Dünnfilmen

Dünnfilmen bezeichnet das Herstellen oder Auftragen einer gleichmäßigen, dünnen Schicht aus einem Material auf ein Substrat. Dünnfilme haben typischerweise eine Dicke von wenigen Nanometern bis zu einigen Mikrometern; in der Praxis liegen viele Anwendungen im Bereich von 1 bis 500 Nanometern, manchmal auch höher. Ziel ist die funktionale oder dekorative Veränderung der Oberflächeneigenschaften sowie die Abgrenzung.

Die Herstellung erfolgt überwiegend durch physikalische oder chemische Abscheidungsmethoden. Zu den physikalischen Methoden gehören Sputterabscheidung und Verdampfungsverfahren (PVD), teilweise mit Reaktiven Gasen, sowie hoch-vakuum- oder Niederonditionsprozesse. Chemische Abscheidungsmethoden umfassen chemische Dampfabscheidung (CVD) und die Atomlagenabscheidung (ALD). Weitere Techniken sind Spin-Coating, Sol-Gel-Verfahren und elektrochemische Abscheidung. Prozessparameter wie Substrattemperatur, Druck, Gaszusammensetzung und Abscheiderate bestimmen Dicke, Konformität und Eigenschaften des Films.

Typische Materialsysteme umfassen Metalle, Oxide, Nitride, Halide sowie organische und Polymerfilme. Dünnfilme dienen häufig der Optik (Antireflexions- oder Spiegelbeschichtungen), der Elektronik (Schichten als Dielektrika, Barriereschichten), dem Verschleißschutz (Hartbeschichtungen) oder der Energieumwandlung (Dünnfilme in Solarzellen, Perowskit). Die Eigenschaften von Dünnfilmen – Dicke, Gleichmäßigkeit, Haftung, Stress, Rauheit und chemische Stabilität – bestimmen Leistung und Lebensdauer.

Die Charakterisierung erfolgt durch Ellipsometrie, Profilometrie, Röntgenreflektometrie oder Mikroskopie. Herausforderungen umfassen Spannungen, Defekte, Interdiffusion an Grenzflächen sowie Kosten und Skalierbarkeit.