Herstellung und Untersuchung halogenhaltiger Aluminiumalkoxide

Abstract

Die vorliegende Arbeit baut auf den Eigenschaften der Verbindung [H2Al(OtBu)]2 auf. In der Synthese dient es u.a. als Reduktionsmittel, im CVD-Prozess als Precursor zur Darstellung metastabiler HAlO- und Al/Al2O3-Zusammensetzungen. Im ersten Teil werden experimentelle Untersuchungen dimerer halogenhaltiger Aluminiumalkoxide behandelt. Dabei wird speziell die Darstellung halogenhaltiger tert.-Butoxyaluminiumderivate [XAl(X)(OtBu)]2 mit X, X= Cl, Br und I, sowie X= Cl, Br und I und X= H) aus den jeweiligen Blei(II)-halogeniden und [H2Al(OtBu)]2 untersucht. Die Verbindungen wurden spektroskopisch analysiert und röntgenographisch charakterisiert. Die Alkoxyalane [XAl(H)(OtBu)]2 weisen aufgrund ihrer Prochiralität am Aluminium Unterschiede im Festkörper und in Lösung auf. Aus diesem Grund wurden parallel noch weitere Darstellungsmethoden durch Alkoholyse und Dismutation zum Vergleich der Produktbildung angewandt. Zur Interpretationshilfe der experimentellen Analysedaten wurden zudem theoretische Berechnungen durchgeführt. Außerdem wurde das Verhalten prochiraler dimerer Aluminiumalkoxide in Lösung an weiteren röntgenographisch charakterisierten Verbindungen [ClAl(R)(OtBu)]2 (R = Me, OtBu) untersucht. Im zweiten Teil wurde das leichtflüchtige Alkoxid [ClAl(H)(OtBu)]2 als Single-Source-Precursoren im LPCVD-Prozess untersucht, wobei die Zersetzungsreaktionen durch Massenspektroskopie verfolgt wurden. Das durch [ClAl(H)(OtBu)]2 entstandene quartäre Schichtsystem aus den Elementen Cl-Al-H-O ist dabei von besonderem Interesse. Mittels ERAS konnte gezeigt werden, dass es sich formal nicht um eine hydroxidische Schichtzusammensetzung handelt, sondern um eine hydridische Aluminiumoxochloridschicht. Durch den zusätzlichen Eintrag von Chloratomen in HAlO ergeben sich so neue chemische und physikalische Eigenschaften.

The presented thesis is build up on the properties and applications of the compound [H2Al(OtBu)]2. In synthesis it serves as a reducing agent and as precursor cvd-process it is used for the preparation of metastabile HAlO- and Al/Al2O3-compositions. In the first part experimental investigations of dimeric halogen containing aluminium alkoxides are examined. Thereby especially the preparation of halogen containing tert.-butoxyaluminium derivates [XAl(X)(OtBu)]2 with X, X= Cl, Br and I, as well as X= Cl, Br, I and X= H) by the respective lead(II)-halides and [H2Al(OtBu)]2 are investigated. These compounds could be characterized by spectroscopic methods and by single-crystal determination. The alkoxyalanes [XAl(H)(OtBu)]2 feature differences in solid state and in solution due to the pro-chirality at the aluminium atom. On this account further preparation methods in form of alcoholyis reaction and scrambling reaction have been accomplished to compare the product formation. To interprete the data of the experimental analysis methods, theoretical calculations have been carried out. Moreover the behaviour in solution of further prochiral dimeric aluminium alkoxides, like [ClAl(R)(OtBu)]2 (R = Me, OtBu), has been investigated. These compounds could be characterized by single-crystal determination as well. In the second part the volatile compound [ClAl(H)(OtBu)]2 was investigated as precursors in the LPCVD-process (low-pressure-chemical-vapour-deposition). The current decomposition reaction is pursued by mass-spectrometry. The originated quartary layer-system Cl-Al-H-O by [ClAl(H)(OtBu)]2 is of particular interest. By ERAS-analysis it could be shown, that its not about an aluminiumhydroxide composition of the layer, but an aluminiumoxochloride composition where the hydrogen atom is bonded to the aluminium atom. Hence new chemical and physical film properties arise from an additional insertion of chlorine atoms in HAlO-composition.