Was sind Dünnschichtlacke?
Dünnfilmbeschichtungen sind extrem dünne Materialschichten, die auf der Oberfläche des Substrats angeordnet sind. Ihre Dicke kann von einigen Mikrometern oder Millionsteln eines Meters bis zu weniger als 1 Nanometer oder einem Milliardstel eines Meters variieren. Dünnfilmbeschichtungen können aus verschiedenen Substanzen hergestellt werden, einschließlich Silizium, Keramik und Galliumarsenid. Sie werden üblicherweise in optischen Geräten wie Photovoltaikzellen zur Solarenergieerzeugung, für Bauteile für die Elektronik sowie in Werkzeugen und anderen Geräten verwendet, die eine Widerstandsfähigkeit gegen Oberflächenschäden erfordern.
Die Zusammensetzung einer Dünnschichtbeschichtung hängt von ihrem Verwendungszweck ab. Dünnfilmbeschichtungen, die in Photovoltaikzellen zur Erzeugung von Sonnenenergie verwendet werden, bestehen aus Halbleitermaterialien wie Silizium und Galliumarsenid. Diese Materialien können Energie aus Licht in elektrischen Strom umwandeln, wenn einfallende Lichtphotonen die Elektronen des Halbleitermaterials auf ein höheres Energieniveau anregen. Diese Beschichtungen werden auch in der Elektronik verwendet, beispielsweise in integrierten Schaltkreisen.
Halbleiter-Dünnfilme werden häufig in einer Reihe von Schichten mit unterschiedlichen chemischen Zusammensetzungen aufgebracht, um die Eigenschaften des Films zu beeinflussen. Diese Schichten können unglaublich dünn sein, und einige Dünnfilmbeschichtungen haben Schichten, die nur ein Atom dick sind. So kann eine Dünnschichtbeschichtung auf kleinstem Raum eine komplexe innere Struktur aus unterschiedlichen Schichten enthalten.
Dünnschichtkeramiken werden in Anwendungen eingesetzt, die verschleißfeste oder korrosionsbeständige Materialien erfordern. Schneidwerkzeuge können beispielsweise eine sehr lange Lebensdauer haben, wenn sie mit einer dünnen Keramikaußenschicht auf der Schneidkante versehen sind, um den Rest der Klinge vor Verschleiß zu schützen. Geräte, die reaktive Chemikalien wie Brennstoffzellen verwenden, können aufgrund der relativen chemischen Inertheit des Keramikfilms Dünnschichtkeramik verwenden, um diese zu enthalten.
Andere Verwendungen von Dünnfilmbeschichtungen umfassen wiederaufladbare Lithiumbatterien, die mit einer Kathode hergestellt werden können, die aus einem dünnen Film aus Lithium und Metalloxiden besteht, um Batterien herzustellen, die viel weniger sperrig und flexibler als herkömmliche Batterien sind. Spiegel enthalten einen dünnen Metallfilm, der normalerweise aus Aluminium in modernen Spiegeln besteht, hinter Glas, um eine reflektierende Oberfläche zu erzeugen. Dünne Aluminiumfilmbeschichtungen werden auch zum Verpacken vieler moderner Konsumgüter, insbesondere von Lebensmitteln, verwendet, um die Haltbarkeit verderblicher Güter zu erhöhen und die Verpackung glänzender und auffälliger zu machen. Aluminiumfolien werden auch als Isolierung verwendet, insbesondere für Anwendungen, die Flexibilität und Mobilität erfordern, und sie werden beispielsweise in Raumanzügen, Feuerwehrschutzausrüstungen und Notfall-Isolierdecken für Schockopfer verwendet.
Dünnfilmbeschichtungen werden auf eine Oberfläche durch eine von mehreren Techniken aufgebracht, die zusammen als Dünnfilmabscheidung bezeichnet werden. Die meisten dieser Verfahren werden entweder als chemische Abscheidung bezeichnet, bei der der Dünnfilm durch eine chemische Reaktion zwischen der Oberfläche und einem als Vorläufer bezeichneten Fluid aufgebracht wird, oder als physikalische Abscheidung, bei der der Film auf mechanischem, thermischem oder elektrischem Wege aufgebracht wird . Verfahren zur chemischen Abscheidung umfassen Plattieren, bei dem eine flüssige Vorläuferlösung verwendet wird, die gelöste Metallionen enthält, und chemische Dampfabscheidung, bei der die Oberfläche mit gasförmigen Verbindungen reagiert.
Die physikalischen Abscheidungsverfahren werden in einer Vakuumkammer durchgeführt, die das Substrat und die Substanz enthält. Die Partikel der letzteren werden durch verschiedene Mittel wie Erhitzen, Laserpulse oder Lichtbögen abgestoßen, wodurch ein Dampf entsteht, der auf dem Substrat einen Film bildet. Es gibt auch Methoden, die sowohl physikalische als auch chemische Prozesse verwenden und in keine Kategorie passen, wie beispielsweise reaktives Sputtern und Molekularstrahlepitaxie.