Filmeigenschaften

Filmeigenschaften bezeichnet die Gesamtheit der charakteristischen Merkmale von Dünnfilmen, die auf Substraten abgeschieden oder aufgetragen werden. Dazu zählen physikalische, chemische, optische, elektrische, thermische und tribologische Eigenschaften, die durch Materialart, Mikrostruktur und das Herstellungsverfahren bestimmt werden.

Zu den wichtigsten Größen gehören Dicke und Dickeschwankungen, Oberflächenrauheit, Morphologie (Nanostruktur, Kristallhabit), Phasenlage (amorph, kristallin, texturiert) sowie Spannungen und Haftung an der Grenzfläche. Optische Eigenschaften umfassen Brechungsindex n, Extinktionskoeffizient k sowie Transmission, Reflexion und Absorption. Elektrische Eigenschaften umfassen Leitfähigkeit oder Widerstand, Dielektrizitätskonstante ε, Ladungsträgerdichte und Bandlücken bei Halbleitern. Mechanische Kennwerte umfassen Modul, Härte, Adhäsion und Spaltfestigkeit; thermische Eigenschaften schließen Wärmeleitfähigkeit, thermische Ausdehnung und Wärmekapazität ein. Chemische Beständigkeit beschreibt Stabilität gegenüber Umgebungsreaktionen, Diffusionsverhalten und Reaktivität.

Filme entstehen durch Abscheidungstechniken wie PVD, CVD, ALD, Sol-Gel, Spin-Coating oder Dünnfilmschicht-Beschichtungen. Die Wahl der Methode beeinflusst Struktur und Eigenschaften stark, zum Beispiel Porosität, Defektkonzentration und Textur. Mess- und Charakterisierungsmethoden umfassen Ellipsometrie, Röntgendiffraktion (XRD), Profilometrie, AFM, SEM/TEM, UV-Vis-Spektroskopie sowie Messungen der elektrischen Leitfähigkeit und Dielektrizität.

Typische Anwendungen liegen in der Halbleiter- und Mikrosystemtechnik, optischen Beschichtungen, Schutz- und Funktionsschichten (Korrosionsbarrieren, Diffusions- und Triboschutz), Sensorik, organischer Elektronik sowie in Energiespeicherung und -konversion. Die Filmeigenschaften sind stark abhängig von Substrat, Temperatur, Druck und Umgebung.