WO2004021451A2 - Hochtemperaturstabiler metallemitter sowie verfahren zur herstellung - Google Patents

Hochtemperaturstabiler metallemitter sowie verfahren zur herstellung Download PDF

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WO2004021451A2
WO2004021451A2 PCT/DE2003/002787 DE0302787W WO2004021451A2 WO 2004021451 A2 WO2004021451 A2 WO 2004021451A2 DE 0302787 W DE0302787 W DE 0302787W WO 2004021451 A2 WO2004021451 A2 WO 2004021451A2
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surface structure
coating
metallic
base body
metal emitter
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Christian Schlemmer
Wolfgang Graf
Andreas Georg
Andreas Gombert
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Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V.
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
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    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy

Definitions

  • the present invention relates to a metal emitter consisting of a metallic base body and a metallic surface structure with interspaces in a periodic arrangement, which emits radiation with an intensity distribution influenced by the surface structure over a wavelength range, and a method for producing this metal emitter.
  • Metal emitters are used to generate electromagnetic radiation, preferably in the visible and infrared spectral range.
  • the radiation emission is caused by the heating of the metal emitter to temperatures in the range around and above 1000 ° C.
  • Such metal emitters which are also referred to as hot radiators, are used primarily in thermophotovoltaics (TPV).
  • TPV thermophotovoltaics
  • Another area of application is in the field of gas sensors, in which the metal emitters can replace conventional infrared emitters or filters.
  • thermal radiation is preferably generated in the infrared spectral range and in a photovoltaic cell in electrical
  • thermophotovoltaics The metal emitter is heated with a heat source, for example a propane gas burner, in order to make an emission more thermal To achieve radiation.
  • a heat source for example a propane gas burner
  • the efficiency of energy conversion in thermophotovoltaics has been significantly increased in recent years through the development of photovoltaic cells with a lower band gap.
  • a sufficiently high efficiency is only possible if the metal emitter radiates selectively, so that the emission spectrum is matched to the characteristic band edge of the semiconductor material of the photovoltaic cell.
  • DE 43 06 240 AI describes a metal emitter with a metallic surface structure with interspaces in a periodic arrangement, which is applied to a base body made of a non-metallic material.
  • the metallic surface structure is designed, for example, as a grid-shaped heating meander. It is also proposed to coat the surface of the heating meander with a material that improves the black body radiation of the meander.
  • DE 198 45 423 A1 discloses a metal emitter consisting of a metallic base body and a metallic surface structure with interspaces in a periodic arrangement, which emits radiation with an intensity distribution influenced by the surface structure over a wavelength range when heated.
  • the microstructured surface of this metal emitter allows the emission spectrum to be influenced at a given temperature, so that an appropriate selection of the surface structure allows an adaptation to the sensitivity of a thermally photovoltaic cell can be used.
  • the principle of influencing the emission spectrum by microstructuring the surface is based on the excitation of resonances (plasmons) on the metal surface or on the anti-reflective coating by a surface lattice formed by the surface structure with a comparatively short period.
  • Such a microstructured surface structure can be produced by means of suitable photolithographic processes, such as, for example, contact exposure processes, interference lithography or LIGA processes, and subsequent plasma etching.
  • suitable photolithographic processes such as, for example, contact exposure processes, interference lithography or LIGA processes, and subsequent plasma etching.
  • the result is a periodic surface relief in one or two dimensions, which has the shape of lamellae or a deepening pattern.
  • the period is between 0.1 and 10 ⁇ m.
  • the emission spectrum of the metal emitter can be specifically influenced by a suitable choice of the shape, depth and period of the surface structure.
  • the metal emitter To use such a known selective metal emitter in a TPV generator or a sensor system, the metal emitter must be operated at high temperature in order to generate a sufficient power density. Typical values are in the range from 1000 to 2000 ° C in thermophotovoltaics and around 900 ° C in gas sensors.
  • these high temperatures lead to a relatively rapid destruction of the surface microstructure of the metal emitters, so that the intended influencing of the emission spectrum loses its effectiveness quickly.
  • Studies have shown that even the surface structure of metal emitters made of refractory metals such as Tungsten at temperatures above 1000 ° C are already changed after a few hours in such a way that the desired influence on the emission spectrum no longer occurs. The lifespan of these selective metal emitters is therefore very limited.
  • the object of the present invention is to provide a high-temperature stable selective metal emitter and a method for producing such an emitter, which has a high long-term stability in use.
  • the present selective metal emitter consists of a metallic base body and a metallic surface structure with spaces in a periodic arrangement.
  • a metallic layer on a carrier which has a layer thickness of a multiple of the structure period of the surface structure, is also regarded as the base body.
  • the surface structure is designed such that when the metal emitter is heated, radiation having an intensity distribution influenced by the surface structure is emitted over a wavelength range, ie the emission spectrum of the Metallemitters is influenced by the surface structure.
  • the surface structure must have a suitable periodicity in one, two or three dimensions and a suitable structure depth, as has already been described in DE 198 45 423 A1.
  • the present metal emitter is characterized in that in the spaces between the metallic surface structure and / or between the surface structure and the metallic base body, a coating of a temperature-stable material is applied to the base body, which at a temperature of 900 ° C (for applications in the Gas sensors), preferably at a temperature of 1000 ° C or above (for applications in TPV), has an evaporation rate of less than 50 nm per year under operating conditions, ie in a vacuum, under a protective gas atmosphere or in air.
  • the surface structure can be connected directly to the metallic base body, for example by a suitable surface structure of this base body, or can be separated from this base body by the coating according to the invention.
  • the surface structure consists of a structured metallic layer or layer sequence on the high-temperature stable
  • the structure depth and / or period of the surface structure is preferably in the range between 0.1 and 10 ⁇ m in order to bring about the desired effects.
  • the structured metal surface is provided with an additional
  • a temperature-stable material which has an evaporation rate of ⁇ 50 nm per year at a temperature of 900 ° C, preferably 1000 ° C or above.
  • This additional coating in the spaces or between the base body and the surface structure drastically reduces the thermal mobility of the metal atoms in the surface structure.
  • the stability of the surface structure is significantly increased by slowing down the thermal rearrangement at high temperatures.
  • This coating which acts as a diffusion-inhibiting layer and preferably has a layer thickness of 20 to 300 nm, therefore leads to a significant increase in the long-term stability of the metal emitter. In the same way, the coating inhibits the internal structural transformation and recrystallization and thus also increases the long-term stability.
  • the coating thus serves to stabilize the shape of the surface microstructure in the operating state of the metal emitter and preferably consists of a material that is more dimensionally stable at operating temperature than the surface microstructure.
  • a possible change in the optical properties of the metal emitter due to the applied temperature-stable coating can already be taken into account when dimensioning the surface structure of the metal emitter.
  • the metallic surface structure of the metal emitter can have a variety of possible design forms in the present invention. Basically, this surface structure is a periodic microstructure in the form of an arrangement of lamellae, cylinders or similar raised structural elements on a flat or approximately flat surface. With thermal excitation, resonances form there, so-called plasmon resonances, on the basis of which certain photons are preferably emitted.
  • the surface structure also referred to below as the surface lattice due to the periodic configuration, can be connected directly to the base body or applied over the coating according to the invention, so that it is not connected to the base body
  • the base body and surface structure can be formed from the same or from different materials.
  • the surface structure is in direct contact with the base body.
  • the spaces are formed by depressions between a plurality of bumps on the surface of the metal emitter.
  • the additional coating made of the temperature-stable material can only be formed on the bottom of the depressions or can completely or almost completely fill the depressions.
  • the coating can also be applied to the elevations, in which case either a coherent coating of the entire surface of the metal emitter or a non-coherent coating is present only on the elevations and within the depressions. All combinations have the advantage of diffusion inhibition of the metallic surface structure, so that the long-term stability of such a metal emitter is significantly increased compared to the known microstructured metal emitters of the prior art.
  • the surface structure is designed as a separate microstructured layer or layer sequence, the coating of the high-temperature stable material being applied between this layer and the metallic base body.
  • the surface of the microstructured layer can be exposed or can also be provided with the temperature-stable coating, so that it is completely surrounded by this coating. The latter case represents a particularly stable design of such a metal emitter.
  • All dielectrics and semiconductor materials which are characterized by the specified low evaporation rate at high temperatures are suitable as materials for the diffusion-inhibiting layer.
  • coating materials are metal oxides, such as Ce0 2 , Hf0 2 , Zr0 2 , carbon, many carbides, such as HfC, and borides, such as BC or HfB.
  • a metallic base body is provided with a metallic surface structure which has interspaces in a periodic arrangement, so that radiation emitted when the metal emitter is heated has an intensity distribution over a wavelength range which is influenced by the surface structure.
  • a coating of the temperature-stable material is applied to the base body, which at a temperature of 900 ° C, preferably 1000 ° C or above, an evaporation rate of less than 50 nm per year.
  • the generation of the metallic surface structure can take place by direct structuring of the surface of the metallic base body, so that the structure already mentioned arises from elevations and depressions in which the intermediate spaces are formed by the depressions.
  • the surface structure can also only be applied after application the temperature-stable coating on the base body are applied to this coating and structured accordingly, so that it has no direct contact with the metallic base body.
  • the surface structure can also be in the form of a so-called photonic crystal.
  • interference lithography is particularly suitable for generating the periodic structures or lattice structures of the surface structure.
  • a photoresist is exposed with the interference pattern of two or more overlapping coherent wave fields, both line and cross gratings being able to be realized as a microstructure.
  • the microstructure obtained with the aid of such a photolithographic process after the exposure and development of the photoresist forms the starting position for the further process steps.
  • the structure is transferred into the metallic base body by means of a suitable etching process, such as plasma etching, the photoresist structure or a further mask formed from this being able to serve as an etching mask.
  • the structure can also be produced in some other way, for example by galvanic application to a metal master and subsequent removal of the applied layer in the form of a film, or by other methods, such as, for example, CVD.
  • the coating with the temperature-stable layer can be carried out by various processes, such as electron beam evaporation, sputtering, CVD or by spinning on an emulsion. It is not necessary to heat the metallic base body during the coating.
  • the metal emitter according to the invention can be used in particular in thermophotovoltaics, in which there is the possibility of efficient power generation by implementing so-called low-bandgap cells.
  • the preferred emitted wavelength range can be largely freely selected in coordination with the selected photovoltaic cell in the present metal emitter. It depends primarily on the structural parameters of the grid or the surface structure and on the nature and thickness of the coating.
  • the present metal emitter is also suitable for the use of gas sensors.
  • Determination of the C0 concentration is used, for example, to enable fresh air to be supplied to heated buildings as required.
  • C0 concentrations are also monitored in the area of process control in the beverage industry, the chemical industry and in agriculture. Such monitoring may be necessary for security reasons, for example.
  • By precisely maintaining a C0 2 content that is optimal for the process some processes can also be operated more economically.
  • C0 2 sensors can so far fail due to the high cost of the sensors, because inexpensive and suitable IR radiation sources used in the Usually emit required wavelength of 4.3 microns, are hardly available.
  • Replicated microstructured metal emitters according to the present invention represent a possibility of realizing relatively inexpensive, narrow-band and stable emitters for such C0 sensors.
  • FIG. 1 shows a profile of a one-dimensionally structured metal emitter of the prior art before and after a longer thermal treatment
  • FIG. 2 shows a profile of a one-dimensionally structured metal emitter with a diffusion-inhibiting coating applied according to the invention
  • FIG. 3 schematically shows a plurality of design variants of the present metal emitter in a cross-sectional view
  • 5 shows the shape of a one-dimensionally structured metal emitter after a longer heat treatment
  • 6 shows the structure of a two-dimensionally structured metal emitter before and after a heat treatment
  • the metallic surface structure 2 is formed in the surface of the metallic base body 1 and consists of parallel webs as elevations 2b, between which spaces 2a form depressions.
  • the emission spectrum of the metal emitter can be specifically influenced by a suitable choice of the structure depth and period of this surface structure. In the example shown, a period of approximately 1.4 ⁇ m has been selected for the surface structure.
  • the picture represents a metal emitter as is known from the prior art.
  • a diffusion-inhibiting coating 3 is placed at least in the spaces 2a of the surface structure 2 or between the metallic base body 1 and the surface structure 2.
  • 2 shows an example of such an embodiment, in which the profile of a one-dimensionally structured tungsten emitter with a 50 nm thick vapor-deposited hafnium dioxide layer is shown as a temperature-stable coating 3.
  • the figure shows only a section of a depression or an intermediate space 2a between two elevations 2b of the surface structure 2. Both the flat areas and the flanks of the structure are covered by the dielectric coating 3 in this example.
  • the coating can take place without specific requirements for the isotropy of the process. It is important for the coating that the periodic microstructure then has a closed covering by the coating 3, at least on the horizontally running structural areas.
  • the 3 shows different design variants of the present metal emitter.
  • the partial illustrations a to c show configurations in which the surface structure 2 is connected directly to the metallic base body 1.
  • the diffusion-inhibiting coating device 3 for example, only be formed in the spaces 2a or depressions.
  • the depressions are preferably almost completely filled with the coating 3 (FIG. 3b).
  • the coating 3 is only on the horizontal structural areas, i.e. provided on the elevations 2b and in the bottom region of the depressions.
  • the layer is made thinner than in the embodiment variant of FIG. 3b.
  • the entire surface structure is coherently covered with the diffusion-inhibiting coating 3, as is illustrated by FIG. 3c.
  • the metallic surface structure 2 is formed separately from the metallic base body 1. This configuration is indicated by FIGS. 3d and 3e.
  • the metallic surface structure 2 is in this case formed by a separate layer which is applied to the diffusion-inhibiting coating 3 or embedded therein (FIG. 3d).
  • the diffusion-inhibiting coating 3 is therefore first applied to the metallic base body 1 and then a metallic structure is applied to the diffusion-inhibiting coating 3, so that the configuration shown in FIG. 3d is obtained.
  • the surface structure 2, which can also be formed by a photonic crystal is completely enclosed by the coating 3.
  • a photoresist layer 4 is applied to a metallic base body 1 made of tungsten and exposed using an interference lithography method (FIG. 4a).
  • the photoresist layer 4 is then developed, so that a photoresist mask 5 remains on the metallic base body 1, which specifies the period of the surface structure to be produced (FIG. 4b).
  • This photoresist mask 5 is prepared with an etching-selective mask, in the present case made of chromium, for a subsequent plasma etching process (FIG. 4c).
  • the etching mask 6 remains on the base body 1 as a negative image of the resist structure (FIG. 4d).
  • the periodic structure is transferred into the surface of the base body 1 by plasma etching or reactive ion etching, for example using SF 6 .
  • a conventional selective metal emitter consisting of the metallic base body 1 with the metallic surface structure 2 applied thereon (FIG. 4e).
  • a diffusion-inhibiting coating 3 made of Hf0 is applied to the entire surface of this surface structure 2 by electron beam evaporation, so that both the elevations and the depressions of the surface structure 2 are covered (FIG. 4f).
  • the Manufacturing process for the metal emitter according to the invention ended, which has a structure as has already been shown in FIG. 2.
  • FIG. 5 shows an example of a surface structure of a metal emitter produced in this way, which was subsequently exposed to a temperature of 1200 ° C. for 186 hours in vacuo.
  • the thin layer 3 applied crystallizes out and a granulate structure is formed. After this primary change, however, a stable state arises. The existing surface relief is no longer destroyed. Only the coated material on the vertical flanks of the structural lamellas migrates into the structural trench and forms the typical granule structure observed there. By maintaining the basic structure of the surface, however, the desired influence on the emission spectrum is still achieved even after this long operating time.
  • FIG. 6 finally shows an example of a two-dimensionally structured tungsten emitter in the original state (in the left partial illustration in plan view) and after coating with a 25 nm thick diffusion-inhibiting layer 3 made of Hf0 and a 176 hour glow at 1200 ° C. in a vacuum.
  • the granulate structure of the coating 3 formed can be seen on the one hand, and on the other hand that the surface structure has not changed as a result.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Metall­emitter aus einem metallischen Grundkörper (1) und einer metallischen-Oberflächenstruktur (2) mit Zwischenräumen (2a) in periodischer Anordnung, der bei einer Aufheizung Strahlung mit einer durch die Oberflächenstruktur (2) beeinflussten Intensitäts­verteilung über einen Wellenlängenbereich emittiert, sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung. Der Metallemitter zeichnet sich dadurch aus, dass in den Zwischenräumen (2a) der metallischen Oberflächen­struktur (2) und/oder zwischen der Oberflächenstruktur (2) und dem metallischen Grundkörper (1) eine Beschichtung aus einem temperaturstabilen Material auf dem Grundkörper (1) aufgebracht ist, das bei einer Temperatur von 900°C bzw. von 1000° C oder darüber eine Abdampfrate von weniger als 50 nm pro Jahr aufweist. Der vorgeschlagene Metallemitter weist eine hohe Langzeitstabilität auf.

Description

Hochtemperaturstabiler Metallemitter sowie Verfahren zur Herstellung
Technisches Anwendungsgebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Metallemitter aus einem metallischen Grundkörper und einer metallischen Oberflächenstruktur mit Zwischenräumen in periodischer Anordnung, der bei einer Aufheizung Strahlung mit einer durch die Oberflächenstruktur beeinflussten Intensitätsverteilung über einen Wellenlängenbereich emittiert, sowie ein Verfahren zur Herstellung dieses Metallemitters.
Metallemitter dienen der Erzeugung elektromagnetischer Strahlung, vorzugsweise im sichtbaren und infraroten Spektralbereich. Die Strahlungsemission wird durch die Aufheizung des Metallemitters auf Tempera- turen im Bereich um und oberhalb von 1000° C hervorgerufen. Derartige Metallemitter, die auch als heisse Strahler bezeichnet werden, finden vor allem in der Thermophotovoltaik (TPV) Anwendung. Ein weiteres Anwendungsgebiet liegt auf dem Gebiet der Gassensorik, auf dem die Metallemitter herkömmliche Infrarot-Emitter bzw. -filter ersetzen können.
In der Thermophotovoltaik wird thermische Strahlung vorzugsweise im infraroten Spektralbereich erzeugt und in einer Photovoltaikzelle in elektrische
Energie umgewandelt. Der Metallemitter wird dabei mit einer Wärmequelle, beispielsweise einem Propangasbrenner, aufgeheizt, um eine Emission thermischer Strahlung zu erreichen. Der Wirkungsgrad der Energiekonversion in der Thermophotovoltaik wurde in den letzten Jahren durch die Entwicklung von Photovoltaik- zellen mit niederer Bandlücke deutlich erhöht. Ein ausreichend hoher Wirkungsgrad ist jedoch nur möglich, wenn der Metallemitter selektiv strahlt, so dass das Emissionsspektrum an die charakteristische Bandkante des Halbleitermaterials der Photovoltaikzelle angepasst ist.
Stand der Technik
Die DE 43 06 240 AI beschreibt einen Metallemitter mit einer metallischen Oberflächenstruktur mit Zwischenräumen in periodischer Anordnung, die auf einem Grundkörper aus einem nichtmetallischen Material aufgebracht ist. Die metallische Oberflächenstruktur ist hierbei beispielsweise als gitterförmiger Heizmäander ausgestaltet. Weiterhin wird vorgeschlagen, die Oberfläche des Heizmäanders mit einem Material zu beschichten, das die Schwarzkörperstrahlung des Mäanders verbessert.
Aus der DE 198 45 423 AI ist ein Metallemitter aus einem metallischen Grundkörper und einer metallischen Oberflächenstruktur mit Zwischenräumen in periodischer Anordnung bekannt, der bei einer Aufheizung Strahlung mit einer durch die Oberflächenstruktur beeinflussten Intensitätsverteilung über einen Wellenlängenbereich emittiert. Durch die mikrostrukturierte Oberfläche dieses Metallemitters lässt sich das Emissionsspektrum bei vorgegebener Temperatur beeinflussen, so dass sich durch geeignete Wahl der Oberflächenstruktur eine Anpassung an die Empfindlichkeit einer in der Thermo- photovoltaik eingesetzten Photovoltaikzelle erreichen lässt. Das Prinzip der Beeinflussung des Emissionsspektrums durch eine Mikrostrukturierung der Oberfläche basiert auf der Anregung von Resonanzen (Plasmonen) an der Metalloberfläche oder auf der Entspiegelung durch ein durch die Oberflächenstruktur gebildetes Oberflächengitter mit vergleichsweise kleiner Periode. Die Herstellung einer derartigen mikrostrukturierten Oberflächenstruktur kann mittels geeigneter photolitho- grafischer Verfahren, wie beispielsweise Kontaktbelichtungsverfahren, Interferenzlithografie oder LIGA-Verfahren, und anschließendem Plasmaätzen erfolgen. Das Resultat ist ein periodisches Oberflächenrelief in einer oder zwei Dimensionen, das die Gestalt von Lamellen bzw. einem Vertiefungsmuster besitzt. Die Periode bewegt sich hierbei zwischen 0,1 und 10 μm. Durch geeignete Wahl der Form, Tiefe und Periode der Oberflächenstruktur lässt sich das Emissionsspektrum des Metallemitters gezielt beeinflussen.
Für den Einsatz eines derartigen bekannten selektiven Metallemitters in einem TPV-Generator oder einem Sensoriksystem, muss der Metallemitter bei hoher Temperatur betrieben werden, um eine ausreichende Leistungsdichte zu erzeugen. Typische Werte liegen im Bereich von 1000 bis 2000° C in der Thermophotovoltaik und um 900° C in der Gassensorik. Diese hohen Temperaturen führen jedoch zu einer relativ schnellen Zerstörung der Oberflächenmikrostruktur der Metallemitter, so dass die beabsichtigte Beeinflussung des Emissionsspektrums schnell an Wirkung verliert. Untersuchungen haben gezeigt, dass selbst die Oberflächenstruktur von Metallemittern aus hochschmelzenden Metallen wie Wolfram bei Temperaturen oberhalb von 1000°C bereits nach wenigen Stunden derart verändert sind, dass die gewünschte Beeinflussung des Emissionsspektrums nicht mehr auftritt. Die Lebensdauer dieser selektiven Metallemitter ist daher stark begrenzt.
Ausgehend von diesem Stand der Technik besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, einen Hochtemperatur-stabilen selektiven Metallemitter sowie ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Emitters anzugeben, der im Einsatz eine hohe Langzeitstabilität aufweist.
Darstellung der Erfindung Die Aufgabe wird mit dem Metallemitter sowie dem Verfahren gemäß den Patentansprüchen 1 bzw. 13 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Metallemitters sowie des Verfahrens sind Gegenstand der Unteransprüche oder lassen sich aus der nachfolgenden Beschreibung und den Ausführungsbeispielen entnehmen.
Der vorliegende selektive Metallemitter besteht aus einem metallischen Grundkörper und einer metallischen Oberflächenstruktur mit Zwischenräumen in periodischer Anordnung. Als Grundkörper wird hierbei auch eine metallische Schicht auf einem Träger angesehen, die eine Schichtdicke von einem Vielfachen der Strukturperiode der Oberflächenstruktur aufweist. Die Oberflächenstruktur ist derart ausgebildet, dass bei einer Aufheizung des Metallemitters Strahlung mit einer durch die Oberflächenstruktur beeinflussten Intensitätsverteilung über einen Wellenlängenbereich emittiert wird, d.h. dass das Emissionsspektrum des Metallemitters durch die Oberflächenstruktur beeinflusst wird. Die Oberflächenstruktur muss hierbei eine geeignete Periodizität in einer, zwei oder drei Dimensionen sowie eine geeignete Strukturtiefe aufweisen, wie dies bereits in der genannten DE 198 45 423 AI näher beschrieben ist. Der vorliegende Metallemitter zeichnet sich dadurch aus, dass in den Zwischenräumen der metallischen Oberflächenstruktur und/oder zwischen der Oberflächenstruktur und dem metallischen Grundkörper eine Beschichtung aus einem temperaturstabilen Material auf den Grundkörper aufgebracht ist, das bei einer Temperatur von 900°C (für Anwendungen in der Gassensorik) , vorzugsweise bei einer Temperatur von 1000° C oder darüber (für Anwendungen in der TPV) , eine Abdampfrate von weniger als 50 nm pro Jahr unter Betriebsbedingungen, d.h. im Vakuum, unter Schuztgasatmosphäre oder an Luft, aufweist. Die Oberflächenstruktur kann hierbei direkt mit dem metallischen Grundkörper verbunden sein, beispielsweise durch eine geeignete Oberflächenstruk- turierung dieses Grundkörpers, oder durch die erfindungsgemäße Beschichtung von diesem Grundkörper getrennt sein. In diesem Falle besteht die Oberflächenstruktur aus einer strukturierten metallischen Schicht oder Schichtfolge auf der Hochtemperatur-stabilen
Beschichtung. Die Strukturtiefe und/oder Periode der Oberflächenstruktur liegt hierbei vorzugsweise im Bereich zwischen 0,1 und 10 μm, um die gewünschten Effekte herbeizuführen.
Bei der Ausgestaltung des vorliegenden Metallemitters wurde erkannt, dass die verminderte Langzeitstabilität der bekannten selektiven Metallemitter des Standes der Technik in erster Linie auf das Phänomen der Diffusion an deren Oberfläche bei hohen Temperaturen zurückzuführen ist. Die thermische Beweglichkeit nimmt mit steigender Temperatur schnell zu und erreicht für Oberflächendiffusion bereits bei einem Bruchteil der Schmelztemperatur endliche Diffusionsraten, die relativ schnell zur Zerstörung der MikroStrukturen an der Oberfläche führen können. Dies betrifft besonders die Oberflächenstruktur der hier eingesetzten Metall- emitter, bei der die Strukturparameter wie Gitterperiode, Strukturtiefe, Füllfaktoren, Profilbeschaffenheit usw. sehr genau aufeinander abgestimmt sein müssen, um die gewünschte Selektivität der thermischen Emission zu erreichen. Weiterhin kann in der Ober- flächenstruktur eine interne Gefügeumwandlung und
Rekristallisation auftreten, die ebenfalls zur Störung der Struktur führt .
Bei der vorliegenden Erfindung wird die, struk- turierte Metalloberfläche mit einer zusätzlichen
Schicht aus einem temperaturstabilen Material versehen, das bei einer Temperatur von 900°C, vorzugsweise von 1000° C oder darüber, eine Abdampfrate von < 50 nm pro Jahr aufweist. Durch diese zusätzliche Beschichtung in den Zwischenräumen bzw. zwischen dem Grundkörper und der Oberflächenstruktur wird die thermische Beweglichkeit der Metallatome in der Oberflächenstruktur drastisch herabgesetzt. Durch die Verlangsamung der thermisch bedingten Oberflächenumordnung bei hohen Temperaturen wird die Stabilität der Oberflächenstruktur deutlich erhöht. Diese als diffusionshemmende Schicht wirkende Beschichtung, die vorzugsweise eine Schichtdicke von 20 bis 300 nm aufweist, führt daher zu einer deutlichen Erhöhung der Langzeitstabilität des Metallemitters. In gleicher Weise wird durch die Beschichtung die interne Gefügeumwandlung und Rekristallisation gehemmt und somit ebenfalls die Langzeit- Stabilität erhöht. Die Beschichtung dient somit zur Formstabilisierung der Oberflächenmikrostruktur im Betriebszustand des Metallemitters und besteht bevorzugt aus einem Material, das bei Betriebstemperatur formstabiler ist als die Oberflächen- mikrostruktur. Eine möglicherweise auftretende Veränderung der optischen Eigenschaften des Metallemitters durch die aufgebrachte temperaturstabile Beschichtung kann bei der Dimensionierung der Oberflächenstruktur des Metallemitters bereits berücksichtigt werden.
Die metallische Oberflächenstruktur des Metallemitters kann bei der vorliegenden Erfindung eine Vielzahl von möglichen Gestaltungsformen aufweisen. Grundsätzlich stellt diese Oberflächenstruktur eine periodische Mikrostruktur in Form einer Anordnung von Lamellen, Zylindern oder ähnlichen erhabenen Strukturelementen auf einer ebenen oder annähernd ebenen Fläche dar. Bei thermischer Anregung bilden sich dort Resonanzen aus, sogenannte Plasmon-Resonanzen, aufgrund derer bestimmte Photonen bevorzugt emittiert werden. Die Oberflächenstruktur, im Folgenden aufgrund der periodischen Ausgestaltung auch als Oberflächengitter bezeichnet, kann direkt mit dem Grundkörper verbunden oder über der erfindungsgemäßen Beschichtung aufge- bracht sein, so dass sie nicht mit dem Grundkörper in
Kontakt ist. Grundkörper und Oberflächenstruktur können dabei aus dem gleichen oder auch aus unterschiedlichen Materialien gebildet sein. Bei einer Ausgestaltung des vorliegenden Metallemitters ist die Oberflächenstruktur in direktem Kontakt mit dem Grundkörper. In diesem Falle werden die Zwischenräume durch Vertiefungen zwischen einer Vielzahl von Erhebungen an der Oberfläche des Metallemitters gebildet. Die zusätzliche Beschichtung aus dem temperaturstabilen Material kann dabei lediglich am Boden der Vertiefungen ausgebildet sein oder die Vertiefungen auch vollständig oder nahezu vollständig ausfüllen. In Kombination mit beiden Alternativen kann die Beschichtung auch auf den Erhebungen aufgebracht sein, wobei dann entweder eine zusammenhängende Beschichtung der gesamten Oberfläche des Metallemitters oder eine nicht zusammenhängende Beschichtung nur auf den Erhebungen und innerhalb der Vertiefungen vorliegt . Sämtliche Kombinationen weisen den Vorteil einer Diffusionshemmung der metallischen Oberflächenstruktur auf, so dass sich die Langzeitstabilität eines der- artigen Metallemitters gegenüber den bekannten mikrostrukturierten Metallemittern des Standes der Technik deutlich erhöht .
In einer weiteren Ausgestaltung ist die Ober- flächenstruktur als eine separate mikrostrukturierte Schicht oder Schichtfolge ausgebildet, wobei zwischen dieser Schicht und dem metallischen Grundkörper die Beschichtung aus dem Hochtemperatur-stabilen Material aufgebracht ist. Die Oberfläche der mikrostrukturierten Schicht kann dabei frei liegen oder ebenfalls mit der temperaturstabilen Beschichtung versehen sein, so dass sie vollständig von dieser Beschichtung umgeben ist. Der letztere Fall stellt eine besonders stabile Ausbildung eines derartigen Metallemitters dar.
Als Materialien für die diffusionshemmende Schicht kommen sämtliche Dielektrika und Halbleitermaterialien in Frage, die sich durch die angegebene geringe Abdampfrate bei hohen Temperaturen auszeichnen. Beispiele für derartige Beschichtungsmaterialien sind Metalloxide, wie beispielsweise Ce02, Hf02, Zr02, Kohlenstoff, viele Carbide, wie beispielsweise HfC, sowie Boride, wie beispielsweise BC oder HfB.
Bei dem vorliegenden Verfahren zur Herstellung des Metallemitters wird ein metallischer Grundkörper mit einer metallischen Oberflächenstruktur versehen, die in periodischer Anordnung Zwischenräume aufweist, so dass bei einer Aufheizung des Metallemitters emittierte Strahlung eine durch die Oberflächenstruktur beein- flusste Intensitätsverteilung über einen Wellenlängen- bereich aufweist. In den Zwischenräumen der metallischen Oberflächenstruktur und/oder zwischen der Oberflächenstruktur und dem metallischen Grundkörper wird eine Beschichtung aus dem temperaturstabilen Material auf den Grundkörper aufgebracht, das bei einer Temperatur von 900°C, vorzugsweise von 1000° C oder darüber, eine Abdampfrate von weniger als 50 nm pro Jahr aufweist. Die Erzeugung der metallischen Oberflächenstruktur kann dabei durch direkte Strukturierung der Oberfläche des metallischen Grundkörpers erfolgen, so dass die bereits erwähnte Struktur aus Erhebungen und Vertiefungen entsteht, bei der die Zwischenräume durch die Vertiefungen gebildet sind. Die Oberflächenstruktur kann auch erst nach dem Aufbringen der temperaturstabilen Beschichtung auf dem Grundkörper auf diese Beschichtung aufgebracht und entsprechend strukturiert werden, so dass sie keinen direkten Kontakt zum metallischen Grundkörper aufweist. Grund- stätzlich kann die Oberflächenstruktur auch in Form eines so genannten photonischen Kristalls ausgebildet sein.
Neben anderen strukturgebenden Verfahren, wie beispielsweise LIGA, Projektions- oder Kontaktbelichtungsverfahren, eignet sich zur Erzeugung der periodischen Strukturen bzw. Gitterstrukturen der Oberflächenstruktur insbesondere die Interferenzlithografie. Bei dieser relativ kostengünstigen Technik wird ein Photoresist mit dem Interferenzmuster zweier oder mehrerer sich überlagernder kohärenter Wellenfelder belichtet, wobei sowohl Linien- als auch Kreuzgitter als Mikrostruktur realisiert werden können. Die mit Hilfe eines derartigen photolithografischen Verfahrens nach der Belichtung und Entwicklung des Photoresists erhaltene Mikrostruktur bildet die Ausgangsposition für die weiteren Verfahrensschritte. Die Struktur wird durch einen geeigneten Ätzprozess, wie beispielsweise Plasmaätzen, in den metallischen Grundkörper über- tragen, wobei die Photoresiststruktur oder eine weitere aus dieser gebildete Maske als Ätzmaske dienen kann. Selbstverständlich lässt sich die Erzeugung der Struktur auch anderweitig, beispielsweise durch galvanisches Aufbringen auf einen Metallmaster und anschließendes Abziehen der aufgebrachten Schicht in Form einer Folie oder durch andere Verfahren, wie beispielsweise CVD, realisieren. Die Beschichtung mit der temperaturstabilen Schicht kann durch unterschiedliche Prozesse, wie beispielsweise Elektronenstrahlverdampfung, Sputtern, CVD oder durch Aufschleudern einer Emulsion erfolgen. Eine Erhitzung des metallischen Grundkörpers während der Beschichtung ist dabei nicht erforderlich.
Der erfindungsgemäße Metallemitter lässt sich insbesondere in der Thermophotovoltaik einsetzen, in der durch Realisierung sogenannter Low-Bandgap-Zellen die Möglichkeit einer effizienten Stromerzeugung besteht. Der bevorzugt emittierte Wellenlängenbereich kann in Abstimmung mit der gewählten Photovoltaikzelle beim vorliegenden Metallemitter weitgehend frei gewählt werden. Er hängt primär von den Strukturparametern des Gitters bzw. der Oberflächenstruktur und von der Beschaffenheit und der Dicke der Beschichtung ab.
Auch für den Einsatz von Gassensoren bietet sich der vorliegende Metallemitter an. Gassensoren zur
Bestimmung der C0-Konzentration werden beispielsweise eingesetzt, um eine bedarfsgerechte Frischluftzufuhr bei beheizten Gebäuden zu ermöglichen. Auch im Bereich der Prozesskontrolle in der Getränkeindustrie, der chemischen Industrie sowie in der Landwirtschaft werden C0-Konzentrationen überwacht. Eine derartige Überwachung kann beispielsweise aus Sicherheitsgründen notwendig sein. Durch das exakte Einhalten eines für den Prozess optimalen C02-Gehalts können manche Prozesse außerdem wirtschaftlicher betrieben werden.
Ein breiter Einsatz von C02-Sensoren kann bisher an den hohen Kosten der Sensoren scheitern, da preiswerte und geeignete IR-Strahlungsquellen, die bei der in der Regel erforlderlichen Wellenlänge von 4,3 μm emittieren, kaum erhältlich sind. Replizierte mikrostrukturierte Metallemitter gemäß der vorliegenden Erfindung stellen eine Möglichkeit dar, relativ kostengünstige, schmalbandige und stabile Emitter für derartige C0- Sensoren zu realisieren.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den
Zeichnungen nochmals kurz erläutert. Hierbei zeigen:
Fig. 1 ein Profil eines eindimensional strukturierten Metallemitters des Standes der Technik vor und nach einer längeren thermischen Behandlung;
Fig. 2 ein Profil eines eindimensional strukturierten Metallemitters mit einer erfindungsgemäß aufgebrachten diffusionshemmenden Beschichtung;
Fig. 3 schematisch mehrere Ausgestaltungsvarianten des vorliegenden Metall- emitters in Querschnittsansicht;
Fig. 4 beispielhafte Verfahrensschritte zur Herstellung des erfindungsgemäßen Metallemitters ;
Fig. 5 die Gestalt eines eindimensional strukturierten Metallemitters nach einer längeren Wärmebehandlung; Fig. 6 die Struktur eines zweidimensional strukturierten Metallemitters vor und nach einer Wärmebehandlung; und
Fig. 7 ein Vergleich der Reflexionsspektren eines erfindungsgemäßen Metallemitters und einer planen Referenzprobe .
Wege zur Ausführung der Erfindung
Fig. 1 zeigt ein Beispiel eines eindimensional strukturierten Metallemitters im linken Teil der Figur, bei dem die Oberflächenstruktur 2 direkt mit dem metal- lischen Grundkörper 1 verbunden ist. Die metallische Oberflächenstruktur 2 ist dabei in der Oberfläche des metallischen Grundkörpers 1 ausgebildet und besteht aus parallelen Stegen als Erhebungen 2b, zwischen denen Zwischenräume 2a Vertiefungen bilden. Durch eine geeignete Wahl der Strukturtiefe und Periode dieser Oberflächenstruktur lässt sich das Emissionsspektrum des Metallemitters gezielt beeinflussen. Im dargestellten Beispiel ist eine Periode von etwa 1,4 μm für die Oberflächenstruktur gewählt. Das Bild repräsentiert einen Metallemitter, wie er aus dem Stand der Technik bekannt ist.
Im Vergleich dazu ist im rechten Teil der Figur ein Bild des gleichen Metallemitters nach einer Glühzeit von 32 Stunden bei einer Temperatur von 1200°C im Vakuum zu erkennen. Eine derartige Temperatur entspricht in etwa der Betriebstemperatur des Metallemitters. In der Figur ist die Zerstörung der Oberflächenstruktur deutlich zu erkennen. Das Profil ist fast vollständig zerstört, so dass auch die gewünschte Beeinflussung des Emissionsspektrums nicht mehr auftritt.
Um die Langzeitstabilität eines derartigen Metallemitters zu erhöhen, wird beim Metallemitter der vorliegenden Erfindung eine diffusionshemmende Beschichtung 3 zumindest in die Zwischenräume 2a der Oberflächenstruktur 2 oder zwischen den metallischen Grundkörper 1 und die Oberflächenstruktur 2 gebracht. Fig. 2 zeigt ein Beispiel für eine derartige Ausgestaltung, in der das Profil eines eindimensional strukturierten Wolfram-Emitters mit einer 50 nm dicken aufgedampften Hafniumdioxidschicht als temperatur- stabile Beschichtung 3 dargestellt ist. Die Figur zeigt lediglich einen Ausschnitt aus einer Vertiefung bzw. einem Zwischenraum 2a zwischen zwei Erhebungen 2b der Oberflächenstruktur 2. Sowohl die ebenen Areale als auch die Flanken der Struktur sind in diesem Beispiel von der dielektrischen Beschichtung 3 bedeckt. Die Beschichtung kann hierbei ohne spezifische Anforderungen an die Isotropie des Vorgangs erfolgen. Wichtig für die Beschichtung ist, dass die periodische Mikrostruktur danach zumindest auf den horizontal verlaufenden Strukturarealen eine geschlossene Bedeckung durch die Beschichtung 3 aufweist.
Fig. 3 zeigt unterschiedliche Ausgestaltungsvarianten des vorliegenden Metallemitters. Die Teil- abbildungen a bis c zeigen hierbei Ausgestaltungen, bei denen die Oberflächenstruktur 2 direkt mit dem metallischen Grundkörper 1 verbunden ist. Bei diesen Ausgestaltungen kann die diffusionshemmende Beschich- tung 3 beispielsweise nur in den Zwischenräumen 2a bzw. Vertiefungen ausgebildet sein. Bei dieser Ausgestaltung sind die Vertiefungen vorzugsweise nahezu vollständig mit der Beschichtung 3 aufgefüllt (Fig. 3b) .
In einer anderen Variante, wie sie in Fig. 3a dargestellt ist, ist die Beschichtung 3 lediglich auf den horizontalen Strukturbereichen, d.h. auf den Erhebungen 2b und im Bodenbereich der Vertiefungen vorgesehen. Die Schicht ist hierbei dünner ausgestaltet als bei der Ausgestaltungsvariante der Fig. 3b.
In einer weiteren Ausgestaltung ist die gesamte Oberflächenstruktur mit der diffusionshemmenden Beschichtung 3 zusammenhängend überdeckt, wie dies durch die Fig. 3c veranschaulicht ist.
In einer anderen Ausgestaltung des vorliegenden Metallemitters ist die metallische Oberflächenstruktur 2 getrennt vom metallischen Grundkörper 1 ausgebildet. Diese Ausgestaltung ist durch die Fig. 3d und 3e angedeutet. Die metallische Oberflächenstruktur 2 wird hierbei durch eine gesonderte Schicht gebildet, die auf der diffusionshemmenden Beschichtung 3 aufgebracht oder in diese eingebettet ist (Fig. 3d) . Bei der Herstellung eines derartigen Metallemitters wird daher zunächst die diffusionshemmende Beschichtung 3 auf den metallischen Grundkörper 1 und anschließend eine metallische Struktur auf die diffusionshemmende Beschichtung 3 aufge- bracht, so dass die in Fig. 3d dargestellte Ausgestaltung erhalten wird. Bei der Ausgestaltung der Fig. 3e wird die Oberflächenstruktur 2, die auch durch einen photonischen Kristall gebildet sein kann, völlig von der Beschichtung 3 umschlossen.
Fig. 4 zeigt beispielhaft verschiedene Verfahrensschritte zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Metallemitters. Zunächst wird auf einen metallischen Grundkörper 1 aus Wolfram eine Photoresistschicht 4 aufgebracht und mit einem Interferenz-Lithografie- Verfahren belichtet (Fig. 4a) . Anschließend wird die Photoresistschicht 4 entwickelt, so dass eine Photo- resistmaske 5 auf dem metallischen Grundkörper 1 zurückbleibt, die die Periode der zu erzeugenden Oberflächenstruktur vorgibt (Fig. 4b) . Diese Photo- resistmaske 5 wird mit einer ätzselektiven Maske, im vorliegenden Fall aus Chrom, für einen anschließenden Plasmaätzprozess präpariert ( Fig. 4c) . Nach dem Lift- Off der Photoresiststruktur 5 bleibt die Ätzmaske 6 als Negativbild der Resiststruktur auf dem Grundkörper 1 zurück (Fig. 4d) . Durch Plasmaätzen oder reaktives Ionenätzen, beispielsweise mit SF6, wird die periodische Struktur in die Oberfläche des Grundkörpers 1 übertragen. Nach der Entfernung der Ätzmaske 6 liegt ein herkömmlicher selektiver Metallemitter, bestehend aus dem metallischen Grundkörper 1 mit der darauf aufgebrachten metallischen Oberflächenstruktur 2 vor (Fig. 4e) . Auf diese Oberflächenstruktur 2 wird schließlich durch Elektronenstrahlverdampfung eine diffusionshemmende Beschichtung 3 aus Hf0 ganzflächig aufgebracht, so dass sowohl die Erhebungen als auch die Vertiefungen der Oberflächenstruktur 2 bedeckt sind (Fig. 4f) . Nach diesem Verfahrensschritt ist der Herstellungsprozes für den erfindungsgemäßen Metallemitter beendet, der eine Struktur aufweist, wie sie bereits in der Fig. 2 dargestellt wurde.
Fig. 5 zeigt ein Beispiel für eine derart hergestellte Oberflächenstruktur eines Metallemitters, die anschließend einer Temperatur von 1200°C für 186 Stunden im Vakuum ausgesetzt wurde. Die dünne aufgebrachte Schicht 3 kristallisiert dabei aus und es bildet sich eine Granulatstruktur. Nach dieser primären Veränderung stellt sich jedoch ein stabiler Zustand ein. Es findet keine feststellbare Zerstörung des vorhandenen Oberflächenreliefs mehr statt. Lediglich das beschichtete Material an den senkrechten Flanken der Strukturlamellen wandert in die Strukturgraben hinein und bildet dort die typische beobachtete Granulatstruktur. Durch die Beibehaltung der Grundstruktur der Oberfläche wird jedoch auch nach dieser langen Betriebszeit noch immer die gewünschte Beein- flussung des Emissionsspektrums erreicht.
Fig. 6 zeigt schließlich ein Beispiel eines zweidimensional strukturierten Wolframemitters im Originalzustand (in der linken Teilabbildung in Draufsicht) und nach dem Beschichten mit einer 25 nm dicken diffusionshemmenden Schicht 3 aus Hf0 und einem 176 stündigen Glühen bei 1200°C im Vakuum. Auch hierbei ist einerseits die gebildete Granulatstruktur der Beschichtung 3 zu erkennen und andererseits, dass sich die Oberflächenstruktur hierdurch nicht verändert hat.
Fig. 7 zeigt schließlich gemessene Reflexionsspektren einer derartigen Struktur für TM- und TE- Polarisation in ungete pertem Zustand, nach einer Temperungszeit von 24 Stunden bei 1200°C sowie nach einer Temperungszeit von 176 Stunden bei 1200°C im Vergleich zu einem planen Referenzkörper. Aus der Figur ist einerseits die deutliche Veränderung des
Reflexionsspektrums eines Metallemitters mit einer mikrostrukturierten Oberfläche im Vergleich zu einer planen Referenzprobe zu erkennen. Andererseits wird durch diese Messung deutlich, dass sich die Emissions- eigenschaften bzw. die Emissionsspektren des selektiven Metallemitters auch nach der langen Temperungszeit relativ zur planen Referenzprobe nur unwesentlich ändern. Der hierbei vermessene Metallemitter weist somit eine große Langzeitstabilität auf.
BEZUGSZEICHENLISTE
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Claims

Patentansprüche
1. Metallemitter aus einem metallischen Grundkörper
(1) und einer metallischen Oberflächenstruktur (2) mit Zwischenräumen (2a) in periodischer Anordnung, der bei einer Aufheizung Strahlung mit einer durch die Oberflächenstruktur (2) beeinflussten Intensitätsverteilung über einen Wellenlängenbereich emittiert, dadurch gekennzeichnet, dass in den Zwischenräumen (2a) der metallischen Oberflächenstruktur (2) und/oder zwischen der Oberflächenstruktur (2) und dem metallischen Grundkörper (1) eine Beschichtung (3) aus einem temperaturstabilen Material auf den Grundkörper (1) aufgebracht ist, das bei einer Temperatur von 900° C eine Abdampfrate von weniger als 50 nm/Jahr aufweist.
2. Metallemitter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (3) aus einem temperaturstabilen Material gebildet ist, das bei einer Temperatur von 1000° C oder darüber eine Abdampf- rate von weniger als 50 nm/Jahr aufweist.
3. Metallemitter nach Anspruch 1 oder 2 , dadurch gekennzeichnet, dass die metallische Oberflächenstruktur (2) direkt auf dem metallischen Grundkörper (1) ausgebildet ist, so dass eine Struktur aus Erhebungen (2b) und Vertiefungen vorliegt, bei der die Zwischenräume (2a) durch die Vertiefungen gebildet sind.
4. Metallemitter nach Anspruch 3 , dadurch gekennzeichnet, dass auch die Erhebungen (2b) mit der Beschichtung (3) aus dem temperaturstabilen Material versehen sind.
5. Metallemitter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenstruktur (2) vollständig von der Beschichtung (3) umschlossen ist.
6. Metallemitter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (3) aus einem dielektrischen oder halbleitenden Material gebildet ist.
7. Metallemitter nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (3) aus einem Material gebildet ist, das bei der Betriebstemperatur des Metallemitters keine Verbindung mit dem metallischen Material des Grundkörpers (1) und der Oberflächenstruktur (2) eingeht.
8. Metallemitter nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (3) eine Schichtdicke von 20 - 300 nm aufweist.
9. Metallemitter nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der metallische Grundkörper (1) und die metallische Oberflächenstruktur (2) aus einem Refraktärmetall, wie z.B. Wolfram, aus einem Stahl oder aus Platin bestehen.
10. Metallemitter nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenstruktur (2) eine Strukturtiefe und/oder Periode von 0,1 bis 10 μm aufweist.
11. Metallemitter nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (3) aus einem Metalloxid, Kohlenstoff, einem Carbid oder einem Borid gebildet ist.
12. Metallemitter nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (3) aus Ce02, Hf0 , Zr02, HfC, BC oder HfB gebildet ist.
13. Verfahren zur Herstellung eines Metallemitters, bei dem ein metallischer Grundkörper (1) mit einer metallischen Oberflächenstruktur (2) versehen wird, die in periodischer Anordnung Zwischenräume (2a) aufweist, so dass bei einer Aufheizung des Metallemitters emittierte Strahlung eine durch die Oberflächenstruktur (2) beeinflusste Intensitätsverteilung über einen Wellenlängenbereich aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass in den Zwischenräumen (2a) der metallischen Oberflächenstruktur (2) und/oder zwischen der Oberflächenstruktur (2) und dem metallischen Grundkörper (1) eine Beschichtung (3) aus einem temperaturstabilen Material auf den Grundkörper
(1) aufgebracht wird, das bei einer Temperatur von 900° C eine Abdampfrate von weniger als 50 nm/Jahr aufweist.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (3) aus einem temperaturstabilen Material aufgebracht wird, das bei einer Temperatur von 1000° C oder darüber eine Abdampf- rate von weniger als 50 nm/Jahr aufweist.
15. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, das Versehen des metallischen Grundkörpers (1) mit einer metallischen Oberflächenstruktur (2) durch direkte Strukturierung einer Oberfläche des metallischen Grundkörpers (1) erfolgt, so dass eine Struktur aus Erhebungen (2b) und Vertiefungen entsteht, bei der die Zwischenräume (2a) durch die Vertiefungen gebildet sind.
16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass auch die Erhebungen (2b) mit dem temperatur- stabilen Material beschichtet werden.
17. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Versehen des metallischen Grundkörpers (1) mit einer metallischen Oberflächenstruktur (2) durch ganzflächiges Aufbringen der Beschichtung (3) aus dem temperaturstabilen Material auf den Grundkörper (1) , Aufbringen einer metallischen Schicht auf die Beschichtung (3) und Strukturierung der metallsichen Schicht zur Erzeugung der Oberflächenstruktur (2) erfolgt.
18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass auf die Oberflächenstruktur (2) eine Schicht aus dem temperaturstabilen Material aufgebracht wird, so dass die Oberflächenstruktur (2) vollständig von der Beschichtung (3) umschlossen ist.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (3) aus einem dielektrischen oder halbleitenden Material gebildet wird.
20. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (3) aus einem Material gebildet wird, das bei der Betriebstemperatur des Metallemitters keine Verbindung mit dem metallischen Material des Grundkörpers (1) und der Oberflächenstruktur (2) eingeht.
21. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (3) mit einer Schichtdicke von 20 - 300 nm aufgebracht wird.
22. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenstruktur (2) mit einer Strukturtiefe und/oder Periode von 0,1 bis 10 μm erzeugt wird.
23. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (3) aus einem Metalloxid, Kohlenstoff, einem Carbid oder einem Borid gebildet wird.
24. Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (3) aus Ce02, Hf02, Zr02, HfC, BC oder HfB gebildet wird.
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