Der Prozess der plasmaunterstützten Aluminiumbedampfung und die Eigenschaften dadurch hergestellter Schichten

Günther, Steffen GND

This thesis deals with the investigation of a combination of analuminium evaporation and an additional plasma enhancement for thecoating of polymer webs. The plasma will be delivered by a hollowcathode arc discharge. Caused by the interaction of the plasma withthe aluminium vapour the aluminium particles will be ionised throughelectron impact and Penning-processes. The ionisation causea change in the scattering behaviour of the aluminium particles andthis yields a decreased coating rate. At the same time theintroduced energy during the layer growth increased through kineticand recombination effects of the ions. Changes of the growing layersand their properties happen. Caused by decreased grain size in the plasma enhanced coated layersthe electrical conductivity decrease. In contrast the opticalproperties are mostly unaffected. With regard to the permeant thepermeation through the layer will be affected differential. Thepermeation of water vapour will be changed only slightly. Thepermeation of oxygen instead will be decreased by 50%. With asimple model of the layer growth the different effect of the plasmaenhancement to the permeation was investigated. It could be shownthat the different permeants need different sizes of defects topermeate through the layer. The amount of bigger defects whichoxygen is used is decreased effectively by plasma enhancedevaporation. But the influence to smaller defects which areimportant for water vapour permeation is low. The properties of the layers made by evaporation were contrast withthat of sputtered layers. Important differences were shown inelectrical and permeation properties. Coated by evaporation withoutplasma enhancement the electrical conductivity is the highest. Thepermeation at thicker layers is smaller for sputtered layers foroxygen and water vapour too. But at thin layers the permeation ofoxygen is smaller for layers made by plasma enhanced evaporation.

Diese Arbeit befasst sich mit der Untersuchung eines Kombinationsprozesses, bestehend aus einer Aluminiumverdampfung und einer zusätzlichen Plasmaunterstützung zur Bandbeschichtung vonKunststofffolie. Als Plasmaquelle kommt dabei eineHohlkathodenbogenentladung zum Einsatz. Auf Grund der Interaktiondes Plasmas mit dem Aluminiumdampf werden Aluminiumteilchen vorrangig durch Elektronenstoß und Penning-Prozesseionisiert. Die Ionisation bewirkt ein verändertes Streuverhalten der Al-Teilchen und bedingt eine Abnahme der Beschichtungsrate. Gleichzeitig steigt der Energieeintrag während der Schichtbildungdurch die kinetische und Rekombinationsenergie der Ionen. Dieser Energieeintrag bewirkt Veränderungen innerhalb der aufwachsenden Schicht, welche sich auf diverse Schichteigenschaften auswirken. Auf Grund geringerer Korngrößen innerhalb der plasmaunterstützt aufgedampften Schichten verringert sich deren elektrische Leitfähigkeit. Ihre optischen Eigenschaften bleiben dagegen weitestgehend unbeeinflusst. In Abhängigkeit vom jeweiligen Permeenten wird dessen Permeation durch die Schichten unterschiedlich durch die Plasmaunterstützung beeinflusst. Währenddie Permeation von Wasserdampf kaum verändert wird, reduziert sich diejenige von Sauerstoff um ca. 50%. Mittels eines einfachen Modells des Schichtwachstums wurde diese unterschiedliche Wirkungder Plasmaunterstützung auf die Permeation näher untersucht. Es stellte sich heraus, dass für die unterschiedlichen Permeenten unterschiedliche Defektgrößen maßgeblich sind. Die Anzahl größerer Defekte, durch die Sauerstoff permeieren kann, wird durch die Plasmaunterstützung effektiv verringert. Der Einfluss auf die für den Wasserdampf wichtigen kleinen Defekte ist dagegen gering. Zum Vergleich wurden die Eigenschaften der bedampften Proben denen gesputterter gegenübergestellt. Die wichtigsten Unterschiede betreffen die elektrischen und die Permeationseigenschaften. Ohne eine Plasmaunterstützung aufgedampfte Schichten zeigen die höchste elektrische Leitfähigkeit. Die gesputterten Schichten weisen ähnliche Werte wie die plasmaunterstützt aufgedampften auf. Die Permeation von Gasen und Dämpfen wird zumindest für dickere Schichten durch die gesputterten Schichten besser verhindert. Für Sauerstoff zeigen dünne Schichten plasmaunterstützt bedampfter Proben die geringsten Permeationen.

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Günther, Steffen: Der Prozess der plasmaunterstützten Aluminiumbedampfung und die Eigenschaften dadurch hergestellter Schichten. 2007.

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