PECVD-Beschichtungen

PECVD-Beschichtungen für optische Schichtsysteme

Optische Schichtsysteme wie z. B. Entspiegelungen, Filter oder Laserspiegel werden üblicherweise mit physikalischen Gasphasenbeschichtungsverfahren wie dem Aufdampfen oder der Sputterdeposition hergestellt. Hierdurch können optisch sehr hochwertige und harte Metalloxidschichten erzeugt werden. Auf weichen Substraten, wie etwa Kunststoffen, sind jedoch harte Schichten nicht immer vorteilhaft. Durch Verformungen können mechanische Spannungen und Risse in den Schichten entstehen, welche die optischen Eigenschaften negativ beeinflussen. Am Fraunhofer IST wurde nun ein chemischer Gasphasen­beschichtungsprozess entwickelt, der es ermöglicht, die mechanischen Schichteigenschaften über einen breiten Bereich zu variieren. Hierdurch können optische Schichtsysteme besser auf Kunststoffsubstrate angepasst werden.

Einfluss der Blenden auf die Schichthomogenität.
© Fraunhofer IST
Einfluss der Blenden auf die Schichthomogenität.
Bruchdehnung als Funktion der Prozessgaszusammensetzung.
© Fraunhofer IST
Bruchdehnung als Funktion der Prozessgaszusammensetzung.

Test einer neuen PECVD-Quelle

Um das Zusammenspiel von weichen organischen und harten oxidischen Schichten in optischen Schichtsystemen besser untersuchen zu können, wurde in eine konventionelle Drehtellersputteranlage für optische Schichtsysteme eine neuartige PECVD-Quelle integriert. Diese zeichnet sich durch eine geringe Energiezufuhr zum Substrat während des Beschichtungsprozesses aus, was günstig für die Beschichtung von Kunststoffsubstraten ist. Ziele der Arbeiten waren die Integration sowie die Optimierung der Quelle im Hinblick auf eine möglichst hohe, homogene Beschichtungsrate, einen niedrigen Energieeintrag sowie variable mechanische Schichteigenschaften.

Homogene Schichten mit hoher optischer Qualität

In umfangreichen Tests der Quelle mit Hexamethyl­disiloxan (HMDSO) als Precursor und durch verschiedene Simulations­rechnungen wurden die Beschichtungsrate, der Energieeintrag, die Schichteigenschaften und die Beschichtungshomogenität der Quelle optimiert. Insbesondere die Simulationsrechnungen erwiesen sich hierbei als sehr hilfreich, um konstruktive Schwächen (anodische Hot-Spots) der Quelle zu beheben. Durch eine iterative Verbesserung von Blenden konnte zudem die Homogenität der Beschichtungen erheblich verbessert werden. Darüber hinaus bestätigten Experimente, dass sich die mechanischen Schichteigenschaften (Bruchdehnung) durch die Quelle variieren lassen.

Ausblick

Mit Hilfe der modifizierten Anlage ist es jetzt möglich, organisch modifizierte Schichten in keramische Schichtstapel zu integrieren. Auf diese Weise können z. B. Gradientenschichten erzeugt werden, bei denen die mechanischen Eigenschaften der Beschichtung an denen des Substrates angepasst werden. Darüber hinaus  können durch die Kombination von organischen und anorganischen Schichten auch hervorragende Barrierewirkungen gegen die Diffusion von Wasser oder Sauerstoff erreicht werden.

 

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