IBS-Prozesse zukünftig aktiv regeln

20.03.2015
Foto: Blick ins Innere einer Beschichtungsanlage

IBS-Prozess mit zwei Ionenquellen in Betrieb; © Laser Zentrum Hannover e.V.

Ob Brillengläser oder Optiken für Laser oder Teleskope, hochpräzise und stabile Oberflächenbeschichtungen sind für viele Anwendungen unverzichtbar. Das Projekt PluTO konnte ein grundlegendes Verständnis der plasmabasierten Beschichtung schaffen.

Im Rahmen des Projekts PluTO+ sollen diese Ergebnisse nun in die industrielle Anwendung übertragen werden. Das Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH) befasst sich dabei mit der Regelung der Ionenstrahl-Zerstäubung (Ion Beam Sputtering, IBS).

Bisher konnten IBS-Prozesse, anders als zum Beispiel Magnetron-Prozesse, nur mit materialspezifischen, festen Parametersätzen ohne eine Online-Regelung gesteuert werden. Das Detailverständnis für den Einfluss von Plasmakenngrößen fehlte.

Daher untersuchte die Gruppe Prozessentwicklung im Rahmen des Verbundprojekts PluTO (Plasma und optische Technologien), wie ein IBS-Beschichtungsprozess genau abläuft. So ist es ihnen beispielsweise gelungen, Ionen des abgestäubten Materials getrennt von denen des Hintergrundplasmas zu quantifizieren.

Des Weiteren konnten sie die reaktiven Prozesse an der Targetoberfläche im Detail analysieren. Mit diesem Wissen können sie nun neue Strategien erarbeiten, um die Qualität, Reproduzierbarkeit und Ausbeute der IBS-Prozesse entscheidend zu verbessern.

Zudem entwickelten die Wissenschaftler ein neues, vielseitiges Werkzeug, mit dem sie die Schichtkondensation beschreiben können. Mit diesem lässt sich der Prozessablauf auf atomarer Ebene simulieren, um in Zukunft die Parameter für reelle Prozesse den Anforderungen entsprechend anpassen zu können, beispielsweise an die Stöchiometrie, Dichte oder Rauheit der Schichten.

Im nun gestarteten Nachfolgeprojekt PluTO+ sollen die Erkenntnisse aus PluTO in die Industrie übertragen werden. Das LZH erarbeitet dafür Regelungsketten für den IBS-Prozess.

In Kombination mit einer neuartigen Plasmadiagnostik wäre es dann möglich, den Verlauf eines Prozesses online zu verfolgen, Vorhersagen zu treffen und entsprechend in diesen einzugreifen. Damit sollen die Beschichtungsprozesse präziser, stabiler, schneller und somit auch günstiger werden.

Im Verbundprojekt PluTO arbeiteten fünf Forschungseinrichtungen auf den Gebieten der Plasmatechnologie und der optischen Dünnschichttechnik daran, grundlegende Kenntnisse über die plasmagestützten Beschichtungsprozesse zu gewinnen.

Der PluTO+ Verbund besteht aus vier Forschungsinstituten und acht Industriepartnern unter der Führung der Bühler Alzenau GmbH. Sowohl PluTO als auch PluTO+ wurden bzw. werden vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) gefördert.

COMPAMED.de; Quelle: Laser Zentrum Hannover e.V.

Mehr über das Laser Zentrum Hannover e.V. unter: www.lzh.de