, bei der statt Wasserstoff Argon beigemengt wird.) Je nach Anwendung können weitere Präkursoren hinzugegeben werden, zur Bordotierung z. B. B2O3 oder Borane. Die Mindestsubstrattemperatur während der Diamantdeposition wird häufig mit 600 - 700 °C angegeben. Die für die Diamantsynthese am häufigsten genannten Vertreter sind das HFCVD- und das MWCVD-Verfahren.

 

Diamant        

Ein Festkörper, der aus Kohlenstoffatomen aufgebaut ist. Vom Graphit, Fullerenen und Graphen, die ebenfalls aus Kohlenstoffatomen aufgebaut sind, unterscheidet er sich in der Kristallstruktur. Diamant kristallisiert in der Diamantstruktur.

 

Diamantschichten: Einteilung      

Die häufigste Art, Diamantschichten einzuteilen, besteht in der Einteilung gemäß den Korn- oder Kristallitgrößen, also den Größen der Kristallite, aus denen die Diamantschichten bestehen. Es gibt keine exakten Grenzen, die allgemeingültig definiert sind, aber eine Einteilung kann folgendermaßen getroffen werden: UNCD: 5 – 15 nm, NCD: < 100 nm, PCD (oder MCD): > 100 nm, SCD: die Schicht besteht aus einem einzigen Korn. Eine Sonderform sind hochorientierte Diamantschichten (HOD), die man aufgrund ihrer typischen Korngrößen den PCD-Schichten zuordnen kann, deren Körner aber eine Vorzugsorientierung aufweisen.

 

Diamantstruktur      

Eine Kristallstruktur, in der alle Atome aus derselben Sorte bestehen und in der jedes Atom von vier nächstbenachbarten Atomen umgeben ist. Die Winkel, die die Verbindungslinien der nächstbenachbarten Atome bilden, sind gleich. In der Diamantstruktur kristallisieren Diamant, Silizium, Germanium und eine Modifikation des Zinn (a-Zinn).

 

Diamantsynthese-Verfahren         

Der natürliche in der Erdkruste vorzufindende Diamant entsteht unter hohen Drücken und Temperaturen im Erdmantel. Im HPHT-Verfahren (HPHT: Hoher Druck, hohe Temperatur) werden diese Bedingungen simuliert (teilweise unter Zuhilfenahme von Katalysatoren). Um Diamantpulver zu synthetisieren, werden das Detonations- und das Schockwellenverfahren eingesetzt, bei denen ebenfalls hohe Drücke und Temperaturen zustande kommen. In den CVD-Verfahren (CVD: chemische Gasphasenabscheidung) gelingt es, Diamantschichten auf geeigneten Substraten abzuscheiden, ohne die bei der natürlichen Entstehung erforderlichen hohen Drücke und Temperaturen einzuhalten.

 

Dotierung     

Unter Dotierung sei hier die Dotierung mit Akzeptoren und Donatoren verstanden. Ähnlich wie Silizium kann Diamant als Halbleiter aufgefasst werden. Während undotierter Diamant elektrisch isolierend ist, kann durch die Einbringung („Dotierung“) von geeigneten Fremdatomen (Akzeptoren und Donatoren) die elektrische Leitfähigkeit des Diamanten eingestellt werden. Zum Silizium gibt es nennenswerte Unterschiede: Die Aktivierungsenergie der Akzeptor- und Donatorniveaus ist sehr viel größer als die entsprechenden Energien im Silizium. Die geringste Aktivierungsenergie hat das Borniveau mit 0,37 eV. Während im Silizium die Akzeptoren und Donatoren je einen ihrer jeweiligen Ladungsträger (Löcher und Elektronen) bei Raumtemperatur abgegeben haben und damit ionisiert sind, reicht die thermische Energie beim Diamanten bei Raumtemperatur aufgrund der hohen Aktivierungsenergie nicht aus, um alle Akzeptoren oder Donatoren zu ionisieren. Mit zunehmender Temperatur steigt die Anzahl der ionisierten Akzeptoren oder Donatoren, so dass auch die elektrische Leitfähigkeit des Diamanten stark temperaturabhängig ist. Technische ist die Dotierung des Diamanten mit Bor, also einem Akzeptor, gut realisierbar. Hiermit kann die elektrische Leitfähigkeit über viele Größenordnungen, bis zur metallischen Leitfähigkeit, eingestellt werden. Weniger gut gelingt die Dotierung mit Phosphor oder anderen Donatoren, so dass die Entwicklung von Halbleiterbauelementen wie pn-Dioden oder Transistoren erschwert ist. UNCD- oder NCD-Filme bilden eine Ausnahme, da sie leicht mit dem Donator Stickstoff dotiert werden können. Diese Dotierung funktioniert über den Einbau des Stickstoffs vornehmlich in die Korngrenzen. Im Unterschied zu Silizium lässt sich Diamant nicht über eine Hochtemperaturdiffusion dotieren, wohl aber über die Dotierung während des Filmwachstums und (nur in einer oberflächennahen Zone) über Implantation.

 

Elektrische Leitfähigkeit    

Die elektrische Leitfähigkeit wird durch die Anzahl der beweglichen Ladungsträger und ihre Beweglichkeit ( Ladungsträgerbeweglichkeit) bestimmt. Während undotierter Diamant elektrisch isolierend ist, kann durch die  Dotierung mit Akzeptoren und Donatoren die Anzahl der beweglichen Ladungsträger und damit auch die elektrische Leitfähigkeit eingestellt werden. Sowohl die Anzahl der beweglichen Ladungsträger als auch die Beweglichkeit sind temperaturabhängig.

 

Haftung         

Eine Voraussetzung für das Funktionieren von Bauelementen, die aus Schichten auf Substraten bestehen, ist die Haftung der Schichten auf dem Substrat. Zur Haftung tragen mechanische Kräfte und chemische Bindungen bei. Mechanische Kräfte sind bei dreidimensional geformten Oberflächen (das beinhaltet auch Poren und Vertiefungen) ausschlaggebend, chemische Bindungen vor allem bei glatten Oberflächen. Die Haftung ist eine nicht einfach zu quantifizierende Größe. Zur Überprüfung der Haftung gibt es Scher- und Abrisstests, zu denen auch der wegen seiner Einfachheit häufig angewandte „Tesastreifentest“ gehört. Zur Beurteilung, ob ein Beschichtungsverfahren für die Diamantabscheidung auf einem bestimmten Substrat zu einer guten Haftung führt, sind vor allem die folgenden Kriterien ausschlaggebend: Gibt es ein Bekeimungsverfahren, das auf dem Substrat eine ausreichende Anzahl von Keimen erzeugt? Bildet das Beschichtungsverfahren zu Beginn der Abscheidung eine Karbidphase, so dass eine chemische Bindung zwischen Diamant und dem Substrat gewährleistet werden kann? Wie hoch ist die Differenz der thermischen Ausdehnungskoeffizienten für Diamant und Substrat. Kann ein auftretender Kompressions- oder tensiler Stress durch eine elastische oder plastische Verformung in der Schicht wieder abgebaut werden?

 

Härte 

Der alltägliche Begriff Härte lässt sich wissenschaftlich schwer fassen, weil in ihr verschiedene Eigenschaften, wie Elastizität, Plastizität, Bruchfestigkeit und Spaltbarkeit eingehen. Im allgemeinen drückt Härte einen Widerstand aus,der das jeweilige Material mechanischen Eingriffen entgegensetzt. Wird die Härte gemessen und ihr Wert angegeben, so muss auch immer die genaue Art der Messung mit angegeben werden. Unter den natürlichen Stoffen ist Diamant (egal mit welcher Methode gemessen) der härteste. NCD-Schichten weisen eine Härte auf, die nahe der Härte von einkristallinem Diamant ist.

 

HFCVD          

HFCVD oder Heißdraht-aktivierte Gasphasenabscheidung (HFCVD: hot-filament CVD) ist eine Variante der CVD-Verfahren, bei der die (gasförmigen) Präkursoren an sehr heißen Drahtsegmenten vorbeiströmen, bevor sie zur Substratoberfläche gelangen und dort den Diamantfilm abscheiden. Die hohen Temperaturen führen zu Radikalen in der Gasphase und erleichtern somit die chemischen Reaktionen in der Nähe der Substratoberfläche und daher auch die Deposition auf dem Substrat. Das HFCVD-Verfahren zeichnet sich unter anderem dadurch aus, dass über eine Vervielfältigung der Drahtsegmente auch große Substratflächen beschichtet werden können. Bekannt sind bei der Diamantabscheidung Substratflächen bis 1m2. Weiterhin können mit dem HFCVD-Verfahren auch dreidimensionale Objekte (zu nennen sind Werkzeuge) konform beschichtet werden. Typische Depositionsraten für Diamantfilme betragen 0,2 - 0,5 µm / h. Bedingt durch die starke Erhitzung der Drahtsegmente kann eine Kontamination der Diamantfilme mit dem Drahtmaterial (Wolfram, Tantal) nicht ausgeschlosen werden.

 

Ladungsträgerbeweglichkeit        

Die Ladungsträgerbeweglichkeit bestimmt, wie schnell die beweglichen Ladungsträger (in Diamant also freie Elektronen und Löcher) in einem gegebenen elektrischen Feld sind. Bemerkenswert ist die sehr hohe Ladungsträgerbeweglichkeit für Elektronen von 2400 cm2 / (V · s) und für Löcher von 2100 cm2 / (V · s). Diese Werte gelten für einkristallinen Diamant ( SCD) und sind sehr viel höher als für Silizium. Durch den Übergang zu polykristallinem Diamanten reduziert sich die Ladungsträgerbeweglichkeit. Hier werden Werte von 1000 bis 100 cm2 / (V · s) angegeben.

 

Magnetfeldsensorik

Diamant kann durch den gezielten Einbau von Defekt- oder Farbzentren, die einen Spin haben, magnetfeldsensitiv gemacht werden. Eine hohe Ortsauflösung des Magnetfelds wird erreicht, indem der Spinzustand optisch ausgelesen wird oder indem ein einzelnes Defektzentrum in die Spitze einer Sonde (z. B. eines Cantilevers) platziert wird. Der bekannteste Vertreter der Defektzentren, die auch in der Magnetfeldsensorik verwendet werden, ist das NZ-Zentrum.

 

MEA  

Mikroelektroden-Anordnung (engl. microelectrode array).

 

MWCVD        

MWCVD oder Mikrowellenplasmaunterstützte Gasphasenabscheidung (PECVD: plasma enhanced CVD) ist eine Variante der CVD-Verfahren, bei der die (gasförmigen) Präkursoren durch die Strahlung einer Mikrowellenantenne ionisiert werden, bevor sie zur Substratoberfläche gelangen und dort den Diamantfilm abscheiden. Die Ionisierung der Gasphase erleichtert die chemischen Reaktionen in der Nähe der Substratoberfläche und somit die Deposition auf dem Substrat. Das MWCVD-Verfahren zeichnet sich unter anderem durch hohe Depositionsraten für Diamantfilme aus (bis 10 µm / h). Bisher ist es aufgrund der Größenbeschränkung der Mikrowellenanregung nicht gelungen, große Substratflächen homogen zu beschichten. Bekannt sind bei der Diamantabscheidung (runde) Substratflächen mit Durchmessern bis ca. 150 mm.

 

NCD   

Nanokristalliner Diamant oder nanokristalline Diamantschicht (eng. nanocrystalline diamond). Der Durchmesser der Kristallite ist typischerweise < 100 nm. Für das erste Stadium des Schichtwachstums (Bekeimung) gelten dieselben Voraussetzungen wie beim PCD. Da die Korndurchmesser bei NCD-Schichten kleiner sind als bei PCD-Schichten, ist der Einfluss der Korngrenzen (und der dort angelagerten Verunreinigungen) auf die physikalischen Eigenschaften im allgemeinen sehr viel dominierender als bei PCD-Schichten. Durch die Prozessparameter kann ein kolumnares Wachstum („2D-NCD“) oder ein Wachstum mit konstanter Korngröße („3D-NCD“) angestrebt werden. Durch geeignete Prozessparameter kann eine sehr große Bruchfestigkeit der Kristallite und der Schicht erreicht werden,weshalb sich solche Schichten sehr gut für abrasive Anwendungen eignen. Bedingt durch die kleinen Korngrößen sind NCD-Schichten sehr glatt (sehr viel glatter als PCD-Schichten, falls letztere nicht poliert sind).

 

NV-Zentrum 

Das NV-Zentrum ist ein Stickstoff-Leerstellen-Komplex im Diamant. D. h. ein Gitterplatz, auf dem regulär ein Kohlenstoffatom säße, ist unbesetzt; ein benachbarter Gitterplatz, auf dem regulär ebenfalls ein Kohlenstoffatom säße, ist mit einem Stickstoffatom besetzt. Das NV-Zentrum kann mehrere Ladungszustände aufweisen, von denen die beiden Ladungszustände neutral (NV0) und einfach negativ geladen (NV‑1) häufiger beobachtet werden. Von technischer Relevanz ist vor allem der einfach negativ geladene Zustand (NV‑1). Er besitzt Spin 1; seine Multiplizität ist somit 3 (d. h. es gibt drei linear unabängige Spinzustände). Ohne äußeres Magnetfeld sind zwei dieser Spinzustände (ms = -1 und ms = +1) entartet. Durch Anlegen eines äußeren Magnetfeldes (wozu bereits ein in der Nähe des NV-Zentrums liegender Spin gehören kann) wird diese Entartung aufgehoben. Die dazugehörige Energieaufspaltung ist proportional zum Magnetfeld am Ort des NV-Zentrums. In Experimenten wird häufig eine Mikrowelle (mit durchstimmbarer Frequenz) angelegt, um bei bestimmten Mikrowellenfrequenzen in Resonanz zur Energieaufspaltung zu geraten (entsprechend der klassischen Elektronenspinresonanz). Das NV-Zentrum ist besonders deshalb interessant (und gut erforscht), weil die Energieaufspaltung bei Raumtemperatur auch optisch ausgelesen werden kann. Dazu wird das NV-Zentrum zum Fluoreszieren gebracht (Anregung z. B. über einen grünen Laser). Diese Erweiterung der Elektronenspinresonanz zu einer optisch auslesbaren Methode heißt ODMR (optisch detektierte magnetische Resonanz).

 

Oberflächenterminierung  

An die Diamantoberfläche können gezielt spezielle Atome oder Moleküle angeheftet werden. Bekannt ist dies vor allem für Wasserstoff (H-Terminierung), Sauerstoff (O-Terminierung) und Fluor (F-Terminierung). Eine H-Terminierung bildet sich in der Regel nach der CVD-Abscheidung und durch die Lagerung an Luft. Dies führt zu einer Lochanreicherung in der Nähe der Oberfläche (Lochkonzentration: 1012 - 1013 cm-2), die einen elektrischen Stromtransport entlang der Oberfläche erlaubt. Durch H- oder O-haltige Plasmabehandlungen können entsprechende Terminierungen und damit z. B. hydrophobe oder hydrophile Oberflächen eingestellt werden.

 

PCD   

Polykristalliner Diamant oder polykristalline Diamantschicht (eng. polycrystalline diamond). Alternative Bezeichnung: MCD: mikrokristalliner Diamant oder mikrokristalline Diamantschicht. Der Durchmesser der Kristallite ist typischerweise > 100 nm. PCD-Schichten können (ähnlich wie auch NCD-Schichten) nur auf den Substraten aufwachsen, die ausreichend bekeimt werden und die als Grenzfläche eine Karbidphase bilden. Zu diesen Substraten zählen kubisches Bornitrid (c-BN), Silizium, Siliziumkarbid, Nickel, Kobald, Platin, Molybdän und Wolfram. Bezeichnend ist, dass bestimmte Kornorierientierungen schneller wachsen können und damit auf Kosten anderer Orientierungen wachsen, so dass die Kristallite mit fortschreitender Schichthöhe entweder größer werden oder ganz verschwinden. An der Schichtoberfläche finden sich daher größere Korndurchmesser als in Substratnähe. Strebt man große Korngrößen an, so sind entsprechend dicke Schichten erforderlich. Grob abgeschätzt sind die Korndurchmesser an der Oberfläche ungefähr ein Zehntel der Schichtdicke. Mit zunehmender Kristallitgröße steigt auch die Rauheit. Viele physikalische Eigenschaften der PCD-Schichten hängen von Verunreinigungen und den Korngrößen (oder der Korngrößenverteilung) ab. Daher sind die Eigenschaften, die dem reinen, einkristallinen Diamant zugeschrieben werden, nicht immer auf PCD-Schichten übertragbar (s. z. B. thermische Leitfähigkeit). 

 

SCD   

Einkristalliner Diamant oder einkristalline Diamantschicht (eng. single crystalline diamond). Die Synthese von einkristallinen Diamantschichten setzt epitaktisches Wachstum auf Substraten voraus, die sich leicht bekeimen lassen. Eine geringe Fehlpassung (Fehlpassung: Unterschied in den Gitterkonstanten des Substrats und des Diamanten) ist eine Bedingung für epitaktisches Wachstum. In idealer Weise ist das für einkristalline Diamantsubstrate erfüllt („homoepitaktisches“ Wachstum). Die Diamantsubstrate können verschiedene Orientierungen aufweisen [z. B. (100), (111) oder (110)]; dieselbe Orientierung haben selbstverständlich dann auch die epitaktisch aufgewachsenen Diamantschichten. Sehr viel anspuchsvoller als auf Diamant einkristalline Diamantschichten abzuscheiden ist es, auf Silizium SCD-Filme zu deponieren, weil die Fehlpassung zwischen Silizium und Diamant sehr groß ist. Auf (100)-orientiertem Silizium gelingt die „heteroepitaktische“ Abscheidung nur, indem über geeignete Pufferschichten (z. B. Ir/YSZ) die Gitterkonstante allmählich vom Silizium an den Diamanten herangeführt wird (YSZ: Yttriumoxid-stabilisiertes Zirconiumdioxid).

 

Strahlenhärte des Diamanten       

Im folgenden wird unter Strahlenhärte die Widerstandsfähigkeit von Diamanten unter Bestrahlung mit ionisierender Strahlung verstanden. Die wesentliche Voraussetzung für Strahlenhärte von Festkörpern ist, dass die Energie, die aufgewendet werden muss, um eine Bindung zwischen den Gitterbausteinen des Festkörpers aufzubrechen und eines der Gitterbausteine (Atome) dauerhaft zu verrücken, möglichst groß ist. Für Diamant beträgt diese Energie (engl. displacement energy) 43 eV (zum Vergleich: bei Silizium beträgt diese Energie zwischen 13 und 20 eV). Die dadurch bedingte hohe Strahlenhärte lässt Diamant als Detektor für ionisierende Strahlung geeignet erscheinen, da eine Degradation des Diamanten im Vergleich zu anderen Materialien nur langsam erfolgt. Aufgrund der Strahlenhärte (in Kombination mit anderen Eigenschaften) wird Diamant tatsächlich auch als Detektor für ioniserende Strahlung eingesetzt.

 

Thermische Leitfähigkeit   

Die thermische Leitfähigkeit für Raumtemperatur und für einkristallinen Diamant ist der höchste bekannte und liegt bei 2200 - 2500 W / (m × K). Für alle anderen Arten von Diamant ( PCD, bzw. HOD, NCD, UNCD) hängt die thermische Leitfähigkeit von der Korngrenzdichte und vom Verunreinigungsgrad ab. Bemerkenswert ist die hohe thermische Leitfähigkeit und gleichzeitig die sehr geringe elektrische Leitfähigkeit (des undotierten Diamanten). Während bei Metallen eine hohe thermische Leitfähigkeit mit einer hohen elektrischen Leitfähigkeit einhergeht, ist dies beim Diamanten nicht der Fall. Das liegt an den unterschiedlichen Mechanismen der Leitfähigkeit. Bei Metallen sind die beweglichen Ladungsträger (Elektronen) gleichermaßen für den Wärme- als auch für den Ladungstransport verantwortlich. Beim Diamant hingegen wird der Wärmetransport durch die Phononen (Gitterschwingungen) verursacht. Freie Elektronen, die im Diamanten den Strom tragen würden (und vielleicht auch zur Wärmeleitfähigkeit beitragen könnten), sind im undotierten, reinen (einkristallinen) Diamanten praktisch nicht vorhanden. Der hohe Wert für die thermische Leitfähigkeit rührt von den geringen Streuquerschnitten der Phononen im Diamant her. Macht man den Diamanten isotopenrein, so dass er nur aus 12C-Atomen besteht, lässt sich die Phonenstreuung weiter unterdrücken und die thermische Leitfähigkeit steigt über den oben genannten Wert.

 

Thermische Stabilität         

Wird Diamant unter Luft-oder Sauerstoffatmosphäre auf über ca. 700 °C erwärmt, verbrennt er. In einer inerten (sauerstoffreien) Atmosphäre ist Diamant stabil bis ca. 1500 °C; über dieser Temperatur graphitisiert der Diamant (spezielle Quellen geben noch sehr viel höhere Temperaturen an). Gesondert muss die thermische Stabilität spezieller Oberflächenterminierungen berücksichtigt werden.

 

Thermischer Ausdehnungskoeffizient    

Der thermische Ausdehnungskoeffizient (genauer: der lineare thermische Ausdehnungskoeffizient a) beschreibt die relative Längenänderung eines Körpers aufgrund einer Temperaturänderung: a = (1/L) × dL/dT; L: Länge des Körpers, T: Temperatur. Der thermische Ausdehnungskoeffizient ist vom Material, aber auch von anderen Zustandsgrößen abhängig, vor allem von der Temperatur. Für Diamant und Raumtemperatur gilt: a(20 °C) ~ 1 × 10-6 (1/K). Für Diamant und 700 °C gilt: a(700 °C) ~ 4 × 10-6 (1/K). Große Unterschiede der thermischen Ausdehnungskoeffizienten zwischen der zu deponierenden Schicht (z. B. Diamant) und dem Substrat können zum Abplatzen oder zu Rissen in der Schicht führen, wenn die Substrate am Ende der Schichtherstellung von der Prozesstemperatur auf Raumtemperatur abgekühlt werden. Abhilfe bringen folgende Maßnahmen: Verringerung der Prozesstemperatur, (möglicherweise) die Deposition einer geeigneten Pufferschicht zwischen Schicht und Substrat, eine Reduzierung der Schichtdicke und eine Verkleinerung der abzuscheidenden Fläche oder der Substratfläche. Das häufig gewählte Substratmaterial Silizium hat einen größeren Ausdehnungskoeffizienten als Diamant (a(20 °C) ~ 2,6 × 10-6 (1/K)). Dies führt zu Kompressionsstress in der Diamantschicht während des Abkühlens von der Prozesstemperatur auf Raumtemperatur, was jedoch erfahrungsgemäß selten zu einem Abplatzen der Diamantschicht führt.

 

UNCD

ultraanokristalliner Diamant oder ultrananokristalline Diamantschicht (eng. ultrananocrystalline diamond). Der Durchmesser der Kristallite ist typischerweise 5 bis 15 nm. Für das erste Stadium des Schichtwachstums (Bekeimung) gelten dieselben Voraussetzungen wie beim NCD und PCD. Reduziert man bei der CVD-Diamantdeposition den sonst notwendigen Wasserstoffgehalt oder ersetzt den Wasserstoff durch Argon, führt dies während des Schichtwachstums zu einer fortwährenden Nukleation, so dass kolumnares Wachstum und das Wachstum großer Körner unterdrückt wird. Die so gebildeten Schichten haben einen hohen Anteil an sp2-Bindungen. Bedingt durch die kleinen Kristallite ist die Oberfläche von UNCD-Schichten in der Regel sehr glatt. Dies und die hohe Verschleißfestigkeit führen zu sehr guten tribologischen Eigenschaften, die z. B. in UNCD-beschichteten Lagern, Gleitringdichtungen u. ä. eingesetzt werden.