Entwicklung reproduzierbarer Indikatoren, Teil 2: Erste Erkenntnisse aus den Beschichtungsreihen I-III

von Nivin Alktash

Im Herbst-Winter 2020/21 wurden am HFT die neuartigen Indikatorplättchen entwickelt. Anstatt gängiger Reinmetalle kamen Glasträger zur Anwendung, die im Hohlkathodenverfahren (Gasflusssputtern) mit Silber und Kupfer sowie in einer einfachen Sputteranlage mit Blei beschichtet wurden.

Die erste Beschichtungsserie diente der Ermittlung verschiedener Grundparameter, wie Abscheidungsmodus, Leistung und Druck, Statik oder Dynamik. Zur Qualitätsbeurteilung wurde die Beschichtungsrate sowie die Stärke und Homogenität der Schichten mit einem Profilometer bestimmt. Die Messungen ergaben, dass sich eine dynamische Beschichtung, bei hoher Leistung am besten für die Herstellung von homogenen Schichtstärken eignet.

Ergebnisse des Tape-Tests an den Kupferproben -1 und -2

In einer zweiten Versuchsreihe wurden gleichbleibende Schichten von 100 nm unter Einfluss ähnlicher Parameter wie in Serie I produziert. In diesem Versuch sollte die Dichte und vor allem das Haftungsvermögen der Beschichtungen näher untersucht werden.

Zunächst wurde die Haftung mittels Tape-Test nach DIN EN ISO 2409 geprüft. Während die Bleiprobe eine gute Haftung aufweist, halten die Kupfer- und Silberproben sehr unterschiedlich. Insgesamt ergaben die Tests, dass gut haftende Schichten im Puls-Modus und durch dynamische Beschichtung hergestellt werden können. Auch die Dichtemessung per Röntgenreflektometrie (XRR) ergaben gute Ergebnisse. Die Kupferproben zeigten bereits dichte, homogene Schichten. Auch die Silberproben wiesen eine gute Dichte auf, ihre Homogenität war jedoch nicht eingrenzbar.

Eine mit Silber beschichtete Probe der dritten Versuchsreihe

Daher diente eine dritte Versuchsreihe der Optimierung und Untersuchung der Silberschichten, u.a. durch fein austarierte Änderungen der Leistung während des Abscheidungsprozesses. Erneute XRR-Messungen bestätigten, dass mit mittlerer Leistung dichtere und glattere Silberschichten erzeugt werden können. Hingegen verschlechterte sich die Dichte der Proben bei erhöhter oder stark reduzierter Leistung, auch werden die Proben rauer. Um die Homogenität der Schichten weiterführend zu untersuchen, ist eine ergänzende Betrachtung mit dem Rasterelektronenmikroskop (REM) geplant.

Nach Abschluss der Entwicklungsphase werden die Indikatoren in den nächsten Monaten auf Funktionalität geprüft. Sofern notwendig, können die Schichten danach weiter optimiert werden.