Hochrateabscheidung von SiOx- und ZnO-Schichten

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 SiO_x- und UV-absorbierenden ZnO-Schichten, um das empfindliche Material auch im Außenbereich, wie zum Beispiel in der Architektur oder im Automobilbereich, einsetzten zu können.

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 SiO_x 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 SiO_x 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 SiO_x 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 SiO_x 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 SiO_x-Beschichtungen auch erfolgreich als Korrosionsschutzschichten, als elektrische Isolationsschichten sowie als Barriereschichten gegen Lösungsmittel erprobt.