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 Folgeprojekts „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.
Prozess vorab simulieren
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.
Beide Verbundprojekte wurden bzw. werden vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) gefördert.
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 wurde bis Ende April vom BMBF im Bereich Plasmatechnik gefördert.
PluTO+ ist Anfang Oktober 2014 gestartet und wird bis Ende September 2017 im Rahmen der Initiative „Die Basis der Photonik: funktionale Oberflächen und Schichten“ gefördert. Der Verbund besteht aus vier Forschungsinstituten und acht Industriepartnern unter der Führung der Bühler Alzenau GmbH.
Projektpartner PluTO+
Bühler Alzenau GmbH
Applied Materials Web Coating GmbH
Cutting Edge Coatings GmbH
Fraunhofer-Institut für Angewandte Optik und Feinmechanik IOF
ESI Software GmbH
IMST GmbH
Laser Components GmbH
Laser Zentrum Hannover e.V.
Layertec GmbH
Leibniz-Institut für Plasmaforschung und Technologie e.V. (INP)
Robert Bosch GmbH
Ruhr-Universität Bochum (Lehrstühle AEPT, EST, HFS, TET)