DE102004046390A1

DE102004046390A1 - Verfahren zum Vakuumbeschichten mit einer photohalbleitenden Schicht und Anwendung des Verfahrens

Info

Publication number: DE102004046390A1
Application number: DE200410046390
Authority: DE
Inventors: Peter Dr. Frach; Daniel Glöss; Klaus Goedicke; Sigrun Klinkenberg; Christian Gottfried; Volker Prof. Dr. Kirchhoff
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2004-09-24
Filing date: 2004-09-24
Publication date: 2006-04-06
Also published as: WO2006034739A3; WO2006034739A2; EP1791987A2

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Vakuumbeschichten mindestens eines Teils der Oberfläche eines Objektes mit einer photohalbleitenden Schicht, wobei die Temperatur des oberflächennahen Bereiches des Objektes vor der Beschichtung auf einen vorgegebenen Wert im Bereich von -40 DEG C bis +250 DEG C eingestellt wird; ein reaktiver Puls-Magnetron-Sputter-Prozess mit mindestens einem elektrisch leitfähigen Target, welches als Hauptbestandteil Titan enthält, in einem mindestens ein Inertgas und Sauerstoff enthaltenden Arbeitsgas betrieben wird; durch die Prozessführung in Abhängigkeit vom Anwendungszweck des beschichteten Objektes die Bildung von überwiegend Titanoxid in einem fest vorgegebenen Verhältnis der atomaren Zusammensetzung der Schicht von Titan zu Sauerstoff wie 1 : (2 + x) gesichert wird, wobei x im Bereich von -0,5 bis +0,3 ist; ein solches Verhältnis der Raten von ionisierten und neutralen Teilchen während der Schichtbildung eingestellt wird, dass ein Anteil von mindestens 5 Prozent Titanoxid in kristalliner Modifikation gebildet wird und dass die Parameter des Puls-Magnetron-Sputter-Prozesses so ausgewählt werden, dass die Oberflächentemperatur des Objektes eine vorgegebene Maximaltemperatur von 300 DEG C nicht überschreitet.

Description

Einleitung

Das hydrophile und photokatalytische Verhalten von TiO₂-Schichten mit der kristallinen Anatasphase erlaubt die Herstellung von Produkten mit neuen Eigenschaften wie leicht zu reinigende (easy-to-clean) Oberflächen, selbstreinigende Fenster, Antibeschlags-Glas, selbststerilisierende und anti-bakterielle Fliesen oder photokatalytische Luft- und Wasserreinigungsgeräte. Stand der Technik zur Herstellung kristalliner TiO₂-Schichten durch Vakuumbeschichtungsverfahren ist die Nutzung erhöhter Temperaturen von über 300 °C während der Abscheidung oder während des Glühens nach der Abscheidung. Oft wird das Nachglühen (post annealing) bei Temperaturen von bis zu 550 °C durchgeführt.

Viele Anwendungen benötigen Hochrate-Beschichtungsverfahren und Möglichkeiten zum Aufskalieren, um große Oberflächen preisgünstig zu beschichten. Eine Aufgabe unserer Arbeit war es deshalb, die reaktive Mittelfrequenz-Puls-Magnetron-Sputter-Technik (PMS) für das Abscheiden von kristallinen TiO₂-Schichten bei hoher Beschichtungsrate zu nutzen. Es ist bekannt, dass der Pulsmodus signifikanten Einfluss auf den Partikelbeschuss während des Aufwachsens einer Schicht auf einem Substrat hat. Dies eröffnet den Weg zum Abscheiden kristalliner TiO₂-Schichten bei niedrigen Temperaturen. Hier wird der Vergleich der photokatalytischen Eigenschaften von amorph abgeschiedenen nachgeglühten TiO₂-Schichten und in situ kristallin abgeschiedenen TiO₂-Schichten dargelegt. Eine weitere Aufgabe war das Abscheiden von dünnen TiO₂-Schichten (< 50 nm) bei niedrigen Substrattemperaturen mit ausreichender photokatalytischer Aktivität.

Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zum Vakuumbeschichten mindestens eines Teils der Oberfläche eines Objektes mit einer photohalbleitenden Schicht, wobei
die Temperatur des oberflächennahen Bereiches des Objektes vor der Beschichtung auf einen vorgegebenen Wert im Bereich von –40 °C bis +250 °C eingestellt wird,
ein reaktiver Puls-Magnetron-Sputter-Prozess mit mindestens einem elektrisch leitfähigen Target, welches als Hauptbestandteil Titan enthält, in einem mindestens ein Inertgas und Sauerstoff enthaltenden Arbeitsgas betrieben wird,
durch die Prozessführung in Abhängigkeit vom Anwendungszweck des beschichteten Objektes die Bildung von überwiegend Titanoxid in einem fest vorgegebenen Verhältnis der atomaren Zusammensetzung der Schicht von Titan zu Sauerstoff wie 1 (2+x) gesichert wird, wobei x im Bereich von –0,5 bis +0,3 ist,
ein solches Verhältnis der Raten von ionisierten und neutralen Teilchen während der Schichtbildung eingestellt wird, dass ein Anteil von mindestens 5 Prozent Titanoxid in kristalliner Modifikation gebildet wird
und dass die Parameter des Puls-Magnetron-Sputter-Prozesses so ausgewählt werden, dass die Oberflächentemperatur des Objektes eine vorgegebene Maximaltemperatur von 300 °C nicht überschreitet.

Bei weiteren Ausgestaltungsformen der Erfindung wird
der Puls-Magnetron-Sputter-Prozess mit mindestens einer Magnetronquelle, Energieeinspeisung im Unipolar-Pulsmodus und einem Duty Cycle von weniger als 0,6 durchgeführt;
bzw. der Puls-Magnetron-Sputter-Prozess mit mindestens zwei Magnetronquellen, Energieeinspeisung im Bipolar-Pulsmodus oder Energieeinspeisung im Puls-Paket-Modus und einem Duty Cycle von weniger als 0,5 durchgeführt;
bzw. der Puls-Magnetron-Sputter-Prozess mit mindestens einer Magnetronquelle, die als Kathode geschaltet ist, einer Gegenelektrode, die als Anode geschaltet ist, und einem magnetischen Feld im Bereich der Anode, das einen Betrag von mindestens 1 kA/m hat, sowie Energieeinspeisung im Unipolar-, Bipolar- oder Puls-Paket-Modus durchgeführt;
bzw. die Temperatur des oberflächennahen Bereiches des Objektes vor der Beschichtung im Bereich 30 °C bis 80 °C eingestellt;
bzw. mindestens ein Target verwendet, das zusätzlich mindestens ein Dotierungselement für die photohalbleitende Schicht aus der Gruppe Fe, Ni, W, Co, Zn, Y, C, Sn, Bi, Pt, Nb, V, Mo, Rh, Si, N enthält;
bzw. ein Arbeitsgas verwendet, das zusätzlich mindestens ein weiteres reaktives Gas beinhaltet, welches mindestens eines der Elemente H, N, C enthält;
bzw. zur Sicherung eines definierten Verhältnisses der atomaren Zusammensetzung der Schicht und einer konstanten Schichtzusammensetzung die Zufuhr des Arbeitsgases oder seiner reaktiven Komponenten in Abhängigkeit von der momentanen Zerstäubungsrate geregelt,
bzw. mindestens eine Magnetronquelle verwendet, die ein unbalanciertes Magnetfeld hat,
bzw. das Verhältnis der Raten von ionisierten und neutralen Teilchen während der Schichtbildung durch die Einstellung oder Regelung der elektrischen Entladungsleistung und/oder des Duty Cycles eingestellt;
bzw. das Verhältnis der Raten von ionisierten und neutralen Teilchen während der Schichtbildung durch die Einstellung oder Regelung des reaktiven Arbeitspunktes des Puls-Magnetron-Sputter-Prozesses eingestellt,
bzw. das Verhältnis der Raten von ionisierten und neutralen Teilchen während der Schichtbildung unter Nutzung einer zusätzlichen externen Ionisierungsquelle, wie kapazitiv oder induktiv eingekoppelte hochfrequente Energie, eingestellt,
bzw. das Verhältnis der Raten von ionisierten und neutralen Teilchen während der Schichtbildung durch das zusätzliche Anwenden einer gepulsten oder hochfrequenten Biasspannung am Objekt eingestellt,
bzw. die Parameter des Puls-Magnetron-Sputter-Prozesses Druck, Duty Cycle, Art der Energieeinspeisung, Entladungsleistung, reaktiver Arbeitspunkt, Zeitschema der Beschichtung so eingestellt, dass die Temperatur im oberflächennahen Bereich des Objektes einen Wert von 130 °C, vorzugsweise jedoch von 80 °C, nicht übersteigt;
bzw. ein Arbeitsgas verwendet, das zusätzlich mindestens eine als Precursor eines chemischen Dampfphasen-Abscheidungs-Prozesses wirksame anorganische oder metallorganische Verbindung wie Ti-Tetrachlorid TiCl₄ oder Ti-Tetraisopropoxid Ti(OCH(CH₃)₂)₄ enthält;
bzw. ein Arbeitsgas verwendet, das zusätzlich mindestens eine als Precursor eines chemischen Dampfphasen-Abscheidungs-Prozesses wirksame anorganische oder metallorganische Verbindung enthält, die zur Bildung einer Dotierung der photohalbleitenden Schicht führt,
bzw. ein Arbeitsgas verwendet, das zusätzlich eine siliziumhaltige anorganische oder organische Verbindung als Precursor eines chemischen Dampfphasen-Abscheidungs-Prozesses enthält;
bzw. vor dem Abscheiden der photohalbleitenden Schicht eine elektrisch isolierende Schicht aus der Gruppe der Verbindungen SiO₂, Al₂O₃, ZrO₂, AlN, Si₃N₄ durch einen reaktiven Puls-Magnetron-Sputter-Prozess abgeschieden.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann angewendet werden
zur Abscheidung einer photohalbleitenden Schicht auf mindestens einem Teil der Oberfläche eines Objektes, das ganz oder teilweise aus einem temperaturempfindlichen Material, vorzugsweise einem Polymer, besteht;
zur Erzeugung einer superhydrophilen Oberfläche des Objektes für Produkte wie z.B. Antibeschlag-Spiegel, leicht zu reinigende Glasscheiben, Wand- und Deckenplatten;
zur Erzeugung eines aktiv selbstreinigenden Gebrauchsgegenstandes wie z.B. Fliesen oder Ziegel im Außenbereich;
zur Herstellung eines Produktes mit antibakterieller und/oder viruzider Wirkung und/oder inaktivierenden Wirkungen auf Mikroorganismen, z.B. von medizintechnischen Geräten oder Möbeloberflächen;
zur Herstellung eines Produktes mit der Fähigkeit zur Aufspaltung einer chemischen Bindung, z.B. zur Entstickung oder Entschwefelung eines Gases oder zur Spaltung von Kohlenwasserstoffen;
zur Herstellung einer Schicht, die Teil eines photovoltaisch wirksamen Mehrlagenschichtsystemsist, z.B. zur Verwendung in einer Grätzel-Zelle; zur Herstellung einer Schicht, die Teil eines optisch wirksamen Mehrlagenschichtsystems ist.

Experimentelles
Das für die Sputter-Abscheidung der TiO₂-Schichten genutzte reaktive Puls-Magnetron-Sputter- bzw. PMS-System erlaubt das Wechseln des Pulsmodus (unipolar = UP, bipolar = BP oder Puls-Paket = PP) und Duty Cycles. Dieses System wurde am Fraunhofer-Institut für Elektronenstrahl- und Plasmatechnik (FEP) entwickelt und gebaut. Es besteht aus zwei Flanschmagnetrons, einer Umschalteinheit (UBS-C2), um die Pulsleistung zu generieren, einer Gaskontrolleinheit und einem Prozess-Management-Computer für eine vollständig automatische Kontrolle.
Tab. 1 Beschichtungsparameter für die PMS-Abscheidung von TiO₂-Schichten, die in dieser Untersuchung benutzt werden; UP: unipolar, BP: bipolar; PP: Puls-Paket.
Im unipolaren Pulsmodus werden beide Targets als Kathode einer separaten Entladung betrieben, wobei die versteckten Anoden der Magnetrons als Gegenelektrode wirken. Im bipolaren Pulsmodus arbeitet jedes Target der beiden Magnetrons abwechselnd als Kathode und Anode der Entladung. Eine Weiterentwicklung der bipolaren Puls-Energieversorgung ist die so genannte Puls-Paket-Energieversorgung. Jedes Paket besteht aus einer bestimmten Anzahl n unidirektionaler Pulse. Das nächste Paket besteht wiederum aus einer bestimmten Anzahl unidirektionaler Pulse der entgegengesetzten Polarität. Dieser Puls-Paket-Modus gewährleistet eine höhere Prozessstabilität selbst im Fall von auftretenden Arcs.
Der Duty Cycle, d.h. das Verhältnis von Ein-Zeit zur Gesamtzeit eines Zyklus, kann darüber hinaus für jedes Target angepasst werden. Da die Puls-Energieversorgung ohne weitere Einschränkung geändert werden kann, erlaubt das PMS-System eine direkte Untersuchung der Einflüsse auf die Prozesscharakteristiken wie Abscheiderate und Schichteigenschaften. Die Schichten wurden bei der Durchfahrt durch eine In-Line-Beschichtungsanlage beschichtet (bewegte Substrate). Die Beschichtungsparameter sind in Tab. 1 zusammengefasst. Die angegebene maximale Beschichtungstemperatur ist der Durchschnitt der Temperaturhöchstwerte, die mit Temperaturmessstreifen auf den Vorder- und Rückseiten der Proben gemessen wurden.
Für das Abscheiden von amorphen TiO₂-Schichten wurde der unipolare Pulsmodus gewählt (wie beim Abscheiden von Probe 1). Diese Schichten wurden bei verschiedenen Temperaturen nachgeglüht (250 °C: Probe 1A, 350 °C: Probe 1B, 500 °C: Probe 1C.) Auf der einen Seite wurden in situ kristallin abgeschiedene Schichten bei erhöhter Substrattemperatur abgeschieden. Daraus resultierten maximale Beschichtungstemperaturen von ca. 235 °C. Der Pulsmodus wurde variiert (unipolar: Probe 2, bipolar: Probe 3, Puls-Paket: Probe 4). Durch Stabilisierung des Sputterprozesses im Übergangsmodus (Transition Mode) zwischen dem metallischen und dem reaktiven Sputtermodus wurde eine sehr hohe Abscheiderate von etwa 45 nm·m/min erreicht (entspricht einer Rate von etwa 160 nm/min bei einem stationären Sputtersystem). Die Schichtdicke für die Proben 1 bis 4 betrug 500 nm.
Auf der anderen Seite wurden Untersuchungen zum Abscheiden von dünnen kristallin abgeschiedenen TiO₂-Schichten sogar bei niedrigeren Substrattemperaturen durchgeführt. Durch die Wahl eines reaktiveren Arbeitspunktes der Entladung wurde eine niedrigere Abscheiderate eingestellt (etwa 8 nm·m/min; entsprechend einer Rate von etwa 30 nm/min in einem stationären Beschichtungssystem). Die Schichtdicke wurde auf 45 nm (Probe 5), 85 nm (Probe 6) bzw. 170 nm (Probe 7) eingestellt.
Die Schichtstruktur wurde durch Röntgenbeugung (XRD) mit streifendem Einfall ermittelt (Seifert-FPM, RD 7; Cu K_α-Strahlung; Einfallswinkel: 1 °). Die photo-induzierte Hydrophilie der Schichten wurde durch Messung des Wasserkontaktwinkels (G-23E der Firma Krüss GmbH) nach Bestrahlung mit ultraviolettem Licht (P_UV-A = 1 mW/cm²) bestimmt. Der photokatalytische Abbau, d.h. die Fähigkeit chemische Bindungen aufzubrechen, ist anhand der Entfärbungsreaktion von Methylenblau (MB) bei P_UV-A = 1 mW/cm² untersucht worden. Die Verringerung der optischen Absorption der Methylenblau-Lösung bei einer Wellenlänge von 660 nm wurde mit einem Perkin Elmer Lambda 900-Spektrometer bestimmt. Ohne eine photokatalytisch aktive Schicht beobachteten wir auch nach 40 Stunden Messzeit keine Entfärbung.
Ergebnisse und Diskussion
1) Vergleich von amorph abgeschiedenen nachgegelühten TiO₂ Schichten und in situ kristallin abgeschiedenen TiO₂ Schichten
Amorph abgeschiedene nachgeglühte Schichten zeigen bei Betrachtung im Lichtmikroskop viele Risse in der TiO₂-Schicht als Ergebnis von Schrumpfprozessen während der Kristallisation. Im Gegensatz dazu zeigen kristallin abgeschiedene Schichten keine Risse und waren optisch exzellent mit einer sehr geringen sichtbaren Rauheit, die nur im DIC-Modus (Differentieller Interferenz-Kontrast) des Mikroskops erkennbar war.
Die Oberflächenrauheit (RMS) wurde durch AFM-Untersuchungen bestimmt und beträgt 1,11 nm für amorph abgeschiedene nachgeglühte (Probe 1B: nachgeglüht bei 350 °C) und 10,6 nm für in situ kristallin abgeschiedene TiO₂-Schichten (Probe 4: PP-Modus). Darüber hinaus wurde durch diese Messungen die Größe der obersten Kristallite abgeschätzt. Diese lag im Bereich von 50 bis 100 nm für nachgeglühte Schichten (Probe 1B) bzw. 100 bis 300 nm für kristallin abgeschiedene Schichten (Probe 4). Aus dieser Beobachtung schlussfolgerten wir, dass die Kristallisation durch Nachglühen sehr feine Kristallite hervorbringt und die Schichtrauheit nur leicht erhöht. Im Gegensatz dazu zeigen die kristallin abgeschiedenen Schichten eine große Kristallgröße und eine hohe Rauheit, da Kristallwachstum während der Abscheidung auftritt.
Die Röntgenbeugungsanalyse offenbarte die kristalline Anatasphase für amorph abgeschiedene nachgeglühte Schichten (Probe 1B; 1a). In situ kristallin abgeschiedene Schichten zeigen ein Gemisch aus Anatas- und Rutilphasen. Die Intensität der Peaks war für die im Puls-Paket-Modus (Probe 4; 1b) und die im bipolaren Pulsmodus (Probe 3; hier nicht gezeigt) abgeschiedenen Schichten signifikant höher als bei den im unipolaren Pulsmodus abgeschiedenen Schichten (Probe 2; hier nicht gezeigt). Aufgrund der hohen Defektdichte sind die Peaks der kristallin abgeschiedenen Schichten signifikant breiter, obgleich die Kristallgröße größer ist als die der nachgeglühten Schichten.
2 zeigt die Abnahme des Wasserkontaktwinkels von amorph abgeschiedenen, amorph abgeschiedenen nachgeglühten und kristallin abgeschiedenen TiO₂-Schichten während der UV-A-Bestrahlung. Amorphe TiO₂-Schichten sowie bei 250 °C nachgeglühte TiO₂-Schichten zeigen kein signifikantes photo-induziertes hydrophiles Verhalten. Amorph abgeschiedene Schichten, nachgeglüht bei Temperaturen von mindestens 350 °C, zeigen den Super-Hydrophilie-Effekt (Wasserkontaktwinkel <10°) nach einer Bestrahlungszeit von etwa 5 Stunden. Es konnte kein Unterschied bezüglich der Aktivität für die bei 350 °C oder 500 °C nachgeglühten Schichten festgestellt werden.
Unter den in situ kristallin abgeschiedenen TiO₂-Schichten zeigen Schichten, die im Bipolar- und im Puls-Paket-Modus abgeschiedenen wurden, die höchste Aktivität und erreichen den Super-Hydrophilie-Zustand nach einer Bestrahlungszeit von nur 30 Minuten. Im Gegensatz dazu zeigen die im unipolaren Pulsmodus kristallin abgeschiedenen Schichten eine geringere Aktivität. Der Super-Hydrophilie-Zustand wurde auch nach 6 Stunden Bestrahlungszeit nicht erreicht.
Der photokatalytische Abbau von Methylenblau ist in 3 graphisch dargestellt. Wieder zeigen die im Bipolar- und im Puls-Paket-Modus kristallin abgeschiedenen Schichten die höchste Aktivität. Das Methylenblau in der Testlösung war nach 40 Stunden Bestrahlungszeit nahezu vollständig abgebaut.
Die niedrige photokatalytische Aktivität von im Unipolar-Pulsmodus kristallin abgeschiedenen Schichten korrespondiert mit der signifikant niedrigeren Intensität der Anatas- und Rutil-XRD-Peaks. Um die erheblich niedrigere Aktivität der nachgeglühten Schichten (reiner Anatas) zu erklären, werden derzeit weitere Untersuchungen durchgeführt.
2) Photokatalytische Aktivität von dünnen, bei niedrigen Temperaturen abgeschiedenen TiO₂-Schichten
Wir haben beobachtet, dass das Kristallwachstum und die photokatalytische Aktivität stark abnehmen, wenn die Schichtdicke unter 200 nm sinkt. Das gilt insbesondere, wenn die Abscheidetemperatur unter 350 °C liegt. Um die photokatalytischen Eigenschaften für dünne Schichten bei niedrigeren Substrattemperaturen zu optimieren, wurde eine kleinere Abscheiderate gewählt. Die niedrige Abscheiderate erlaubt kristallines Wachstum bei dünner Schichtdicke und niedrigeren Substrattemperaturen (siehe Tab. 1; Proben 5 bis 7).
In 4 ist die Abnahme des Wasserkontaktwinkels während der UV-A-Bestrahlung der dünnen Schichten sowie auch die Vergleichskurve für 500 nm dicke TiO₂-Schichten dargestellt. Alle Schichten zeigen superhydrophiles Verhalten nach einer maximalen Bestrahlungszeit von 5 Stunden. Unter den dünnen Schichten wurde die höchste Aktivität für die Schichten mit 170 nm Dicke (Probe 7) festgestellt. Die Leistung war vergleichbar mit der der 500 nm dicken Referenzschicht (Probe 4).
Der Vergleich des photokatalytischen Abbaus von dünnen und dicken kristallin abgeschiedenen TiO₂-Schichten ist in 5 dargestellt. Wieder zeigen die 170 nm dicken Schichten die höchste Aktivität, ähnlich der der 500 nm dicken Referenzschichten. In Abhängigkeit von der benötigten photokatalytischen Aktivität und dem Substratmaterial kann die entsprechende Schichtdicke gewählt werden.

Claims

Verfahren zum Vakuumbeschichten mindestens eines Teils der Oberfläche eines Objektes mit einer photohalbleitenden Schicht, dadurch gekennzeichnet, dass – die Temperatur des oberflächennahen Bereiches des Objektes vor der Beschichtung auf einen vorgegebenen Wert im Bereich von –40 °C bis +250 °C eingestellt wird, – ein reaktiver Puls-Magnetron-Sputter-Prozess mit mindestens einem elektrisch leitfähigen Target, welches als Hauptbestandteil Titan enthält, in einem mindestens ein Inertgas und Sauerstoff enthaltenden Arbeitsgas betrieben wird, – durch die Prozessführung in Abhängigkeit vom Anwendungszweck des beschichteten Objektes die Bildung von überwiegend Titanoxid in einem fest vorgegebenen Verhältnis der atomaren Zusammensetzung der Schicht von Titan zu Sauerstoff wie 1 : (2+x) gesichert wird, wobei x im Bereich von –0,5 bis +0,3 ist, – ein solches Verhältnis der Raten von ionisierten und neutralen Teilchen während der Schichtbildung eingestellt wird, dass ein Anteil von mindestens 5 Prozent Titanoxid in kristalliner Modifikation gebildet wird – und dass die Parameter des Puls-Magnetron-Sputter-Prozesses so ausgewählt werden, dass die Oberflächentemperatur des Objektes eine vorgegebene Maximaltemperatur von 300 °C nicht überschreitet.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Puls-Magnetron-Sputter. Prozess mit mindestens einer Magnetronquelle, Energieeinspeisung im Unipolar-Pulsmodus und einem Duty Cycle von weniger als 0,6 durchgeführt wird.
Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Puls-Magnetron-Sputter-Prozess mit mindestens zwei Magnetronquellen, Energieeinspeisung im Bipolar-Pulsmodus oder Energieeinspeisung im Puls-Paket-Modus und einem Duty Cycle von weniger als 0,5 durchgeführt wird.
Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Puls-Magnetron-Sputter-Prozess mit mindestens einer Magnetronquelle, die als Kathode geschaltet ist, einer Gegenelektrode, die als Anode geschaltet ist, und einem magnetischen Feld im Bereich der Anode, das einen Betrag von mindestens 1 kA/m hat, sowie Energieeinspeisung im Unipolar-, Bipolar- oder Puls-Paket-Modus durchgeführt wird.
Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur des oberflächennahen Bereiches des Objektes vor der Beschichtung im Bereich 30 °C bis 80 °C eingestellt wird.
Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Target zusätzlich mindestens ein Dotierungselement für die photohalbleitende Schicht aus der Gruppe Fe, Ni, W, Co, Zn, Y, C, Sn, Bi, Pt, Nb, V, Mo, Rh, Si, N enthält.
Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Arbeitsgas zusätzlich mindestens ein weiteres reaktives Gas beinhaltet, welches mindestens eines der Elemente H, N, C enthält.
Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Sicherung eines definierten Verhältnisses der atomaren Zusammensetzung der Schicht und einer konstanten Schichtzusammensetzung die Zufuhr des Arbeitsgases oder seiner reaktiven Komponenten in Abhängigkeit von der momentanen Zerstäubungsrate geregelt wird.
Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Magnetronquelle ein unbalanciertes Magnetfeld hat.
Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis der Raten von ionisierten und neutralen Teilchen während der Schichtbildung durch die Einstellung oder Regelung der elektrischen Entladungsleistung und/oder des Duty Cycles eingestellt wird.
Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis der Raten von ionisierten und neutralen Teilchen während der Schichtbildung durch die Einstellung oder Regelung des reaktiven Arbeitspunktes des Puls-Magnetron-Sputter-Prozesses eingestellt wird.
Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis der Raten von ionisierten und neutralen Teilchen während der Schichtbildung unter Nutzung einer zusätzlichen externen Ionisierungsquelle wie kapazitiv oder induktiv eingekoppelte hochfrequente Energie eingestellt wird.
Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis der Raten von ionisierten und neutralen Teilchen während der Schichtbildung durch das zusätzliche Anwenden einer gepulsten oder hochfrequenten Bissspannung am Objekt eingestellt wird.
Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Parameter des Puls-Magnetron-Sputter-Prozesses Druck, Duty Cycle, Art der Energieeinspeisung, Entladungsleistung, reaktiver Arbeitspunkt, Zeitschema der Beschichtung so eingestellt werden, dass die Temperatur im oberflächennahen Bereich des Objektes einen Wert von 130 °C, vorzugsweise jedoch von 80 °C, nicht übersteigt.
Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Arbeitsgas zusätzlich mindestens eine als Precursor eines chemischen Dampfphasen-Abscheidungs-Prozesses wirksame anorganische oder metallorganische Verbindung wie Ti-Tetrachlorid TiCl₄ oder Ti-Tetraisopropoxid Ti(OCH(CH₃)₂)₄ enthält.
Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Arbeitsgas zusätzlich mindestens eine als Precursor eines chemischen Dampfphasen-Abscheidungs-Prozesses wirksame anorganische oder metallorganische Verbindung enthält, die zur Bildung einer Dotierung der photohalbleitenden Schicht führt.
Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Arbeitsgas zusätzlich eine siliziumhaltige anorganische oder organische Verbindung als Precursor eines chemischen Dampfphasen-Abscheidungs-Prozesses enthält.
Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Abscheiden der photohalbleitenden Schicht eine elektrisch isolierende Schicht aus der Gruppe der Verbindungen SiO₂, Al₂O₃, ZrO₂, AlN, Si₃N₄ durch einen reaktiven Puls-Magnetron-Sputter-Prozess abgeschieden wird.
Anwendung des Verfahrens nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 18 zur Abscheidung einer photohalbleitenden Schicht auf mindestens einem Teil der Oberfläche eines Objektes, das ganz oder teilweise aus einem temperaturempfindlichen Material, vorzugsweise einem Polymer, besteht.
Anwendung des Verfahrens nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 18 zur Erzeugung einer superhydrophilen Oberfläche des Objektes für Produkte wie z.B. Antibeschlags-Spiegel, leicht zu reinigende Glasscheiben, Wand- und Deckenplatten.
Anwendung des Verfahrens nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 18 zur Erzeugung eines aktiv selbstreinigenden Gebrauchsgegenstandes wie z.B. Fliesen oder Ziegel im Außenbereich.
Anwendung des Verfahrens nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 18 zur Herstellung eines Produktes mit antibakterieller und/oder viruzider Wirkung und/oder inaktivierenden Wirkungen auf Mikroorganismen, z.B. von medizintechnischen Geräten oder Möbeloberflächen.
Anwendung des Verfahrens nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 18 zur Herstellung eines Produktes mit der Fähigkeit zur Aufspaltung einer chemischen Bindung, z.B. zur Entstickung oder Entschwefelung eines Gases oder zur Spaltung von Kohlenwasserstoffen.
Anwendung des Verfahrens nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 18 zur Herstellung einer Schicht, die Teil eines photovoltaisch wirksamen Mehrlagenschichtsystemsist, z.B. zur Verwendung in einer Grätzel-Zelle.
Anwendung des Verfahrens nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 18 zur Herstellung einer Schicht, die Teil eines optisch wirksamen Mehrlagenschichtsystems ist.