Eigenspannungsarme optische Schichten

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) T_{250 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 K_w ≤ 0.2 atom%.