DE102022204735A1 - Process for the nanostructuring of glass surfaces, glass produced thereby and its use - Google Patents
Process for the nanostructuring of glass surfaces, glass produced thereby and its use Download PDFInfo
- Publication number
- DE102022204735A1 DE102022204735A1 DE102022204735.4A DE102022204735A DE102022204735A1 DE 102022204735 A1 DE102022204735 A1 DE 102022204735A1 DE 102022204735 A DE102022204735 A DE 102022204735A DE 102022204735 A1 DE102022204735 A1 DE 102022204735A1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- glass
- etching
- procedure according
- nanostructuring
- until
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Ceased
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 58
- 239000011521 glass Substances 0.000 title claims abstract description 51
- 238000005530 etching Methods 0.000 claims abstract description 52
- 238000001312 dry etching Methods 0.000 claims abstract description 7
- 239000012159 carrier gas Substances 0.000 claims description 11
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 9
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 239000005357 flat glass Substances 0.000 claims description 8
- 239000005388 borosilicate glass Substances 0.000 claims description 6
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000005329 float glass Substances 0.000 claims description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 3
- 239000005361 soda-lime glass Substances 0.000 claims description 3
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 claims description 2
- 238000010924 continuous production Methods 0.000 claims description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 21
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 10
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 8
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 7
- 238000001878 scanning electron micrograph Methods 0.000 description 6
- KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N Fluorane Chemical compound F KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 4
- 238000005488 sandblasting Methods 0.000 description 4
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 4
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 4
- 235000012431 wafers Nutrition 0.000 description 4
- YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N Fluorine atom Chemical compound [F] YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000006117 anti-reflective coating Substances 0.000 description 3
- 229910021419 crystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 229910052731 fluorine Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000011737 fluorine Substances 0.000 description 3
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 description 3
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 3
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 description 3
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000003667 anti-reflective effect Effects 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 2
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 2
- 239000008393 encapsulating agent Substances 0.000 description 2
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 2
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000000873 masking effect Effects 0.000 description 2
- 238000001020 plasma etching Methods 0.000 description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 2
- 238000002834 transmittance Methods 0.000 description 2
- 239000002351 wastewater Substances 0.000 description 2
- 238000001039 wet etching Methods 0.000 description 2
- BUHVIAUBTBOHAG-FOYDDCNASA-N (2r,3r,4s,5r)-2-[6-[[2-(3,5-dimethoxyphenyl)-2-(2-methylphenyl)ethyl]amino]purin-9-yl]-5-(hydroxymethyl)oxolane-3,4-diol Chemical compound COC1=CC(OC)=CC(C(CNC=2C=3N=CN(C=3N=CN=2)[C@H]2[C@@H]([C@H](O)[C@@H](CO)O2)O)C=2C(=CC=CC=2)C)=C1 BUHVIAUBTBOHAG-FOYDDCNASA-N 0.000 description 1
- LGPPATCNSOSOQH-UHFFFAOYSA-N 1,1,2,3,4,4-hexafluorobuta-1,3-diene Chemical compound FC(F)=C(F)C(F)=C(F)F LGPPATCNSOSOQH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-M Fluoride anion Chemical compound [F-] KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 239000005328 architectural glass Substances 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000004313 glare Effects 0.000 description 1
- WMIYKQLTONQJES-UHFFFAOYSA-N hexafluoroethane Chemical compound FC(F)(F)C(F)(F)F WMIYKQLTONQJES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- QPJSUIGXIBEQAC-UHFFFAOYSA-N n-(2,4-dichloro-5-propan-2-yloxyphenyl)acetamide Chemical compound CC(C)OC1=CC(NC(C)=O)=C(Cl)C=C1Cl QPJSUIGXIBEQAC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- QYSGYZVSCZSLHT-UHFFFAOYSA-N octafluoropropane Chemical compound FC(F)(F)C(F)(F)C(F)(F)F QYSGYZVSCZSLHT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229960004065 perflutren Drugs 0.000 description 1
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 1
- 238000012805 post-processing Methods 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 230000002265 prevention Effects 0.000 description 1
- 238000007788 roughening Methods 0.000 description 1
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 1
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 1
- TXEYQDLBPFQVAA-UHFFFAOYSA-N tetrafluoromethane Chemical compound FC(F)(F)F TXEYQDLBPFQVAA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000010792 warming Methods 0.000 description 1
- 238000009736 wetting Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
- C03C15/00—Surface treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by etching
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B7/00—Halogens; Halogen acids
- C01B7/19—Fluorine; Hydrogen fluoride
- C01B7/20—Fluorine
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/02—Details
- H01L31/0236—Special surface textures
- H01L31/02366—Special surface textures of the substrate or of a layer on the substrate, e.g. textured ITO/glass substrate or superstrate, textured polymer layer on glass substrate
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/04—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
- H01L31/042—PV modules or arrays of single PV cells
- H01L31/048—Encapsulation of modules
Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Nanostrukturierung von Glasoberflächen durch plasmafreies trockenes Ätzen, wobei als Ätzmittel gasförmiges F2eingesetzt wird. Zudem betrifft die Erfindung mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Glase sowie deren Verwendung in entsprechenden Anwendungen.The invention relates to a method for nanostructuring glass surfaces by plasma-free dry etching, using gaseous F2 as the etching agent. The invention also relates to glasses produced using the method according to the invention and their use in corresponding applications.
Description
Die Erfindung betrifft Verfahren für die Nanostrukturierung von Glasoberflächen durch plasmafreies Trockenätzen zur Verbesserung der optischen Eigenschaften wie Verringerung der Reflexionen bzw. Erhöhung der Photonendurchlässigkeit des Glases. Die Erfindung betrifft zudem mit dem erfindungsgemäßen Verfahren behandelte Gläser, sowie daraus hergestellte Produkte.The invention relates to methods for the nanostructuring of glass surfaces by plasma-free dry etching to improve the optical properties such as reducing reflections or increasing the photon permeability of the glass. The invention also relates to glasses treated with the method according to the invention, as well as products made therefrom.
Glasflächen weisen auf Grund ihrer Herstellungsverfahren regelmäßig sehr glatte Oberflächen auf. Diese glatten Oberflächen führen zu verhältnismäßig hoher Reflexion und dadurch beim Einsatz als Architekturglas zu möglicher Blendung, was einerseits zu unangenehmen Nebeneffekten in der Umgebung führen kann, andererseits aber auch zu einer Verminderung der Effizienz bei der technischen Anwendung des Flachglases, beispielswiese bei Solarmodulen.Due to the manufacturing process, glass surfaces regularly have very smooth surfaces. These smooth surfaces lead to a relatively high level of reflection and therefore possible glare when used as architectural glass, which on the one hand can lead to unpleasant side effects in the environment, but on the other hand can also lead to a reduction in the efficiency of the technical application of the flat glass, for example in solar modules.
Um die Reflexion der Glasflächen zu verringern und gleichzeitig die Transmission zu erhöhen (beispielsweise bei Bildschirmen, Fenstern, Einrichtungsglaselementen für Bäder oder Büroeinrichtungen oder Solarmodule), wird bekanntermaßen eine Oberflächenstrukturierung eingesetzt. Dazu kommen im Stand der Technik neben dem Auftragen von Antireflexbeschichtungen und dem Sandstrahlen der Oberflächen auch Ätzverfahren zum Einsatz.In order to reduce the reflection of the glass surfaces and at the same time increase the transmission (for example in screens, windows, furnishing glass elements for bathrooms or office facilities or solar modules), surface structuring is known to be used. In addition to applying anti-reflective coatings and sandblasting the surfaces, etching processes are also used in the state of the art.
Beim Einsatz von Antireflexbeschichtungen kommen auf Grund des geringen Brechungsindexes des Glases im sichtbaren und NIR-Bereich nur wenige Materialien für die Beschichtung in Betracht. Die Reflexion mit Hilfe einer Antireflexbeschichtung kann auch nur bei bestimmten Wellenlängen und bei bestimmten Lichteinfallswinkeln wirksam verringert werden. Beim Sandstrahlen besteht immer die Gefahr struktureller oder mechanischer Beschädigungen der Glasoberflächen. Zudem ist die Oberflächenaufrauung beim Sandstrahlen so grob, dass ein wirksames Verhindern der Reflexion im UV-, sichtbaren und NIR-Bereich nicht wirksam erzielt werden kann. Allgemein ist es wünschenswert, eine Oberflächenstrukturierung mit Porengrößen im oder unter dem Wellenlängenbereich von UV-, sichtbarem und NIR-Licht zu erhalten, beispielsweise in einem Bereich von 200 nm bis 1200 nm.When using anti-reflective coatings, only a few materials can be considered for the coating due to the low refractive index of the glass in the visible and NIR range. The reflection with the help of an anti-reflective coating can only be effectively reduced at certain wavelengths and at certain angles of light incidence. When sandblasting there is always the risk of structural or mechanical damage to the glass surfaces. In addition, the surface roughening during sandblasting is so coarse that effective prevention of reflection in the UV, visible and NIR ranges cannot be achieved effectively. In general, it is desirable to obtain a surface structuring with pore sizes in or below the wavelength range of UV, visible and NIR light, for example in a range from 200 nm to 1200 nm.
Bei den bekannten industriellen Nassätzverfahren kommen normalerweise Ätzbäder mit Flusssäure (HF) zum Einsatz, wodurch die Anwendung umständlich ist und zu hohen Kosten bei der Abwasserentsorgung führt.The known industrial wet etching processes usually use etching baths with hydrofluoric acid (HF), which makes the application cumbersome and leads to high wastewater disposal costs.
In Trockenätzverfahren werden bevorzugt Plasma-aktivierte perfluorierte Kohlenwasserstoffe wie Tetrafluormethan (CF4), Hexafluorethan (C2F6), Perfluorpropan (C3F8), Perfluorbutadien (C4F6) oder perfluorierte Aromaten eingesetzt. Dabei können auch Strukturen im UV-, sichtbaren und NIR-Wellenlängenbereich erzielt werden. Allerdings verursacht die Verwendung perfluorierter Kohlenwasserstoffe wegen des hohen Treibhauspotentials dieser Verbindungen einen hohen Klimaimpakt bei der Anwendung dieser Technologie. Beispielsweise hat die Abgabe von 1 g SF6 einen gleichwertigen Treibhauseffekt von 23.500 kg CO2. Zudem erfordert der Einsatz des Ätzverfahrens unter Plasmabedingungen einen komplexen Anlagenaufbau, und eine Maskierung der Glasfläche mit komplexen Substraten ist erforderlich, wenn Nanostrukturierung der Oberfläche erzielt werden soll (
Trockenätzverfahren mit Plasma-aktivierten perfluorierten Kohlenwasserstoffen kommen auch beim Ätzen von Silicium-Wafern zum Einsatz. Für diese Anwendung ist auch plasmafreies Ätzen mit Fluorgas (F2) eingesetzt worden (
Der Stand der Technik stellt sich somit als Problem dar.The state of the art therefore presents a problem.
Die oben genannten Nachteile werden entsprechend der vorliegenden Erfindung gemäß den anliegenden Ansprüchen beseitigt. Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Nanostrukturierung von Glasoberflächen zur Verbesserung der optischen Eigenschaften und/oder zur Anpassung des Benetzungsverhaltens. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung finden sich in den Unteransprüchen.The above-mentioned disadvantages are eliminated according to the present invention according to the appended claims. The subject of the present invention is a method for nanostructuring Treatment of glass surfaces to improve the optical properties and/or to adapt the wetting behavior. Advantageous developments of the invention can be found in the subclaims.
In einer Ausführungsform stellt die Erfindung ein Verfahren für die Nanostrukturierung von Glasoberflächen durch plasmafreies trockenes Ätzen bereit. Dabei wird als Ätzmittel Fluorgas (F2) eingesetzt. Vorteilhaft hierbei ist, dass F2 klimaneutral und kommerziell verfügbar ist, und durch die Bildung von Nanostrukturen an den Glasoberflächen eine Verringerung der Reflexion bzw. Erhöhung der Transmission erzielt werden kann.In one embodiment, the invention provides a method for nanostructuring glass surfaces by plasma-free dry etching. Fluorine gas (F 2 ) is used as the etching agent. The advantage here is that F 2 is climate-neutral and commercially available, and a reduction in reflection or an increase in transmission can be achieved through the formation of nanostructures on the glass surfaces.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird das Verfahren auf Glasoberflächen von Kalk-Natron-Glas oder Borosilicat-Glas angewandt. Es hat sich gezeigt, dass bei diesen Glasarten das Verfahren besonders effizient funktioniert.In a preferred embodiment, the method is applied to glass surfaces of soda-lime glass or borosilicate glass. It has been shown that the process works particularly efficiently with these types of glass.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kommt das Verfahren bei Flachglas, insbesondere Floatglas zur Anwendung. In diesem Fall ist die Bearbeitung in Ätzstraßen besonders einfach und die Verbesserung der optischen Eigenschaften in vielen Fällen gewünscht.In a further preferred embodiment, the method is used for flat glass, in particular float glass. In this case, processing in etching lines is particularly easy and improving the optical properties is desirable in many cases.
In einer weiteren Ausführungsform kommt bei dem Verfahren pures F2 oder eine Mischung aus F2 mit einem Trägergas als Ätzgas zum Einsatz. Geeignete Trägergase wie Stickstoff oder Argon sind dem Fachmann bekannt. Der Volumenanteil von F2 in der F2/Trägergas-Mischung kann von 1 % bis 99 % betragen, z.B. von 10 % bis 90 %, von 20 % bis 80 %, von 30 % bis 70 % oder von 40 % bis 60 %. In einigen Ausführungsformen kann der Volumenanteil von F2 in der Mischung aus F2 mit einem Trägergas etwa 20 %, etwa 30 %, etwa 40 %, etwa 50 % oder etwa 60 % betragen. Es hat sich herausgestellt, dass das Verfahren sehr flexibel ist und je nach Anforderungen im Einzelfall bezüglich der Strukturierungstiefe entsprechend angepasst werden kann.In a further embodiment, pure F 2 or a mixture of F 2 with a carrier gas is used as the etching gas in the process. Suitable carrier gases such as nitrogen or argon are known to those skilled in the art. The volume fraction of F 2 in the F 2 /carrier gas mixture can be from 1% to 99%, for example from 10% to 90%, from 20% to 80%, from 30% to 70% or from 40% to 60% . In some embodiments, the volume fraction of F 2 in the mixture of F 2 with a carrier gas may be about 20%, about 30%, about 40%, about 50%, or about 60%. It has turned out that the process is very flexible and can be adapted accordingly depending on the requirements of the individual case in terms of the structuring depth.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das Verfahren ein kontinuierliches Verfahren, bei dem die zu ätzende Glasoberfläche mit konstanter Geschwindigkeit durch einen abgegrenzten Ätzbereich geführt wird. Dabei kann beispielsweise eine Flachglasscheibe durch einen abgegrenzten Ätzbereich geführt werden, in dem F2, bzw. eine F2/Trägergas-Mischung auf die Glasoberfläche angewandt werden kann, sodass eine gleichmäßige Strukturierung der Oberfläche entsteht. Durch Einstellen unterschiedlicher Parameter, wie Geschwindigkeit, Temperatur, Länge des Ätzbereichs, Konzentration und Flussgeschwindigkeit von F2 kann das Verfahren auf die gewünschte Nanostrukturierung und je nach Glasart eingestellt werden. Solche Ätzstraßen sind dem Fachmann aus der Bearbeitung von Silicium-Wafern bekannt und die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist einfach und flexibel anpassbar.In a further preferred embodiment, the process is a continuous process in which the glass surface to be etched is guided through a delimited etching area at a constant speed. For example, a sheet of flat glass can be guided through a defined etching area in which F 2 or an F 2 /carrier gas mixture can be applied to the glass surface, so that a uniform structuring of the surface is created. By setting different parameters, such as speed, temperature, length of the etching area, concentration and flow rate of F 2 , the process can be adjusted to the desired nanostructuring and depending on the type of glass. Such etching lines are known to those skilled in the art from the processing of silicon wafers and the application of the method according to the invention can be easily and flexibly adapted.
In einer weiteren Ausführungsform ist das Verfahren ein maskenloses Verfahren. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren entfällt die Notwendigkeit des aufwändigen und kostspieligen Einsatzes von Masken, um eine Nanostrukturierung zu erzielen, wie sie beispielsweise beim Plasmaätzen oder Beschichten erforderlich sein kann.In a further embodiment, the method is a maskless method. The method according to the invention eliminates the need for the complex and expensive use of masks in order to achieve nanostructuring, as may be required, for example, in plasma etching or coating.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind Glase mit nanostrukturierten Oberflächen, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt worden sind. Dabei können im Fall von Flachglas eine oder beide Oberflächen mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Nanostrukturen aufweisen. Durch die Verbesserung der optischen Eigenschaften solcher Glase, beispielsweise verbesserte Transmission bzw. verringerte Reflexion in einem breiten Wellenlängenbereich, eignen sich die erfindungsgemäßen Glase für viele Anwendungen, wie Bildschirme, Solarmodule, optische Instrumente, Fensterscheiben oder Einrichtungsscheiben.Another subject of the present invention are glasses with nanostructured surfaces that have been produced using the method according to the invention. In the case of flat glass, one or both surfaces can have nanostructures produced using the method according to the invention. By improving the optical properties of such glasses, for example improved transmission or reduced reflection in a broad wavelength range, the glasses according to the invention are suitable for many applications, such as screens, solar modules, optical instruments, window panes or furnishing panes.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist die Verwendung der erfindungsgemäß hergestellten Glase mit nanostrukturierten Oberflächen in Bildschirmen, Solaranlagen, optischen Instrumenten, Fensterscheiben oder Einrichtungsglaselementen. Durch die verbesserte Transmission über einen breiten Wellenlängenbereich und einen breiten Einfallswinkelbereich kann die Wirksamkeit von Solaranlagen, bzw. die Präzision in optischen Instrumenten merklich verbessert werden. Zudem werden bei Bildschirmen, Fensterscheiben und Einrichtungsglaselementen störende Reflexionen vermieden.Another object of the present invention is the use of the glasses produced according to the invention with nanostructured surfaces in screens, solar systems, optical instruments, window panes or furnishing glass elements. Due to the improved transmission over a wide wavelength range and a wide angle of incidence range, the effectiveness of solar systems and the precision in optical instruments can be noticeably improved. In addition, annoying reflections are avoided on screens, window panes and furnishing glass elements.
Die Erfindung wird nun mit Bezug auf beispielhafte Ausführungsformen und die anliegenden Figuren in Einzelheiten beschrieben.The invention will now be described in detail with reference to exemplary embodiments and the accompanying figures.
Es zeigt:
-
1 eine schematische Darstellung einer Ätzstraße für die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens; -
2 ein Diagramm, das Messungen der Photonentransmission an Borosilicat-Glasscheiben darstellt, vor der Behandlung mit dem erfindungsgemäßen Verfahren (DR) und nach einseitiger erfindungsgemäßer Behandlung (D9 bis D12); -
3 ein REM-Bild einer Seitenansicht der porösen Struktur aus Versuch D14; -
4 ein REM-Bild einer Schrägansicht (25°) der porösen Struktur aus Versuch D14; -
5 ein REM-Bild einer Seitenansicht der porösen Struktur aus Versuch D12; -
6 ein REM-Bild einer Schrägansicht (25°) der porösen Struktur aus Versuch D12; -
7 ein REM-Bild einer Seitenansicht der porösen Struktur aus Versuch D9; -
8 ein REM-Bild einer Schrägansicht (25°) der porösen Struktur aus Versuch D9.
-
1 a schematic representation of an etching line for using the method according to the invention; -
2 a diagram representing measurements of photon transmission on borosilicate glass panes, before treatment with the method according to the invention (DR) and after one-sided treatment according to the invention (D9 to D12); -
3 an SEM image of a side view of the porous structure from experiment D14; -
4 an SEM image of an oblique view (25°) of the porous structure from experiment D14; -
5 an SEM image of a side view of the porous structure from experiment D12; -
6 an SEM image of an oblique view (25°) of the porous structure from experiment D12; -
7 an SEM image of a side view of the porous structure from experiment D9; -
8th an SEM image of an oblique view (25°) of the porous structure from experiment D9.
Das erfindungsgemäße Verfahren betrifft ein Verfahren zum Ätzen von Nanostrukturen in Glasflächen, wobei als Ätzgas F2 eingesetzt wird. Das Ätzen ist trocken und ohne Einsatz eines Plasmas. Dieses Verfahren kann in an sich bekannten Ätzstraßen durchgeführt werden, wie in
Die in
- 100
- Ätzstraße
- 101
- Förderband
- 102
- Werkstück
- 103
- Ätzbereich
- 104
- Ätzgaszufuhr
- 105
- Gasvorhang
- 106
- Gasvorhang
- 100
- Ätzstrasse
- 101
- conveyor belt
- 102
- workpiece
- 103
- Etching area
- 104
- Etching gas supply
- 105
- Gas curtain
- 106
- Gas curtain
Für das erfindungsgemäße Verfahren sind Parameter anpassbar, um die Bedingungen an den Einzelfall anzupassen. Das Ätzverfahren wird allgemein bei erhöhter Temperatur ausgeführt, beispielsweise bei mehr als 150°C, beispielsweise zwischen 200°C und 300°C. Um die Ätzleistung anzupassen, können einerseits Konzentration und Fließgeschwindigkeit der Ätzgaszufuhr 104 und andererseits die Laufgeschwindigkeit des Förderbands 101 angepasst werden. Durch eine höhere Laufgeschwindigkeit verringert sich die Verweildauer des Werkstücks 102 im abgegrenzten Ätzbereich 103. Andererseits kann die Ätzreaktion an der Oberfläche des Werkstücks 102 durch Erhöhung von Konzentration und Fließgeschwindigkeit von F2 in der Ätzgaszufuhr 104 verstärkt werden. Der Einsatz von purem F2 ist denkbar, allerdings wird in den meisten Fällen eine Zumischung von mindestens 50 Vol.-% Trägergas eingesetzt werden. Grundsätzlich kann der Fachmann das Volumenverhältnis von F2 zu Trägergas frei auswählen, um den Rahmenbedingungen und gewünschten Ergebnissen Rechnung zu tragen. Auch die Fließgeschwindigkeit der Ätzgaszufuhr 102 sowie die Laufgeschwindigkeit des Förderbands 101 unterliegen erfindungsgemäß keinen besonderen Begrenzungen, die über die technischen Limitierungen der Anlage hinausgehen.For the method according to the invention, parameters can be adjusted in order to adapt the conditions to the individual case. The etching process is generally carried out at elevated temperature, for example at more than 150°C, for example between 200°C and 300°C. In order to adjust the etching power, on the one hand the concentration and flow rate of the
Der Einsatz von F2 als Ätzgas für plasmafreies Trockenätzen ist im Stand der Technik bekannt, beispielsweise wird in der
Durch den Einsatz von treibhausneutralem F2 kann beim erfindungsgemäßen Verfahren gänzlich auf für das Plasmaätzen benötigte klimaschädliche perfluorierte Gase verzichtet werden. Außerdem kann eine kostspielige Entsorgung von flusssäure- oder fluoridhaltigen Abwässern, die bei Nassätzverfahren anfallen, entfallen oder verringert sein. Schlussendlich ist das Verfahren im Gegensatz zu Sandstrahlverfahren schonend und verhindert das Vorkommen von mechanischen oder strukturellen Beschädigungen bei gleichzeitig feinerer Strukturierung der Oberflächen.By using greenhouse-neutral F 2 , the process according to the invention completely eliminates the need for climate-damaging perfluorinated gases required for plasma etching. In addition, costly disposal of wastewater containing hydrofluoric acid or fluoride that occurs during wet etching processes can be eliminated or reduced. Ultimately, in contrast to sandblasting, the process is gentle and prevents the occurrence of mechanical or structural damage while at the same time finer structuring of the surfaces.
Die Wirksamkeit des Verfahrens lässt sich durch Messen der Photonentransmission durch ein behandeltes Glas und Vergleich mit einem unbehandelten Glas überprüfen. The effectiveness of the process can be checked by measuring the photon transmission through a treated glass and comparing it with an untreated glass.
Selbstverständlich kann es je nach Einsatzgebiet des nanostrukturierten Glases wünschenswert sein nur eine, bzw. beide Flächen einer Scheibe zu behandeln. Zur beidseitigen Behandlung muss eine Scheibe zweimal durch die Ätzstraße 100 geführt werden, wobei beim zweiten Ätzen die noch unbehandelte Seite dem Ätzgas zugewandt wird. Denkbar sind auch die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens in Ätzstraßen, in denen beide Seiten eines Flachglases gleichzeitig oder sequentiell geätzt werden können.Of course, depending on the area of application of the nanostructured glass, it may be desirable to treat only one or both surfaces of a pane. For treatment on both sides, a disk must be passed through the
Das Verfahren ist besonders geeignet für die Nanostrukturierung von Oberflächen von Borosilikat- und Kalk-Natron-Glas. Dabei ist die Anwendung bei Flachglas (z.B. Floatglas) besonders einfach.The process is particularly suitable for the nanostructuring of surfaces of borosilicate and soda-lime glass. It is particularly easy to use with flat glass (e.g. float glass).
Bei Verfahren des Stands der Technik sind oft Maskierungen der Glasoberfläche erforderlich, um Nanostrukturierungen zu erzielen. Dieses Erfordernis entfällt nach dem erfindungsgemäßen Verfahren gänzlich. Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich zusätzlich dadurch aus, dass es auf nur einem wesentlichen Verfahrensschritt beruht, nämlich der Ätzung der Glasoberfläche, ohne dass aufwändige Vor- oder Nachbereitung erforderlich wäre.In prior art processes, masking of the glass surface is often required in order to achieve nanostructuring. This requirement is completely eliminated using the method according to the invention. The method according to the invention is additionally characterized by the fact that it is based on only one essential process step, namely the etching of the glass surface, without the need for complex preparation or post-processing.
Denkbar ist aber auch beim erfindungsgemäßen Verfahren der Einsatz von Masken zur lokalen Strukturierung von Oberflächen, beispielsweise in der Herstellung von mikroelektromechanischen Systemen oder HEM-Transistoren (high-electron-mobility transistors).However, it is also conceivable in the method according to the invention to use masks for local structuring of surfaces, for example in the production of microelectromechanical systems or HEM transistors (high-electron-mobility transistors).
Handelsübliche Borosilicat-Glasscheiben wurden bei einer Temperatur von 245°C mit einem F2/Stickstoff-Gemisch in einer wie in
Bei den unterschiedlichen Versuchen ergibt sich die Verweildauer im Ätzbereich aus der Relation zwischen der Kammerlänge (170 mm) und der Laufgeschwindigkeit. Die Flussgeschwindigkeit des Ätzgases F2 wird in Standard-Liter pro Minute (slm) dargestellt. Die Konzentration von F2 beschreibt den Volumenanteil von F2 im eingesetzten F2/Stickstoff-Gemisch.In the different experiments, the dwell time in the etching area results from the relationship between the chamber length (170 mm) and the running speed. The flow rate of the etching gas F 2 is presented in standard liters per minute (slm). The concentration of F 2 describes the volume fraction of F 2 in the F 2 /nitrogen mixture used.
Bei allen Versuchen wurde eine Seite der Borosilicat-Glasscheiben entsprechend den oben genannten Parametern behandelt. Danach wurden einzelne Scheiben auf ihre Photonentransmission untersucht und Oberflächen per Rasterelektronenmikroskop abgebildet. Die Ergebnisse sind in den
Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf die dargestellten Ausführungsformen beschränkt. Die vorstehende Beschreibung ist daher nicht als beschränkend, sondern als erläuternd anzusehen. Die nachfolgenden Ansprüche sind so zu verstehen, dass ein genanntes Merkmal in zumindest einer Ausführungsform der Erfindung vorhanden ist. Dies schließt die Anwesenheit weiterer Merkmale nicht aus. Sofern die Ansprüche und die vorstehende Beschreibung „erste“ und „zweite“ Ausführungsformen definieren, so dient diese Bezeichnung der Unterscheidung zweier gleichartiger Ausführungsformen, ohne eine Rangfolge festzulegen.Of course, the invention is not limited to the embodiments shown. The foregoing description is therefore not to be viewed as limiting but rather as illustrative. The following claims are to be understood as meaning that a stated feature is present in at least one embodiment of the invention. This does not exclude the presence of other features. If the claims and the above description define “first” and “second” embodiments, this designation serves to distinguish two similar embodiments without establishing a ranking.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list of documents listed by the applicant was generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.
Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- DE 102017219312 A1 [0023]DE 102017219312 A1 [0023]
Zitierte Nicht-PatentliteraturNon-patent literature cited
- Leem et al.: „Enhanced transmittance and hydrophilicity of nanostructured glass substrates with antireflective properties using dis-ordered gold nanopatterns“; Optics Express 20 (2012), 4, S. 4056 - 4066 [0006]Leem et al.: “Enhanced transmittance and hydrophilicity of nanostructured glass substrates with antireflective properties using dis-ordered gold nanopatterns”; Optics Express 20 (2012), 4, pp. 4056 - 4066 [0006]
- Liapis et al.: „Self-assembled nanotextures impart broadband transparency to glass windows and solar cell encapsulants“; Appl. Phys. Lett. 111 (2017), 183901-1 - 5 [0006]Liapis et al.: “Self-assembled nanotextures impart broadband transparency to glass windows and solar cell encapsulants”; Appl. Phys. Lett. 111 (2017), 183901-1 - 5 [0006]
- Kafle et al.: „Nanostructuring of c-Si surface by F2-based atmospheric pressure dry texturing process“, Phys. Status Solidi A 212 (2015), 2, S. 307 - 311 [0007]Kafle et al.: “Nanostructuring of c-Si surface by F2-based atmospheric pressure dry texturing process”, Phys. Status Solidi A 212 (2015), 2, pp. 307 - 311 [0007]
Claims (9)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102022204735.4A DE102022204735A1 (en) | 2022-05-13 | 2022-05-13 | Process for the nanostructuring of glass surfaces, glass produced thereby and its use |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102022204735.4A DE102022204735A1 (en) | 2022-05-13 | 2022-05-13 | Process for the nanostructuring of glass surfaces, glass produced thereby and its use |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE102022204735A1 true DE102022204735A1 (en) | 2023-11-16 |
Family
ID=88510420
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE102022204735.4A Ceased DE102022204735A1 (en) | 2022-05-13 | 2022-05-13 | Process for the nanostructuring of glass surfaces, glass produced thereby and its use |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE102022204735A1 (en) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP1471039A1 (en) | 2003-04-21 | 2004-10-27 | Heraeus Quarzglas GmbH & Co. KG | Method for producing quartz glass jig and quartz glass jig |
US20100089096A1 (en) | 2007-06-20 | 2010-04-15 | Asahi Glass Company, Limited | Method for treating surface of oxide glass with fluorinating agent |
EP2371776A1 (en) | 2010-03-30 | 2011-10-05 | Linde Aktiengesellschaft | Method for producing flat glass |
DE102017219312A1 (en) | 2017-10-27 | 2019-05-02 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | 2-stage dry etching process for texturing crystalline silicon wafers |
-
2022
- 2022-05-13 DE DE102022204735.4A patent/DE102022204735A1/en not_active Ceased
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP1471039A1 (en) | 2003-04-21 | 2004-10-27 | Heraeus Quarzglas GmbH & Co. KG | Method for producing quartz glass jig and quartz glass jig |
US20100089096A1 (en) | 2007-06-20 | 2010-04-15 | Asahi Glass Company, Limited | Method for treating surface of oxide glass with fluorinating agent |
EP2371776A1 (en) | 2010-03-30 | 2011-10-05 | Linde Aktiengesellschaft | Method for producing flat glass |
DE102017219312A1 (en) | 2017-10-27 | 2019-05-02 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | 2-stage dry etching process for texturing crystalline silicon wafers |
Non-Patent Citations (3)
Title |
---|
Kafle et al.: „Nanostructuring of c-Si surface by F2-based atmospheric pressure dry texturing process", Phys. Status Solidi A 212 (2015), 2, S. 307 - 311 |
Leem et al.: „Enhanced transmittance and hydrophilicity of nanostructured glass substrates with antireflective properties using dis-ordered gold nanopatterns"; Optics Express 20 (2012), 4, S. 4056 - 4066 |
Liapis et al.: „Self-assembled nanotextures impart broadband transparency to glass windows and solar cell encapsulants"; Appl. Phys. Lett. 111 (2017), 183901-1 - 5 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE69726872T2 (en) | SUBSTRATE WITH IMPROVED HYDROPHILES OR HYDROPHOBIC PROPERTIES WITH IRREGULARITIES | |
DE112010002718B4 (en) | METHOD FOR CLEANING A SILICON WAFERS AND METHOD FOR PRODUCING AN EPITACTIC WAFERS USING THE CLEANING METHOD | |
DE102005007825B4 (en) | Method for producing a reflection-reducing coating, reflection-reducing layer on a transparent substrate and use of such a layer | |
DE102005017739B4 (en) | Quartz glass holder for the processing of semiconductor wafers and method for the production of the holder | |
DE2806468C2 (en) | Process for the production of a semi-reflective tin oxide film on a substrate | |
EP1328483A1 (en) | Thermally tempered glass comprising a non-abrasive, porous, sio2 antireflection layer | |
EP2485988B1 (en) | Method for producing a coated quartz glass component | |
DE60128302T2 (en) | Plasma remains quartz glass holder | |
EP2430482B1 (en) | Method for producing a reflection-reduced pane | |
EP3104418B1 (en) | Method and device for texturing a silicon surface | |
DE69909983T2 (en) | SYNTHETIC, OPTICAL QUARTZ GLASS ELEMENTS AND METHOD FOR THE PRODUCTION THEREOF | |
EP0543961B1 (en) | PROCESS FOR CLEANING PRECISION OPTICS OR OPTICAL ASSEMBLIES WITHOUT PRODUCING EMISSIONS, ESPECIALLY CFCs | |
DE102022204735A1 (en) | Process for the nanostructuring of glass surfaces, glass produced thereby and its use | |
DE102004062355A1 (en) | Process for treating a semiconductor wafer with a gaseous medium and semiconductor wafer treated therewith | |
EP1101741A2 (en) | Quartz glass product for an optical element and process of its manufacture | |
WO2018162386A1 (en) | Method for producing a technical mask | |
DE102004015766B4 (en) | Use of a SiO 2 -tiO 2 glass as a radiation-resistant substrate | |
WO2019081752A1 (en) | 2-step dry-etching process for texturing crystalline silicon wafers | |
DE102015119325A1 (en) | Method for smoothing surfaces of a workpiece | |
WO2000015570A1 (en) | Optical component made of silica glass and method for the production thereof | |
EP1754690B1 (en) | Glazing unit and method for its production | |
DE112021007205T5 (en) | Process for producing a fine surface roughness on a glass substrate | |
DE3736933A1 (en) | MEMBRANE FOR USE IN AN X-RAY RAY MASK AND METHOD FOR THE PRODUCTION THEREOF | |
DE102018008593B3 (en) | A method of treating a substrate of glass or glassy substrate based on silica | |
EP3303658B1 (en) | Method for producing a diamond electrode and diamond electrode |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R012 | Request for examination validly filed | ||
R002 | Refusal decision in examination/registration proceedings | ||
R003 | Refusal decision now final |