Eigenspannungsarme optische Schichten

4-fach-Antireflex­schicht auf Glas: Si<sub>3</sub>N<sub>4</sub> – SiO<sub>3</sub> – Si<sub>3</sub>N<sub>4</sub> – SiO<sub>2</sub>.
© Fraunhofer IST, Falko Oldenburg
4-fach-Antireflex­schicht auf Glas: Si3N4 – SiO3 – Si3N4 – SiO2.

Herausforderung 

Zum Zeitpunkt des Projektstarts war nicht klar, ob Siliziumoxidschichten SiO2 durch die Heißdraht-CVD-Methode großflächig abgeschieden werden kann. Die Reaktion der Drähte mit Sauerstoff stellte ein mögliches Risiko dar, da sie zur Oxidation der Drähte führt und sich negativ auf die Stabilität des Prozesses auswirkt. Ziel war die Herstellung einer spannungsarmen, optisch hochwertigen SiO2-Schicht.

Lösung 

Beim Heißdraht-CVD-Verfahren wurden innerhalb eines Vakuumbehälters elektrisch beheizte Wolframdrähte im Bereich von 1900 °C – 2100 °C verwendet, um SiH4 zu dissoziieren und unter Zugabe von Sauerstoff das Metalloxid herzustellen. Für die Entwicklung der Siliziumoxid-Schichten wurde mit Hilfe eines statistischen Versuchsplans (Design of Experiment, DOE) eine Parameterstudie auf Quarzglas durchgeführt. Dabei wurden Gaszusammensetzungen, Drücke und Temperaturen berücksichtigt. Als Substrat können auch Kunststoffe verwendet werden.

Mehrwert 

Die hochtransparenter Schichten konnten mit geringen Druckspannungen hergestellt werden. Die folgenden Schichteigenschaften wurden erreicht: Hohe Transparenz für d (SiO2 = 380 nm) T250 nm > 89 % auf Quarz, geringe Druckspannung für d (SiO2 = 2,5 μm) σ < 170 MPa (eigenspannungsarm), geringe Rauheit für d (SiO2 = 2,5 μm) < 6 nm, Beschichtungsraten > 2 nm / s, Wolfram Konzentration Kw ≤ 0.2 atom%. 

Förderhinweis

Gefördert im Rahmen der Internen Programme der Fraunhofer-Gesellschaft