Barriereschichten

Dünne Schichten mit verbesserten Barriere-Eigenschaften durch plasmaunterstützte Gasphasenabscheidung

Dünne Siliziumoxidschichten, mit einer Dicke im Bereich von einigen Nanometern bis zu einigen 100 nm, können durch plasmaunterstützte chemische Gasphasenabscheidung (PECVD) abgeschieden werden. Solche dünne Schichten besitzen bereits ähnliche makroskopische Eigenschaften wie Glas, u.a. optische Transparenz und elektrische Isolation. Zudem sind sie chemisch inert und schlecht durchlässig gegen viele Gase. Gleichzeitig bleiben sie jedoch flexibel und elastisch. Solche Beschichtungen können daher als Barrieren für ein breites Spektrum im Handel erhältlicher Verpackungsmaterialien verwendet werden.

Je nach Anwendung können dünne Barriereschichten auf Kunststoffen, schädliche Gase wie z.B. O2 vom Inhalt der Verpackung schützen oder die darin enthaltenen Aromen länger erhalten.

Empfindliche Nahrungsmittel und Medikamente müssen vor Gasen und Dämpfen geschützt werden, um ihre Lebensdauer zu verlängern. Bei Nahrungsmittel sollten deren Aromen außerdem möglichst lange in der Verpackung verbleiben. Kunststoffflaschen wie z.B. PET-Flaschen für Sprudelgetränke benötigen zudem eine Barriere, um auch Kohlendioxid im Inneren zu halten.

Elektrische Geräte wie Solarzellen und Leuchtdioden benötigen einen noch höheren Schutz gegen Sauerstoff und Wasserdampf und erfordern daher eine auf Barriereschichten und organischen Pufferschichten basierte Mehrschichtverkapselung.

Die Abscheidung solcher Barriereschichten erfolgt durch Plasmaprozesse bei niedrigem Druck. Als Präkursoren werden organische siliziumhaltige Moleküle wie z.B. Hexamethyldisiloxan (HMDSO) verwendet. Dieses Monomer ist relativ preiswert,  nicht toxisch, nicht explosionsgefährlich und kann relativ leicht verdampft werden. Die Optimierung der Plasmabetriebsparameter und die Auswahl der weiteren gasförmigen Reaktanten wie z.B. O2 ermöglichen die Abscheidung von Schichten mit der gewünschten chemischen Zusammensetzung, Dicke und physikalischen Eigenschaft.

Beispiele für im Handel erhältliche Produkte, die eine Barrierebeschichtung benötigen: a) Plastikflaschen, b) Arzneimittelverpackungen, c) flexible Dünnschichtsolarzellen, d) organische Leuchtdioden (OLEDs).
 

Mariagrazia Troia M. Sc.

Doktorand, Plasmatechnologie

Dieses Bild zeigt Matthias Walker
Dr.-Ing.

Matthias Walker

Verwaltungsleiter IGVP / Leiter, Plasmatechnologie

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