Die Beschichtung und das Aufwachsen von Strukturen stellt ein schier grenzenloses Forschungsfeld dar. Vor allem in der Halbleitertechnik und Optik kommen zur Beschichtung von Substraten eine ganze Reihe von speziellen physikalischen und chemischen Ver-fahren zum Einsatz. Um eine optimale Schicht in einer bestehenden Anlage aufzubringen spielen eine Vielzahl von Faktoren eine Rolle die meist eine fundamentales Verständnis und umfassende Kalibrierung der Verfahrensparameter bedürfen. Neben der benötigten Schichtfunktionalität wir die Prozesslaufzeit zu einer entscheidenden Größe, die die Produktionskosten bestimmt. FEM-Berechnungen in Kombination mit computergestützten Methoden aus der Grundlagenforschung bieten hier die nötigen Einblicke für eine zielgerichtete Optimierung.

Im speziellen Anwendungsfall soll eine  Anlage hinsichtlich verschiedener Prozessparameter optimiert werden. Ziel ist es dabei die idealen Parameter für ein gleichmäßiges Schichtwachstum in einer bestimmten Phase zu finden. Dabei sind sowohl die technischen aber auch materialbedingte Einflussfaktoren zu berücksichtigen.

Im hier dargestellten Beispiel wird die Abscheidung von Siliziumoxid auf einem Substrat simuliert. Die Vorgänge im Reaktor werden FEM-seitig anhand von verschiedenen Parametern, wie induzierte Plasmaleistung, Reaktordruck, Gasdruck der Reaktorgase und Gaskonzentration untersucht. In Abbildung 1 ist beispielhaft die Temperaturverteilung dargestellt. Die höchste Temperatur herrscht an dem Zufluss des Gases und nimmt bis zum Gasabfluss ab. Bei der Analyse stellt sich heraus, dass der Wachstumsprozess wesentlich von den Reaktionsraten an der Oberfläche abhängt. Die Reaktionen an der Oberfläche werden anhand der Dichte-Funktional-Theorie (DFT) und einem reaktivem Kraftfeld (Reax-FF) genauer untersucht. In Abbildung 2 ist der berechnete Reaktionspfad an der Oberfläche dargestellt. Hiermit können die optimalen Wachstumsbedingungen definiert werden. Die Temperatur kann im Reaktor damit an die optimale Reaktionstemperatur angepasst werden sowie material-, phasen- bzw. prozessspezifische Haftparameter für progressive FEM-Simulation bestimmt werden. Damit kann der Prozess im Inneren des Reaktors schneller und ergebnisorientierter ablaufen.