Dünnschichtvarianten

Dünnschichtvarianten bezeichnet in der Materialwissenschaft verschiedene Arten dünner Schichten, die typischerweise wenige Nanometer bis einige Mikrometer dick sind. Der Begriff umfasst Systeme aus einer oder mehreren Dünnschichtlagen, charakterisiert durch Materialzusammensetzung, Mikrostruktur (amorphen, kristallinen oder mehrlagigen/gradierten Aufbau) und Herstellungsweise. Dünnschichten werden in Elektronik, Optik, Schutzbeschichtungen und Sensorik eingesetzt.

Materialsysteme und Strukturen: Dünnschichten können metallisch, halbleitend, oxidisch, nitride, polymer oder hybride aus organischen und anorganischen Komponenten sein. Typische Varianten unterscheiden sich durch Mikrostruktur, z. B. amorph vs. kristallin, oder als Mehrlagensysteme, Gradiationen oder Nanokomposite.

Herstellungsverfahren: Gängige Dünnschichtprozesse sind Physical Vapor Deposition (PVD) wie Sputtern und Verdampfen, Chemical Vapor Deposition (CVD) sowie Atomic Layer Deposition (ALD). Für polymerbasierte oder lösungsmittelbasierte Schichten kommen Spinnbeschichtung, Tauch- oder Auftragsbeschichtungen zum Einsatz. Verfahrenswahl beeinflusst Dicke, Homogenität, Textur und Haftung.

Eigenschaften und Design: Dicke, Brechungsindex, elektrische Leitfähigkeit, Haftung, mechanische Festigkeit und chemische Stabilität bestimmen Einsatzmöglichkeiten. Mehrlagige Systeme ermöglichen Funktionsstacks (Antireflexions- oder Barriere-Strukturen). Innerhalb der Schicht können Spannungen auftreten, die zu Rissen oder Delamination führen.

Anwendungen: Dünnschichtvarianten finden sich in der Mikroelektronik (Dielektrika, Leiterbahnen), der Photovoltaik (Front- und Backend-Schichten), Optik (Antireflex- und Spiegelbeschichtungen), Schutz- und Verschleißschichten sowie in Sensorik und MEMS.

Prüfung und Charakterisierung: Die Schichtdicke lässt sich mittels Ellipsometrie, Profilometrie oder Röntgenreflektometrie bestimmen. Struktur und Zusammensetzung werden mit XRD, EDX/RBS analysiert; Oberflächenrauheit mit AFM oder Profilometrie gemessen.