Hochrateabscheidung von SiOx- und ZnO-Schichten

Verfahren zur Schichtabscheidung mit hoher Rate mittels mikrowellenplasmaunterstützter chemischer Gasphasenabscheidung

Die plasmatechnologische Abscheidung von Schutzschichten auf Glas-, Metall- und insbesondere Kunststoffmaterialien ist in der Industrie von zunehmendem Interesse. Viele Abscheidungsprozesse werden jedoch den industriellen Anforderungen nach einer schnellen Prozesszeit und einer Skalierbarkeit auf große Substratflächen von mehreren m² nicht gerecht.

Aus diesem Grund wurde beim IGVP ein Verfahren zur Schichtabscheidung mit hoher Rate mittels mikrowellenplasmaunterstützter chemischer Gasphasenabscheidung (MW-PECVD) entwickelt. Das Ziel war hier vor allem die Beschichtung von Polycarbonat (PC) mit kratzfesten SiOx- und UV-absorbierenden ZnO-Schichten, um das empfindliche Material auch im Außenbereich, wie zum Beispiel in der Architektur oder im Automobilbereich, einsetzten zu können.

CD mit SiOx-Kratzschutzbeschichtung (links) und ohne (rechts).
CD mit SiOx-Kratzschutzbeschichtung (links) und ohne (rechts).

Zur Schichtabscheidung auf einer Fläche von 10*15 cm² wird ein Array aus 4 Duo-Plasmalines verwendet, welches ein Mikrowellenplasma mit hoher Dichte und großem Volumen erzeugt. Die gasförmigen Ausgangsstoffe (Hexamethyldisiloxan für SiOx und Diethylzink für ZnO) strömen während der Beschichtung jeweils zusammen mit Sauerstoff durch die Plasmazone, wo sie vom Mikrowellenplasma effektiv dissoziiert werden, und verbinden sich schließlich auf dem Substrat zu festen transparenten Schichten. Dabei können hohe Abscheideraten von bis zu 60 µm/min für SiOx und 700 nm/min für ZnO erreicht werden. Anhand der Beschichtungsparameter können die Schichteigenschaften hinsichtlich Transparenz, UV-Absorption, Abriebfestigkeit und Haftung optimiert werden. Auf diese Weise konnte ein Schichtaufbau aus SiOx und ZnO entwickelt werden, der den Kratz- und UV-Schutz von herkömmlichen Klarlacken auf Polycarbonat übertreffen kann.

Dank der guten Skalierbarkeit der Duo-Plasmaline konnte das Abscheideverfahren für SiOx zudem auf eine Substratfläche von 0,5 m² hochskaliert werden, wodurch auch großflächige Beschichtungen möglich sind. Die modular aufgebaute Anlage besteht aus zwei Seitenkammern und einer Beschichtungseinheit, welche mit 2 Duo-Plasmalines mit einer Länge von 60 cm sowie einer Gaszuführung ausgestattet ist. Während des Prozesses fährt das Substrat durch die Beschichtungseinheit hindurch und wird so kontinuierlich beschichtet. Es werden hierbei dynamische Abscheideraten von 3 µm*m/min erreicht, was den Prozess interessant für industrielle Anwendungen macht.

Neben dem Einsatz als Kratzschutzfunktion wurden die SiOx-Beschichtungen auch erfolgreich als Korrosionsschutzschichten, als elektrische Isolationsschichten sowie als Barriereschichten gegen Lösungsmittel erprobt.

REM-Aufnahme des Schichtsystems aus UV-absorbierendnem ZnO und kratzfestem SiOx für den Schutz von Polycarbonat.
REM-Aufnahme des Schichtsystems aus UV-absorbierendnem ZnO und kratzfestem SiOx für den Schutz von Polycarbonat.
Dr.

Stefan Merli

Wiss. Mitarbeiter, Plasmatechnologie

Dieses Bild zeigt  Matthias Walker
Dr.-Ing.

Matthias Walker

Verwaltungsleiter IGVP / Leiter, Plasmatechnologie

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