Passivierung von Werkstoffoberflächen

Passivierung bezeichnet die gezielte oder spontane Bildung einer dünnen, meist oxidischen oder hydroxidischen Schutzschicht auf der Oberfläche eines Werkstoffs, die dessen chemische Reaktivität stark herabsetzt. Typische Beispiele sind Chromoxidfilme auf nichtrostenden Stählen oder Siliziumoxid- bzw. Aluminatschichten auf Halbleitern und Metallen.

Die Passivierungsschicht wirkt als Diffusionsbarriere für korrosive Spezies (z. B. O2, H2O, Cl-) und für Metallionen. Ihre Wirksamkeit wird durch Dicke, Dichte, Defektstruktur und chemische Zusammensetzung bestimmt. Modelle wie das Filmruptur‑Dissolution‑Repassivation‑Konzept beschreiben die Dynamik von Schädigung und Wiederaufbau solcher Schichten unter mechanischer oder elektrochemischer Belastung.

In der Halbleitertechnik spricht man von Oberflächen‑, Defekt‑ und Grenzflächenpassivierung, um Oberflächenzustände und Rekombinationszentren zu reduzieren. Polysilizium‑passivierende Kontakte kombinieren eine dünne Dielektrikums‑Passivierungsschicht (z. B. SiO2, SiNx) mit hochdotiertem Polysilizium zur gleichzeitigen Minimierung von Rekombinationsverlusten und Kontaktwiderstand.

Werkstofftechnisch sind Stabilität (chemisch, thermisch, mechanisch), Selbstheilungsvermögen und Kompatibilität mit nachfolgenden Prozessschritten entscheidend. Versagen der Passivierungsschicht führt zu lokaler Depassivierung, Lochfraß oder erhöhter Rekombination. Die gezielte Steuerung der Oxid‑ und Hydroxid‑Passivierungsschichten, etwa durch Legierungsdesign oder angepasste Prozessatmosphären, ist daher ein zentrales Instrument zur Lebensdauerauslegung moderner Bauteile.

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