Oberflächenbedeckung

Oberflächenbedeckung, englisch surface coverage, bezeichnet den Anteil der Oberfläche, der durch eine adsorbierte Spezies, eine Beschichtung oder eine Monolage eingenommen wird. Sie wird üblicherweise als die dimensionslose Größe θ angegeben, definiert als Verhältnis der belegten Fläche zur Gesamtfläche der betrachteten Oberfläche. Der Begriff findet in mehreren Bereichen Anwendung, insbesondere in der Adsorption auf Feststoffen, der Abscheidung von Dünnschichten sowie in der Oberflächenchemie und -physik.

In der Adsorption beschreibt die Oberflächenbedeckung, wie stark eine Oberfläche durch Adsorbate besetzt ist. Bei der Adsorption gasförmiger Spezies an Festkörpern hängt θ von Druck, Temperatur und der Adsorptionskinetik ab. Isothermenmodelle wie Langmuir liefern eine einfache Beziehung θ = (K p)/(1+K p), wobei p der Gasdruck und K die Adsorptionskonstante ist. In Mehrkomponentensystemen gilt die Summe der Einzelbedeckungen θi ≤ 1, da verfügbare Adsorptionsstellen limitiert sind, was zu konkurrierender Adsorption führt.

In der Dünnschicht- und Beschichtungstechnik beschreibt die Oberflächenbedeckung, wie vollständig eine Substratoberfläche mit einer Beschichtung bedeckt ist. Vollständige Abdeckung (θ ≈ 1) ist oft erwünscht; unvollständige Abdeckung führt zu Defekten, die Eigenschaften wie Korrosionsschutz, elektrische Leitfähigkeit oder optische Durchlässigkeit beeinträchtigen. Faktoren wie Schichtdicke, Oberflächenrauheit, Benetzungsverhalten und Diffusion beeinflussen θ.

Die Bestimmung der Oberflächenbedeckung erfolgt durch verschiedene Analysen, z. B. Quarz-kristallmikrobalance (QCM), Ellipsometrie, Spektroskopie (z. B. XPS) oder Rastersondenmikroskopie (AFM/STM). Zusätzlich werden Kontaktwinkelmessungen und Langzeit-TPD-Experimente genutzt.

Anwendungsbereiche sind Katalyse, Sensorik, Korrosionsschutz, Oberflächenvorbehandlung, Halbleiter- und Beschichtungstechnik. Das Konzept dient der Quantifizierung von Deckung und Reaktionswahrscheinlichkeit sowie der Optimierung von Prozessparametern.