WO2010127808A1 - Schichtsystem mit barriereeigenschaften und einer strukturierten leitfähigen schicht, verfahren zum herstellen sowie verwendung eines solchen schichtsystems - Google Patents

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Matthias Fahland
John Fahlteich
Ulrich Todt
Christian Kirchhof
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Definitions

  • water vapor permeability (WVTR for short) the water vapor permeability measured at 23 0 C and 85% relative humidity and the term “oxygen permeability” (short : OTR) to understand the oxygen permeability measured at 23 0 C and 0% relative humidity.
  • a layer system according to the invention comprises a substrate on which at least one barrier layer and at least one electrically conductive layer are deposited, wherein the barrier layer is located between the substrate and the electrically conductive layer.
  • the electrically conductive layer is by means of wet-chemical etching processes This is possible because in an inventive vision system between the barrier layer and the electrically conductive layer, an intermediate layer is still deposited, which acts as Atz stop layer and thus the barrier layer during the wet-chemical Struktu ⁇ erens the electrical conductive layer protects Without an intermediate layer, etching could also chemically attack the barrier layer through the etching process, which would adversely affect the barrier properties of the layer system
  • the intermediate layer can be formed as a so-called sacrificial layer.
  • D h the intermediate layer is chemically modified by the etching agent during the etching process as well as the electrically conductive layer and is therefore removed during the etching process at least in an upper layer thickness range.
  • the intermediate layer formed as a sacrificial layer is so thick that In any case, the etchant does not have an etching or layer-removing effect on the underlying barrier layer.
  • a barrier layer As a barrier layer, all layers can be used, of which a barrier effect of the previously defined type is also known in the prior art.
  • a barrier layer of a layer system according to the invention can also be formed as a single layer or as a composite of at least two partial layers
  • the interlayer of a layer system according to the invention is to be formed with a layer thickness in a range from 10 nm to 300 nm. From 10 nm layer thickness for the intermediate layer, good protection for the underlying barrier layer is already achieved in structuring the electrically conductive layer, so that the barrier properties of the barrier layer. Although a layer with an even greater layer thickness than 300 nm also fulfills the purpose of an etch-stop layer, it is not required for this purpose and has only an impairing effect on the flexibility of the layer system
  • electrically conductive layer materials which are also used in the prior art for electrically conductive layers.
  • materials which are also used in the prior art for electrically conductive layers are particularly suitable for this purpose.
  • conductive oxides such as ITO, because conductive oxides can also be deposited in transparent form

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Schichtsystem, umfassend ein Substrat (1), auf welchem zunächst mindestens eine Barriereschicht (2), gefolgt von einer als Ätz-Stopp-Schicht wirkenden Zwischenschicht (3) und anschließend mindestens eine elektrisch leitfähige Schicht (4) abgeschieden sind und wobei die elektrisch leitfähige Schicht (4) mit nasschemischen Ätzmitteln strukturiert ist. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Herstellen sowie Verwendungen eines solchen Schichtsystems.

Description

Schichtsystem mit Barriereeigenschaften und einer strukturierten leitfähigen Schicht, Verfahren zum Herstellen sowie Verwendung eines solchen Schichtsystems
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein Schichtsystem, welches ein Substrat, eine Barriereschicht und eine strukturierte, elektrisch leitfähige Schicht umfasst, wobei die Barriereschicht eine Sperrwirkung gegenüber Wasserdampf und Sauerstoff ausübt. Des Weiteren offenbart die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen sowie Verwendungen eines solchen Schichtsystems.
Wenn keine zusätzlichen Angaben zur Temperatur und zur relativen Luftfeuchte angegeben sind, so ist im Folgenden unter dem Begriff „Wasserdampfdurchlässigkeit" (kurz: WVTR) die Wasserdampfdurchlässigkeit gemessen bei 23 0C und 85 % relativer Luftfeuchte und unter dem Begriff „ Sauerstoff durchlässigkeit" (kurz: OTR) die Sauerstoffdurchlässigkeit gemessen bei 23 0C und 0 % relativer Luftfeuchte zu verstehen.
Der Begriff „ Barriereschicht" charakterisiert nachfolgend und in Bezug auf ein erfindungsgemäßes Schichtsystem eine solche Schicht, welche abgeschieden auf einem Substrat eine WVTR < 1 g/(m2 d) und eine OTR < 3 cm3/(m2 d bar) aufweist. Barriereschichten dienen vor- rangig der Verringerung der Permeation von Wasserdampf, Sauerstoff und ggf. weiteren Stoffen. Durch die Wirkung einer Barriereschicht (im Folgenden auch als Permeations- barriere bezeichnet) können empfindliche Güter oder Materialien geschützt werden. So ist zum Beispiel der Einsatz von Kunststofffolien mit einer darauf befindlichen Barriereschicht als Verpackungsfolie für die Lebensmittel sehr weit verbreitet.
Stand der Technik
Es ist bekannt, dass eine Barriereschicht als eine Einzelschicht oder als Schichtsystem (bestehend aus mehreren Schichten bzw. Teilschichten) ausgebildet sein kann (DE 10 2004 005 313 A1 oder DE10 2004 061 464 B4). Barriereschichten können auch ein Hybridpolymer als Schichtmaterial umfassen, wie es zum Beispiel in DE 196 50 286 C2 beschrieben ist. Bei einem Hybridpolymer handelt es sich um ein Material, welches aus einem Netzwerk von organischen und anorganischen Substanzen besteht. Ein solches Hybridpolymer ist beispielsweise aus WO 92/16571 A1 oder unter der Bezeichnung ORMOCERe® bekannt. Als Substrat für eine Barriereschicht gelangen häufig Kunststofffolien zum Einsatz Der Begriff „Barπerefolie" bezieht sich nachfolgend auf ein Schichtsystem, welches mindestens eine Kunststofffolie und mindestens eine darauf abgeschiedene Barriereschicht umfasst Eine derartige Barπerefolie kann beispielsweise als Verpackungsmaterial oder als Ver- kapselungsfolie eingesetzt werden Neben einem Substrat und einer Barriereschicht kann eine Barrierefolie aber auch weitere Schichten wie beispielsweise Haftvermittler- oder optische Anpassungs- bzw Funktionsschichten (zum Beispiel UV-Blocker-Schιchten oder AR- Schichten), umfassen
Oftmals besteht eine Anforderung darin, dass eine Barriereschicht nicht nur eine
Permeationssperre ausbilden, sondern zugleich auch noch optisch transparent sein soll Unter optischer Transparenz wird hierbei verstanden, dass die Barriereschicht in einem gewünschten, insbesondere im sichtbaren Wellenlangenbereich des Lichtes eine ausreichend hohe Transmission aufweist Die Forderung nach Transparenz im sichtbaren Spektralbereich besteht insbesondere dann, wenn eine Barriereschicht oder eine Barπere- folie für die Verkapselung von Solarzellen oder OLEDs verwendet werden soll Der Schichtaufbau für eine transparente Barπerefolie ist beispielsweise in DE 10 2007 019 994 A1 beschrieben
Bei verschiedenen Bauelementen, zum Beispiel bei flexiblen Solarzellen, die mit einer
Barπerefolie verkapselt werden sollen oder bei denen eine Barπerefolie als Substrat fungiert, wird neben einer Barriereschicht auch eine elektrisch leitfahige Schicht als Elektrode benotigt Unter einer elektrisch leitfahigen Schicht soll nachfolgend eine Schicht (auch
Elektrodenschicht genannt) verstanden sein, welche einen Flachenwiderstand RD von
weniger als 1000 Ω/D aufweist
In vielen Fallen soll eine Elektrodenschicht zudem auch noch eine hohe optische Transparenz aufweisen Der Begriff einer transparenten Elektrodenschicht (oder kurz transparenten Elektrode) bezieht sich nachfolgend auf eine Schicht, die bei einer Transmission von > 60 % im sichtbaren Wellenlangenbereich des Lichtes einen Flachenwiderstand RD von weniger als
1000 Ω/D aufweist Bei vielen Anwendungen wird sogar ein Flachenwiderstand R° von
weniger als 100 Ω/D bei einer optischen Transmission von mindestens 70 % oder mehr gefordert Für transparente Elektrodenschichten eignet sich als Schichtmateπal beispielsweise ein Mischoxid bestehend aus In2O3 und SnO2, das sogenannte ITO (Indium Tm Oxide) Es sind jedoch weitere Materialien bekannt, welche die Eigenschaft besitzen, bei einer guten Transparenz im sichtbaren Bereich elektrischen Strom leiten zu können Als Beispiel hierfür kann ZnOx mit einer AI-, Ga- oder Sι-Dotιerung (ZnOAl oder ZOA, ZnOGa, ZnOSi) genannt werden Derartige transparente leitfahige Oxide werden auch als TCO (Transparent Conductive Oxide) bezeichnet
Durch eine Kombination einer Barriereschicht und einer Elektrodenschicht auf einem Substrat können auch die Funktionalitäten Permeationsbarπere und Leitfähigkeit kombiniert werden Für die Funktionalität einer Elektrodenschicht ist es jedoch oft erforderlich, die Elektrodenschicht zu strukturieren Dieses kann auf verschiedenen Wegen geschehen
Es sind bereits Verfahren zum Strukturieren von TCO-Schichten auf Glas als Substratmateπal bekannt Wird Glas als Substrat verwendet, ist unter der TCO-Schicht keine separate
Barriereschicht erforderlich, weil das Glassubstrat bereits über die erforderlichen Barriereeigenschaften verfugt Aus EP 0 322 258 A2 ist bekannt, dass das Strukturieren einer auf einem Glassubstrat befindlichen ITO-Schicht mittels Laser realisiert werden kann Beim Versuch, das Verfahren auf eine Barπerefolie mit einer transparenten Elektrodenschicht zu übertragen, wurde festgestellt, dass der Laser beim Strukturieren auch die Barriereschicht beschädigt und damit die Barrierewirkung beträchtlich reduziert
Bei transparenten Elektrodenschichten entsteht dieser Effekt u a durch die Ähnlichkeit der TCO-Schicht sowie der Barriereschicht hinsichtlich ihrer optischen Eigenschaften im Bereich der Wellenlange des verwendeten Lasers Somit wird mit dem Laser nicht nur die
Elektrodenschicht, sondern auch die Barriereschicht ablatiert Zusätzlich entstehen Probleme durch die Ruckstande (Debris), die nach einer Laseranwendung zurückbleiben und vor dem Aufbau der Bauelemente entfernt werden müssen
Weitere verbreitete und vor allem aus dem Bereich der Elektronik bekannte Strukturierverfahren (z B Lift-Off, mechanische Strukturierung) weisen ähnliche Nachteile auf oder lassen sich aufgrund eines durch die Eigenschaften einer Kunststofffolie bedingten eingeschränkten verwendbaren Temperaturbereiches von Anfang an ausschließen Als ein sehr flexibles Verfahren zum Herstellen von Schichtstrukturen ist das nasschemische Atzen bekannt Dabei wird auf die Oberflache einer zu strukturierenden Schicht ein chemisch aggressives Medium in Form der gewünschten Struktur aufgebracht Durch eine chemische Reaktion wird das Material der zu strukturierenden Schicht in einen Zustand versetzt, in dem es sich mit einem geeigneten Verfahren entfernen lasst
In WO 2008/052637 A1 ist ein druckbares, dispersionsfahiges Atzmittel zum Atzen von TCO-Schichten beschrieben, das zum Strukturieren von ITO auf Glassubstraten verwendet wird Nach dem Auftrag und der Prozessierung des Atzmittels kann die TCO-Schicht in den Flachenbereichen, in denen das Atzmittel aufgebracht war, durch Wasser weggespult werden Die auf diese Weise geschaffenen Schichtsysteme weisen zwar gute Barriereeigenschaften auf und verfugen auch über eine strukturierte, elektrisch leitfahige Schicht, sind aber aufgrund des starren Glassubstrates nicht für den Einsatz bei flexiblen Solarzellen oder OLEDs geeignet
Aufgabenstellung
Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung ein Schichtsystem zu schaffen, welches die Nachteile aus dem Stand der Technik überwindet Insbesondere soll das Schichtsystem sowohl gute Barriereeigenschaften gegenüber Wasserdampf und Sauerstoff aufweisen als auch eine strukturierte, elektrisch leitfahige Schicht umfassen Ebenfalls soll das Schichtsystem auch eine flexible Kunststofffolie als Substrat umfassen können und auch transparent im sichtbaren Wellenlangenbereich des Lichtes ausgebildet sein Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zum Herstellen sowie eine Verwendung eines solchen Schichtsystems anzugeben Dabei soll das Schichtsystem auch mittels eines so genannten Rolle-zu-Rolle-Verfahrens herstellbar sein
Die Losung des technischen Problems ergibt sich durch die Gegenstande mit den Merkmalen der Patentansprüche 1 und 10 Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den abhangigen Patentansprüchen
Ein erfindungsgemaßes Schichtsystem umfasst ein Substrat, auf welchem mindestens eine Barriereschicht und mindestens eine elektrisch leitfahige Schicht abgeschieden sind, wobei sich die Barriereschicht zwischen dem Substrat und der elektrisch leitfahigen Schicht befindet Dabei ist die elektrisch leitfahige Schicht mittels nasschemischer Atzprozesse strukturiert, ohne die Barriereeigenschaften des Schichtsystems zu beeinträchtigen Dies ist möglich, weil bei einem erfindungsgemaßen Sichtsystem zwischen der Barriereschicht und der elektrisch leitfahigen Schicht noch eine Zwischenschicht abgeschieden ist, die als Atz- Stopp-Schicht fungiert und somit die Barriereschicht wahrend des nasschemischen Struktuπerens der elektrisch leitfahigen Schicht schützt Ohne Zwischenschicht konnte beim Atzen auch die Barriereschicht durch den Atzprozess chemisch angegriffen werden, was sich nachteilig auf die Barriereeigenschaften des Schichtsystems auswirken wurde
Hinsichtlich der Wirkungsweise kann solch eine als Atz-Stopp-Schicht fungierende Zwischenschicht in zwei Arten unterschieden werden
Zum einen kann die Zwischenschicht als so genannte Opferschicht ausgebildet sein D h , die Zwischenschicht wird beim Atzprozess ebenso wie die elektrisch leitfahige Schicht durch das Atzmittel chemisch verändert und deshalb beim Atzprozess zumindest in einem oberen Schichtdickenbereich abgetragen Die als Opferschicht ausgebildete Zwischenschicht ist jedoch so dick, dass das Atzmittel keines Falls eine atzende bzw schichtabtragende Wirkung auf die darunterliegende Barriereschicht ausübt Als Schichtmateπalien für eine solche Opferschicht sind beispielsweise Siliziumoxide (SiOx) oder Siliziumoxide mit Kohlenstoffanteil (SιOxCγ) in einem Schichtdickenbereich von 20 nm bis 300 nm geeignet Oftmals sind auch schon Schichtdicken von 20 nm bis 100 nm hinreichend zum Ausbilden einer Opferschicht
Zum anderen kann die Zwischenschicht auch aus solchen Materialien bestehen, die zumindest weitgehend resistent gegenüber einem verwendeten Atzmittel sind, so dass beim Atzprozess kein oder nur wenig Schichtmateπal von der Zwischenschicht abgetragen wird Diese Ausfuhrungsform weist den Vorteil auf, dass eine solche atzresistente Zwischenschicht mit einer geringeren Dicke als eine Opferschicht ausgebildet werden kann
Das Substrat eines erfindungsgemaßen Schichtsystems kann neben Glas oder einem Keramikmateπal beispielsweise auch aus einem Kunststoff bestehen Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Substrat als flexible Kunststofffolie ausgebildet ist Dann kann das Schichtsystem beispielsweise aufgrund seiner Flexibilität auch bei der Verkapselung von Bauelementen oder zum Aufbau von Bauelementen auf dem Schichtsystem verwendet werden Desweiteren resultiert aus einer Kunststofffolie als Substrat gleichzeitig eine Gewichtsreduzierung gegenüber anderen Materialien wie beispielsweise Glas oder Keramik Bei einer Ausfuhrungsform ist mindestens eine Schicht des Schichtsystems transparent im sichtbaren Wellenlangenbereich ausgebildet So kann es beispielsweise zweckmäßig sein, bei einer nicht transparent ausgebildeten elektrisch leitfahigen Schicht die Barriereschicht des Schichtsystems transparent auszubilden, wenn die Barriereschicht gleichzeitig eine elektrisch isolierende Wirkung ausüben soll Solch eine Ausfuhrungsform mit nicht transparenter elektrisch leitfahiger Schicht und transparenter Barriereschicht ist zum Beispiel auch dann vorteilhaft, wenn ein Lichteinfall von der Substratseite her erfolgt und die elektrisch leitfahige Schicht gleichzeitig lichtreflektierend wirken soll
Ist das gesamte Schichtsystem transparent im sichtbaren Wellenlangenbereich ausgebildet, dann ist das Schichtsystem auch beim Herstellen von Solarzellen oder OLEDs einsetzbar Bei einer weiteren Ausfuhrungsform ist mindestens eine Schicht des Schichtsystems transparent im Infrarot-Wellenlangenbereich Dies ist zum Beispiel ebenfalls für den Einsatz bei OLEDs von Vorteil, da diese im zunehmenden Maße auch im Infrarot-Wellenlangenbereich arbeiten Hierbei ist eine Transparenz insbesondere in einem Wellenlangenbereich bis zu 2 μm besonders geeignet
Umfasst eine Schicht des Schichtsystems ein Oxid, kann die Transparenz dieser Schicht bei einem reaktiven Abscheideverfahren beispielsweise über die Sauerstoffzuflussmenge in die Vakuumkammer eingestellt werden
Als Barriereschicht können alle Schichten verwendet werden, von denen auch im Stand der Technik eine Barrierewirkung der vorhergehend definierten Art bekannt ist So kann eine Barriereschicht eines erf indungsgemaßen Schichtsystems auch als einzelne Schicht oder als Verbund mindestens zweier Teilschichten ausgebildet sein
Bei einer weiteren Ausfuhrungsform umfasst die Barriereschicht mindestens zwei anorganische Teilschichten, zwischen denen eine organische Teilschicht angeordnet ist Hierbei kann beispielsweise mindestens eine der anorganischen Teilschichten ein Mischoxid der Elemente Zink und Zinn umfassen Die organische Teilschicht kann beispielsweise aus einem Hybridpolymer bestehen Alternativ kann die Barriereschicht aber auch als Einzelschicht ausgebildet und als Schichtmateπal Zιnk-Zιnn-Oxιd umfassen Schichten aus Zιnk-Zιnn-Oxιd weisen sehr gute Barriereeigenschaften gegenüber Wasserdampf und Sauerstoff auf Für die Zwischenschicht bzw Atz-Stopp-Schicht sind verschiedene Materialien geeignet So kann die Zwischenschicht beispielsweise eine Verbindung der Elemente Silizium und Sauer¬ stoff oder eine Verbindung aus den Elementen Silizium, Stickstoff und Sauerstoff umfassen Ebenfalls geeignet hierfür sind Verbindungen aus den Elementen Silizium, Sauerstoff und Kohlenstoff Derartige Schichten lassen sich vorteilhaft mittels PECVD-Verfahren mit hohen Beschichtungsraten abscheiden Wird dabei ein Magnetron als Plasmaquelle verwendet, kann gleichzeitig eine gute Kompatibilität des Prozesses zu anderen Beschichtungsstationen einer Sputteranlage erreicht werden Besonders geeignet als Schichtmaterial für die Zwischenschicht ist Zirkoniumoxid, weil dieses Material eine gute Beständigkeit gegenüber bekannten Atzmitteln aufweist Zum Abscheiden dieses Schichtmaterials wird vorzugsweise reaktives Magnetron-Sputtern verwendet, weil damit hohe Beschichtungsraten sowie sehr gute Schichtdickengleichmaßigkeiten erzielt werden
Die Zwischenschicht eines erfindungsgemaßen Schichtsystems ist mit einer Schichtdicke in einem Bereich von 10 nm bis 300 nm auszubilden Ab 10 nm Schichtdicke für die Zwischenschicht wird bereits ein guter Schutz für die darunter liegende Barriereschicht beim Strukturieren der elektrisch leitfahigen Schicht erzielt, so dass die Barriereeigenschaften der Barriereschicht weitgehend erhalten bleiben Eine Schicht mit einer noch größeren Schichtdicke als 300 nm erfüllt zwar auch den Zweck einer Atz- Stopp-Schicht, ist aber hierfür nicht erforderlich und wirkt sich nur beeinträchtigend hinsichtlich der Flexibilität des Schichtsystems aus
Besonders geeignet für die Zwischenschicht ist eine Schichtdicke im Bereich von 20 nm bis 200 nm Ganz besonders sind Schichtdicken in einem Bereich von 40 nm bis 100 nm ge- eignet In diesem Schichtdickenbereich wird sowohl ein sehr guter Schutz für die darunter liegende Barriereschicht erzielt Außerdem lassen sich in diesem Dickenbereich Zwischenschichten mit hoher Transparenz realisieren
Als Material für die elektrisch leitfahige Schicht sind ebenfalls alle Materialien geeignet, die auch im Stand der Technik für elektrisch leitfahige Schichten verwendet werden Besonders geeignet hierfür sind leitfahige Oxide wie beispielsweise ITO, weil leitfahige Oxide auch in transparenter Form abgeschieden werden können
Ein erfindungsgemaßes Verfahren zum Herstellen eines erfindungsgemaßen Schichtsystems zeichnet sich dadurch aus, dass auf einem Substrat zunächst mindestens eine Barriere- Schicht, dann eine als Atz-Stopp-Schicht wirkende Zwischenschicht, gefolgt von mindestens einer elektrisch leitfahigen Schicht abgeschieden werden und dass anschließend die elektrisch leitfahige Schicht mit Hilfe nasschemischer Atzmittel strukturiert wird
Als Atzmittel können beispielsweise derartige Medien verwendet werden, wie sie in
WO 2008/052637 A1 beschrieben sind Der gesamte Verfahrensschritt des Struktuπerens bzw des Ätzens der elektrisch leitfahigen Schicht kann zum Beispiel entsprechend der WO 2008/052637 A1 durchgeführt werden, deren gesamter diesbezüglicher Offenbarungs¬ gehalt hiermit durch Bezugnahme eingeschlossen ist
Die Barriereschicht kann als Einzelschicht oder auch in Form von mindestens zwei Teil- schichten abgeschieden werden, wobei die Einzelschicht bzw mindestens eine der Teilschichten mittels eines PECVD-Prozesses abgeschieden werden kann Hierbei ist es vorteilhaft, wenn ein Magnetron als Plasmaquelle verwendet wird, weil sich mittels Magnetron-PECVD-Verfahren Schichten mit sehr guten Barriereeigenschaften abscheiden lassen Als Magnetron kann ein unipolar gepulstes Magnetron oder auch ein mit einer Mittelfrequenz betriebenes Doppel-Magnetron verwendet werden
Für das Abscheiden der Zwischenschicht sind sowohl Magnetron-Sputter-Verfahren im Allgemeinen und reaktive Magnetron-Sputter-Verfahren im Speziellen als auch PECVD- Verfahren, einschließlich Magnetron-PECVD-Verfahren, geeignet
Die elektrisch leitfahige Schicht kann ebenfalls mit allen aus dem Stand der Technik bekannten Vakuumverfahren zum Abscheiden einer elektrisch leitfahigen Schicht aufgetragen werden
Daher ist es bei Verwendung eines flexiblen Substrates möglich, sowohl die Barriereschicht, die Zwischenschicht als auch die elektrisch leitfahige Schicht nacheinander und ohne Vakuumunterbrechung mittels eines Rolle-zu-Rolle-Verfahrens abzuscheiden Selbst das Strukturieren der elektrisch leitfahigen Schicht, was jedoch bei Atmospharendruck erfolgt, lasst sich in das Rolle-zu-Rolle-Verfahren integrieren Ausfuhrungsbeispiel
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines bevorzugten Ausfuhrungsbeispiels naher erläutert Die einzige Figur zeigt eine schematische Darstellung eines erfindungsgemaßen Schichtsystems im Querschnitt
Als Substrat 1 für das erfindungsgemaße Schichtsystem wurde eine flexible und transparente Kunststofffolie aus Polyethylenterephtalat (PET) mit einer Dicke von 75 μm und einer Wasserdampfdurchlassigkeit von 7,9 g/(m2 d) verwendet Bei einem reaktiven Sputter- prozess mittels eines mittelfrequent gepulsten Doppelmagnetrons wurde innerhalb einer Vakuumkammer eine 200 nm dicke und transparente Schicht 2 aus Zιnk-Zιnn-Oxιd auf dem Substrat 1 abgeschieden Hierbei wurden Legierungstargets, bestehend aus Zink und Zinn im Verhältnis 52 48, in einem Argon-Sauerstoff-Gasgemisch zerstaubt Der Partialdruck von Sauerstoff innerhalb der Vakuumkammer wurde über optische Plasmaemission gemessen und mittels eines Regelungssystems, mit welchem die Sauerstoffzuflussmenge in die
Vakuumkammer eingestellt wurde, über die Beschichtungszeit auf einen Wert von 150 sccm konstant gehalten
Für den Schichtverbund, bestehend aus Substrat 1 und Schicht 2, konnte eine Wasser- dampfdurchlassigkeit von 0,01 g/(m2 d), gemessen bei 38 0C und 90 % relativer Luftfeuchte, ermittelt werden Die Schicht 2 fungiert somit als Barriereschicht mit sehr guten Barriereeigenschaften gegenüber Wasserdampf
Auf der Barriereschicht 2 wurde anschließend mittels eines Magnetron-PECVD-Verfahrens eine 60 nm dicke transparente Schicht 3 abgeschieden, wofür in die Vakuumkammer sowohl die Gase Argon und Sauerstoff, sowie der Precursor HMDSO in Gasphase eingelassen wurden Die Moleküle des dabei entstehenden Gasgemischs wurden mittels eines Magnetron-Plasmas aktiviert und dadurch chemische Reaktionen bewirkt, welche zur Schichtabscheidung fuhren Dabei wurde das Magnetron-Plasma gebildet, indem ein mit Titantargets bestücktes Doppelmagnetron mit einer Frequenz von 40 kHz bipolar gepulst betrieben wurde Die Prozessparameter wurden derart eingestellt, dass ein möglichst geringer Sputterabtrag an den Titantargets entsteht Das Doppelmagnetron wurde also nur zum Zwecke des Erzeugens eines Plasmas betrieben Ein unmittelbarer Beitrag zum Schichtaufbau durch Zerstauben der Titantargets war hingegen nicht beabsichtigt Als Ergebnis des Magnetron-PECVD-Verfahrens entstand die Schicht 3 aus Siliziumoxid mit Kohlenstoff- Verbindungen (SιOxCγ) D h , die Schicht 3 weist sowohl anorganische als auch organische Schichtbestandteile auf, die auf molekularer Ebene miteinander verknüpft sind
Auf der Schicht 3 befindet sich noch eine 100 nm dicke, transparente und elektrisch leitfahige Schicht 4 aus ITO mit einem Flachenwiederstand RD von 50 Ω/D, welche mittels eines DC-betπebenen Einzelmagnetrons abgeschieden ist Als Targetmatenal wurde ein keramisches ITO-Target verwendet und neben dem Arbeitsgas Argon wurde auch noch ein geringer Anteil von Sauerstoff (6 sccm) in die Vakuumkammer eingelassen, wodurch eine optimale Schichtstochiometπe, die zum Erreichen des gewünschten Schichtwiderstandes notwendig ist, erzielt wurde
In einem abschließenden Verfahrensschritt erfolgte das Strukturieren der elektrisch leit- fahigen Schicht 4 Die hierfür verwendete Atzpaste weist die Merkmale auf, wie sie in WO 2008/052637 A1 beschrieben sind Auf der Oberflache der elektrisch leitfahigen Schicht 4, wurde in den Bereichen, in denen die elektrisch leitfahige Schicht entfernt werden sollte, die Atzpaste aufgetragen und nach einer Einwirkzeit mit Wasser abgespult Als Ergebnis dessen entstand eine strukturierte, elektrisch leitfahige Schicht 4, mit voneinander elektrisch isolierten Schichtbereichen, welche beispielsweise als Elektrode verwendet werden können
Nach dem Strukturieren der elektrisch leitfahigen Schicht 4 konnte bezüglich der Wasser- dampfdurchlassigkeit des aus Substrat 1 und den Schichten 2 bis 4 bestehenden Schichtsystems derselbe Wert ermittelt werden, wie er zuvor bei dem nur mit der Barriereschicht 2 beschichteten Substrat 1 gemessen wurde, was bedeutet, dass die Schicht 3 als Atz-Stopp- Schicht gewirkt und somit die darunter liegende Barriereschicht vollständig vor einer
Atzeinwirkung wahrend des Struktuπerens der elektrisch leitfahigen Schicht 4 geschützt hat
Es hegt somit ein flexibles und transparentes Schichtsystem vor, welches sehr gute Barπere- eigenschaften und eine strukturierte, elektrisch leitfahige Schicht umfasst Em solches erfindungsgemaßes Schichtsystem kann beispielsweise als Basissubstrat für den Aufbau von optischen Bauelementen verwendet oder zum Zweck der Verkapselung und abschließenden Verschaltung auf bereits hergestellte Bauelemente aufgetragen werden Aufgrund der Transparenz des Schichtsystems von 75 %, gemittelt über den sichtbaren Wellenlangen- bereich von Licht, kann dieses auch bei solchen Bauelementen wie Solarzellen und OLEDs zum Einsatz gelangen.
Die Realisierung des dargestellten Schichtaufbaus, mit den angegebenen Verfahrens- schritten, kann in einem in-line Prozess erfolgen, bei dem die Schichten, die das Schicht¬ system umfasst, sequentiell aufgebracht werden. Dadurch besteht die Möglichkeit, den gesamten Herstellungsprozess des Schichtsystems in einem Rolle-zu-Rolle Verfahren im Vakuum umzusetzen, denn das Strukturieren der elektrisch leitfähigen Schicht kann ebenfalls in einem Rolle-zu-Rolle Prozess unter Atmosphärendruck durchgeführt werden, was einen bedeutenden wirtschaftlichen Vorteil darstellt.

Claims

Patentansprüche
1 Schichtsystem, umfassend ein Substrat (1), auf welchem zunächst mindestens eine Barriereschicht (2), gefolgt von einer als Atz-Stopp-Schicht wirkenden Zwischenschicht (3) und anschließend mindestens eine elektrisch leitfahige Schicht (4) abgeschieden sind und wobei die elektrisch leitfahige Schicht (4) mit nasschemischen Atzmitteln strukturiert ist
2 Schichtsystem nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (1) oder/und die Barriereschicht (2) oder/und die Zwischenschicht (3) oder/und die elektrisch leitfahige Schicht (4) transparent gegenüber Licht im sichtbaren Wellen- langenbereich oder/und transparent im Infrarot-Wellenlangenbereich ausgebildet ist/sind
3 Schichtsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die
Zwischenschicht aus einer Verbindung mindestens zweier Elemente aus der Gruppe Silizium, Sauerstoff, Stickstoff, Zirkonium, Kohlenstoff besteht
4 Schichtsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn- zeichnet, dass die Dicke der Zwischenschicht (3) in einem Bereich von 10 nm bis
300 nm, bevorzugt in einem Bereich von 20 nm bis 200 nm und sehr bevorzugt in einem Bereich von 40 nm bis 100 nm eingestellt ist
5 Schichtsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn- zeichnet, dass die Barriereschicht aus mindestens zwei Teilschichten besteht
6 Schichtsystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Barriereschicht zwei anorganische Teilschichten umfasst, zwischen denen eine organische Teilschicht, die vorzugsweise als Hybridpolymer ausgebildet ist, eingebettet ist
7 Schichtsystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der beiden anorganischen Teilschichten ein Mischoxid der Elemente Zink und Zinn umfasst Schichtsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat als Kunststofffolie ausgebildet ist
Schichtsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn- zeichnet, dass die elektrisch leitfahige Schicht aus ITO besteht
Verfahren zum Herstellen eines Schichtsystems nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei auf einem Substrat (1 ) zunächst mindestens eine Barriereschicht (2), dann eine als Atz- Stopp-Schicht wirkende Zwischenschicht (3), gefolgt von mindestens einer elektrisch leitfahigen Schicht (4) abgeschieden werden und wobei abschließend die elektrisch leitfahige Schicht (4) mit Hilfe nasschemischer Atzmittel strukturiert wird
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenschicht durch reaktives Magnetron-Sputtern abgeschieden wird
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenschicht mittels eines PECVD-Prozesses abgeschieden wird, bei dem ein Magnetron als Plasmaquelle verwendet wird
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Barriereschicht in Form von mindestens zwei Teilschichten abgeschieden wird, wobei mindestens eine der Teilschichten mittels eines PECVD-Prozesses abgeschieden wird, bei dem ein Magnetron als Plasmaquelle verwendet wird
Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass als Magnetron ein unipolar gepulstes Magnetron oder ein mit einer Mittelfrequenz betriebenes Doppel-Magnetron verwendet wird
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Barriereschicht, die Zwischenschicht und die elektrisch leitfahige Schicht nacheinander auf einer kontinuierlich bewegten Kunststofffolie, ohne Zwischenstopp der Kunst- stofffohe, abgeschieden werden Schichtsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass dieses a) als Substrat für den Aufbau von optischen Bauelementen verwendet wird oder b) auf bereits hergestellte Bauelemente zum Zweck der Verkapselung und /oder abschließenden Verschaltung aufgetragen wird
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