Funktionsschichtbildung

Funktionsschichtbildung bezeichnet die gezielte Bildung dünner Schichten auf einem Träger, die spezifische Eigenschaften vermitteln oder Funktionen ermöglichen. Typische Funktionen umfassen chemische Stabilität, elektrische oder optische Eigenschaften, Korrosionsschutz, Biokompatibilität oder tribologische Eigenschaften.

Die Schichten entstehen durch Abscheidung, Reaktion oder Selbstorganisation. Zu den gängigen Verfahren gehören chemische Dampfphasenabscheidung (CVD), physikalische Dampfphasenabscheidung (PVD), elektrochemische Abscheidung, Sol-Gel-Prozesse sowie Schicht-auf-Schicht-Aufbau oder Selbstorganisierte Monoschichten (SAMs). Die Schichtstruktur kann amorph, kristallin oder epitakt sein.

Typische Materialien sind Oxide, Nitride, Carbide, Metall-Polymer-Verbindungen, keramische Schichten sowie funktionale Polymerbeschichtungen. Beispiele: Al2O3, TiN, SiO2, Hydroxyapatit für Biokompatibilität, leitfähige Polymere und organische Semiconductoren.

Typische Dickenreihen reichen von wenigen Nanometern bis mehreren Mikrometern. Wesentliche Einflussgrößen sind Substratkompatibilität, Temperatur, Umgebungsbedingungen, Deposition-Parameter und Vorbehandlung. Wichtige Eigenschaften sind Haftung, chemische Stabilität, elektrische Leitfähigkeit, optische Eigenschaften, Härte und Biokompatibilität.

Anwendungsgebiete finden sich in der Mikroelektronik, Optik, Sensorik, Korrosionsschutz, Energiespeicherung, Katalyse und Medizintechnik.

Die Schicht wird durch Analyse der Dicke, Zusammensetzung und Struktur bewertet. Methoden umfassen XPS, SIMS, Ellipsometrie, AFM, TEM, SEM sowie mechanische Tests. Die Eigenschaften der Grenzflächen sind oft maßgeblich für die Funktion.

Herausforderungen sind Adhäsion, Spannungen, Diffusion an Grenzflächen, Reproduzierbarkeit und Skalierbarkeit. Umweltaspekte und Kosten beeinflussen die Praxis. In der Forschung zielt Funktionsschichtbildung auf maßgeschneiderte Oberflächen für konkrete Anwendungen.