Herstellung reproduzierbarer Indikatorplättchen mittels Dünnschicht-Technologie
von Prof. Dr. Bernd Szyszka, TU Berlin
Mit Plasmaverfahren können Schichten mit hervorragenden mechanischen, elektrischen, optischen und chemischen Eigenschaften hergestellt werden. Das betrifft solche aus hochschmelzenden anorganischen Verbindungen, wie viele Oxide, Nitride und Karbide, aber auch Metallisierungen. Da die Herstellungskosten jedoch aufgrund teurer Anlagen und mäßiger Produktivität recht hoch sind, ist das Anwendungsfeld im Vergleich zu anderen Beschichtungstechniken eingeschränkt. Das gilt beispielsweise für große Halbzeuge oder Bauteile, Bauteile mit geringem Grundpreis sowie für dickere Schichten (≥ 10 µm).
Wichtigstes Ziel aktueller Forschungen zum Hohlkathodenverfahren ist eine deutliche Senkung der Schichtherstellungskosten, vor allem durch eine hohe Schichtabscheidegeschwindigkeit und Verzicht auf Hochvakuum. Dabei steht das Gasflusssputtern (GFS) bisher im Vordergrund. Die Schichteigenschaften sind meist vergleichbar mit denen aufgestäubter Schichten. Das 3D-Verhalten des Verfahrens zeigt aufgrund des strömungsbestimmten Materialtransportes sowohl Merkmale von PVD- als auch von CVD-Prozessen.
Im Projekt MAT-CH 2.0 wird die Technologie eingesetzt, um reproduzierbare Indikatorplättchen zu fertigen. Hier spielt das Korrosionsverhalten der Ag-, Pb- und Cu-Schichten eine entscheidende Rolle. Bisher eingesetzte Indikatoren aus Reinmetall weisen oftmals Grenzen auf bzw. sind stark vom Operator abhängig. Durch die definierte Herstellung von im Vakuum-Plasmaprozess produzierten Indikatoren wird eine deutliche Verbesserung ihrer Reproduzierbarkeit (und somit des Testverfahrens MAT-CH) sowie eine vereinfachte Auswertung der Testergebnisse erwartet.
Technologie des Hohlkathoden-Gasflusssputterns
Das Verfahren des Hohlkathoden-Gasflusssputterns wurde ursprünglich entwickelt, um supraleitende Beschichtungen im semiindustriellen Maßstab zu fertigen. Anders als herkömmliche Magnetron-Sputterverfahren arbeitet diese Methode bei deutlich höheren Prozessdrucken im mbar Bereich. Auf der Innenseite des rohrförmigen Targets wird eine Hohlkathoden-Glimmentladung in Argon gezündet, was zur Erosion der Targetoberfläche infolge des Sputterprozesses führt. Das gesputterte Targetmaterial wird über die erzwungene Konvektion im Argonstrom in Richtung Substrat transportiert und schlägt sich dort als Dünnschichtsystem nieder.
Anwendung des Hohlkathoden-GFS im Projekt MAT-CH 2.0
In der ersten Phase des Projekts MAT-CH 2.0 wird untersucht, inwiefern die homogene und reproduzierbare Beschichtung einzelner Substrate im Format 40 x 50 qmm möglich ist. Hierbei werden diverse Parameter des Prozesses, u.a. Dynamik, Leistung, DC-Puls und Druck, hinsichtlich der Erzeugung geeigneter Schichtstärken auf den Indikatoren eruiert.
Die Methode des Hohlkathoden-Gasflusssputterns bietet vielfältige Ansatzmöglichkeiten für die Verwendung im beschleunigten Korrosionstest nach Oddy. Weitere Projektschritte umfassen vergleichende Untersuchungen, um die Eigenschaften der reproduzierbaren Indikatorplättchen mit den bewährten Indikatoren aus Reinmetall gegenüberzustellen.
