WO2011101444A1 - Wärmebehandelbares infrarotstrahlung reflektierendes schichtsystem und verfahren zu dessen herstellung - Google Patents

Wärmebehandelbares infrarotstrahlung reflektierendes schichtsystem und verfahren zu dessen herstellung Download PDF

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    • C03C2218/156Deposition methods from the vapour phase by sputtering by magnetron sputtering

Definitions

  • the invention relates generally to a heat treatable infrared radiation (IR) reflective layer system on a transparent dielectric substrate and to methods of making such a layer system.
  • IR infrared radiation
  • the invention particularly relates to such an IR-reflecting layer system, which follows
  • One or more individual layers are to be understood as layer arrangement, which are arranged one above the other and can be assigned to the function of the layer arrangement.
  • layer arrangement can be both homogeneous individual layers and those with
  • Layer thickness so-called gradient layers include.
  • an IR-reflective layer system also referred to below as a layer system, is characterized by its low emissivity and associated high level
  • an IR-reflective layer system initially comprises a substrate viewed from the substrate
  • Base layer arrangement which in particular the adhesion of the system on the glass, the chemical and / or mechanical resistance and / or the adjustment of optical
  • Properties of the system e.g. the reflection or the color appearance, serves.
  • Functional layer arrangement comprising the IR-reflecting layer and optionally further layers which support this function and an influence on the optical, chemical, mechanical and electrical
  • Protective layer comprises. This can be self or through
  • Layer system e.g. a reflection by taking advantage of interference effects, so that optionally in conjunction with an anti-reflective base layer, the transmission can be increased.
  • an anti-reflection layer is arranged below each IR reflection layer, e.g. out of reactive
  • Base layer arrangement generally such layers
  • attributed primarily represent a mediator between the substrate and the further layer sequence.
  • Layers of the base layer arrangement can also be the
  • the functional layer arrangement also includes those layers which directly influence their properties, such as blocking layers for suppressing diffusion processes of adjacent layers into the layers
  • Adhesion or the adjustment of electrical and optical properties of the adjacent layer serve.
  • Layers of the coverlay assembly top off the layer system and, like the basecoat assembly, can affect the entire system.
  • Such a so-called single-low E can be implemented by inserting one (double-low-E) or several others
  • Function layer arrangement are constructed to be supplemented. Also for the assignment of a layer to
  • Middle layer arrangement are based on the above considerations.
  • the respective sequence of individual layers and layer arrangements can either be within one
  • Layer arrangements can be modified so that specific requirements arising from the application or the manufacturing process can be met.
  • Treatment steps of deposited layers are conditional. Thus, it is described in DE 699 15 350 T2 that the latter collapses during the deposition of an antireflection coating on a previously deposited IR reflection layer. To prevent this, an aluminum-doped, transparent zinc oxide layer is inserted between these two. Blocker layers, however, are not used in DE 699 15 350 T2.
  • the layer system described there comprises only a cover layer, which serves the mechanical and chemical protection against external influences.
  • IR-reflective layer systems can also cure and / or deform the substrate
  • Tempering processes are subjected. In this case, they have such a layer sequence with such layer properties, which make it possible to support a layer system
  • a coated substrate is its layer system in
  • Anti-reflection layer in the functional layer and vice versa and consequently to oxidation processes in the
  • NiCr or NiCrOx layers are known as blocking layers of temperature-sensitive layer systems. So, in particular NiCr or NiCrOx layers are known. So, NiCr or NiCrOx layers are known. So, NiCr or NiCrOx layers are known. So, NiCr or NiCrOx layers are known. So, NiCr or NiCrOx layers are known. So, NiCr or NiCrOx layers are known. So, NiCr or NiCrOx layers are known. So
  • these blocking layers include the IR-reflecting silver layers or protect them at least on one side.
  • the blocking layers lead to a reduction in the transmission and the conductivity of the silver layer and thus to reduce the IR reflection.
  • Transmission properties of the layer system can also be influenced by diffusion processes, that of the glass
  • Conditions of the glass substrate are of sufficient quality, e.g. ensures a high transmission in the visible range and a low emissivity and at the same time allows a high degree of stability of the color locus of the layer system in the neutral to slightly bluish region of the L * a * b * color space.
  • the layer system in the base layer arrangement comprises a dielectric base layer, which consists of such a nitride, oxide or oxynitride of a metal, a semiconductor or a semiconductor alloy, which is suitable, diffusion processes from the substrate into the overlying layer system and in particular here in a functional layer arrangement too
  • the functional layer arrangement arranged above comprises a metallic functional layer for the reflection of
  • Infrared radiation as well as a blocker layer of a metal, one above the functional layer
  • Metal mixture or metal alloy or of an oxide, nitride or oxynitride thereof This is superficially the protection of the functional layer against oxidation and Diffusion processes, for example, in the continuous process for the production of the layer system following
  • the layer system according to the invention comprises a cover layer arrangement with a first dielectric
  • the deposition takes place for one or more layers by means of DC or MF magnetron sputtering, which in particular also applies to
  • the lowermost and the uppermost layer of the layer system which serve, inter alia, its mechanical and chemical protection, are produced by CVD or plasma-assisted CVD process.
  • the described coating system fulfills the requirements according to the task. It is chemically and mechanically stable both in adhesion to the substrate and the layers to each other as well as to outer ones
  • the layer system is temperable and bendable in a large temperature, time and geometric frame and also exhibits these treatments
  • Optimization measures in the manufacturing process is e.g. To achieve a high transmission in the visible spectral range at low emissivity.
  • the optical stability is among other things by the
  • Barrier layer is applied to possible substrate influences and here in particular the reduction of diffusion processes from the substrate into one above
  • this barrier effect also has an effect on the other layers, including those above the functional layer, so that other materials can also be used for these layers.
  • the effect of the base layer relates to the diffusion of sodium ions, which may be present in different concentrations according to the composition of the glass, such as due to these variations after a heat inducing and thus diffusion initiating process Deviations of the color location with otherwise the same
  • Residues on the substrate can with a
  • Underlayer according to the invention are suppressed so far that a color variance remains below a visible limit. Since the undesired diffusion processes can already take place by the heat input into already deposited layers during subsequent deposition processes, the sub-layers according to the invention are as described
  • the base layer contains silicon, e.g. Silicon nitride. But other functionally and structurally comparable material can be used.
  • the usable materials hang
  • Sodium ion diffusion from glass was e.g. found that some metal oxides, e.g. Tin oxide or titanium oxide show only a negligible barrier effect.
  • the base layer may well be highly refractive. In this case, the
  • Base layer simultaneously serve the EntSpiegelung.
  • the thickness of the layers deposited under the functional layer arrangement can be reduced, which has a positive effect on the transmission.
  • Layer system used materials and the substrate and not to be considered absolutely absolute, since an optical effect, in particular an antireflective effect on the change in the optical density of adjacent layers measured.
  • the substrate is glass, its Refractive index in the range of about 1.5 and a few tenths above and below to be regarded as low refractive index, while the refractive index of silicon nitride or
  • Metal oxides are at 2.0 and above and therefore be considered to be highly refractive. In contrast to a refractive index of 1.5 and lower, however, a refractive index of 1.8 or 1.9 can also be regarded as highly refractive. These limits are, as stated, on the materials mentioned
  • Base layer according to the invention does not require a lower blocking layer in the functional layer arrangement. This possibility also has a positive effect on the
  • Blocker layers thus remain only the upper, which lies above the functional layer and forms a protection against diffusion and associated oxidation processes of deposited over the functional layer layers.
  • the cover layer arrangement which can be carried out at least two layers and in the first, lower cover layer zinc stannate, a zinc-tin mixture. This is covered with a high-refractive and an oxide, nitride or oxynitride of silicon-containing topcoat. Since the first cover layer in addition to their optical effect in particular a mechanical stabilizing effect on the adjacent layers exerts a very firm, stable and transmission and Farbort stabilizing completion of the layer system is achieved with this cover layer arrangement.
  • Layer properties are achieved for the zinc stannate-containing topcoat by sputtering it reactively, adding oxygen to the working gas, which can optionally be supplemented by nitrogen. In the latter case, it does not matter if nitrogen is actually incorporated in the layer.
  • the metallic mode 1 ( Figure 2) in which the rate only slightly changed corresponds to that of the metal, and the fully reactive mode 2, in which the necessary process voltage compared to the metallic mode 1 is low and almost independent of the reactive gas.
  • This results in a stable and preferred process.
  • This is according to the invention also for the deposition of a layer containing zinc stannate usable by first before the beginning of the deposition by a regulation of
  • a SchichtSystem the top-closing layer, which is highly refractive and contains an oxide, nitride or oxynitride of silicon.
  • Such a layer is very easily adjustable in terms of their properties, in particular their optical properties.
  • Adjustment of the layer properties is carried out as described above on the basis of the specifications which may be imposed by the individual layers of the layer system and the requirements of the system during an annealing process and / or in use.
  • This material is characterized by a continuous transition between metallic mode 1 (FIG. 2) and fully reactive mode 2 (FIG. 2) instead of the above-described transition region (FIG. 2) of a hysteresis curve.
  • This allows the setting of a minimum achievable absorption for this layer via the reactive gas flow.
  • Such an optimized control of the reactive gas flow can be carried out by means of known absorption measurements in situ or ex situ.
  • final covering layer has a greater thickness, preferably a greater by a factor of 1.2 or higher thickness.
  • such layers are inserted, which make the layer system more variable with respect to different requirements and also specific properties of the coating system. So will one according to one
  • a further dielectric base layer is inserted over the first. This has high refractive properties, so that with it the optical
  • Transmission and the color can be influenced. This is e.g. then given, if the first base layer one
  • Refractive index which is less than or equal to the other base layer.
  • An interface layer should generally be understood as an intermediary between layers whose
  • a so-called seed layer is inserted, which influences the layer structure of the functional layer during the deposition in such a way that the desired, low
  • the additional functional layers are each integrated into a functional layer arrangement whose fundamental structure corresponds to that described in the single-low E-layer system.
  • matching Functional layer arrangements include that they may also differ in the materials used, as far as they are described in the above
  • a second and each further functional layer arrangement is inserted under the cover layer arrangement and over the underlying functional layer arrangement.
  • the separation between the two functional layer arrangements and consequently also their connection to one another takes place by means of a
  • Functional layer arrangement and optionally further, alternating intermediate and functional layer arrangements comprises.
  • the interlayer assembly comprises one or more intermediate layers, each of which contains tin as single layer.
  • at least one of the intermediate layers each of which contains tin as single layer.
  • Interlayer arrangement is possible, whose layer contains an oxide or an oxynitride of a zinc stannate. Such a layer meets both material requirements.
  • regions with different amounts of tin which may also comprise gradient-shaped transitions from one layer to another, are formed even when the intermediate layers differ from each other over the thickness of the middle layer arrangement.
  • a zinc stannate-containing layer has particular mechanical stabilizing properties, which are also used according to the invention for the
  • Interlayer arrangement can be used. This is due to the connection function of the interlayer array of Advantage, even for their combination with one of them
  • an oxide or an oxinitride of zinc stannate is used for at least one intermediate layer, so that with respect to the method embodiments and the advantages associated therewith, the above statements on the first covering layer also apply here.
  • the advantages in terms of the gas separation can be used, provided that according to an embodiment of the invention, the adjacent
  • Reactive gas composition take place.
  • the above-described gradient-shaped transitions between the tin-containing layers of the interlayer arrangement are further enhanced by the qualitatively comparable reactive gas atmosphere in the successive coating processes
  • the match is intended to refer to the essential components of the reactive gas atmosphere, i. the working gas argon and the reactive gas comprising oxygen and optionally nitrogen. Deviations in secondary components e.g. purely technological admixtures or
  • Spectral range in particular for the preferred neutral to slightly blue reflection colors, in which a * and b * of the L * a * b * color space in the range of 0 and smaller, are achieved in the case when the thickness of the functional layer of the top functional layer arrangement to 1.1 or greater than the thickness of the functional layer of the lowest functional layer assembly.
  • Fig. 1 shows a layer sequence of a double-low-E layer system
  • Fig. 2 is an illustration of the hysteresis effect
  • the base layer arrangement of the exemplary embodiment comprises only one base layer.
  • This consists of a silicon nitride, which has a low aluminum content, here in the amount of about eight
  • float glass with a refractive index of about 1.52 is first a
  • Base layer GAG arranged as barrier
  • Antireflective coating is used and made of one
  • Silicon aluminum nitride exists with a refractive index of 2.12 ⁇ 0.05.
  • the layer becomes reactive in the presence of Nitrogen as a reactive gas sputtered from a Si: Al target with 6-10% aluminum content.
  • the layer may also be without aluminum content and / or under another
  • the base layer assembly GA comprises only this one base layer GAG.
  • the base layer assembly GA comprises only this one base layer GAG.
  • Base layer arrangement over this base layer GAG have a further base layer, e.g. Titanium oxide or niobium oxide, whereby their compared to the base layer GAG higher refractive index would be available.
  • the base layer GAG is deposited as a gradient layer with varying stoichiometry.
  • the first, lower functional layer arrangement UFA is deposited. It includes an interface layer, in this position as lower
  • Interface layer UFAI designates. This consists of a zinc aluminum oxide which is sputtered from a Zn: Al target with approximately 2% aluminum content or from a ceramic zincaluminum oxide target or a ceramic zinc oxide (so-called intrinsic zinc oxide) target. Alternatively, the
  • Layer can be deposited even without aluminum content.
  • the lower interface layer UFAI which also serves as a seed layer for the following layer
  • the lower functional layer UFAF is deposited as an IR-reflective layer.
  • silver is used.
  • other materials with the IR-reflecting property such as Gold or other noble metal or alloys thereof, a semi-precious metal or tantalum, are usable.
  • NiCr or NiCrOx layers known as known, other materials are also usable, e.g. to the optical and / or electrical properties of the
  • Layer system to influence For example, one is Zirconium oxide ZrOx with x> 0 suitable to increase the transmission of the layer system compared to the use of a NiCrOx- layer and the sheet resistance of the
  • titanium oxide TiOx with x ⁇ 2 or a niobium oxide layer NbxOy as a blocking material are also possible, the latter being
  • chromium nitride CrxNy or stainless steel nitride SST x N y is also usable for a blocking layer, wherein this material also achieves a reduction in the transmission of the layer system in the visible range, for example for use in a selective, single or multiple low-energy layer system. This reduces the visible
  • Blocker layers of a multiple functional layer arrangements comprising layer system can be set even more targeted.
  • the stability of the layer also against annealing processes, as they do not
  • Interlayer arrangement ZA deposited. It is composed of three different dielectric layers of different composition. On the bottom
  • Intermediate layers ZA1, ZA2, ZA3 reactive as oxide layers.
  • the reactive gas atmospheres are consistent with the deposition of an interlayer array ZA, i. with regard to the working gas argon and the reactive gas, which comprises oxygen and optionally nitrogen. From the tin proportions in all three targets and the comparable ones
  • the second intermediate layer ZA2 has a thickness that is greater by a factor of two than the thickness of the other two layers of this layer arrangement.
  • higher factors and / or differing thicknesses of the first and third intermediate layers ZA1, ZA3 are possible.
  • Functional layer arrangement OFA deposited which as described for the lower functional layer arrangement UFA comprises an upper interface layer OFAI, an upper functional layer OFAF and an upper blocking layer OFAB.
  • the upper interface layer OFAI an upper interface layer OFAI
  • an upper functional layer OFAF an upper blocking layer OFAB.
  • composition with the lower match so that
  • the IR Reflecting Layer System goes up through a cover layer assembly DA completed.
  • This comprises a first cover layer DA1, which is deposited on the blocking layer OFAB of the upper functional layer arrangement OFA. It consists of an oxide or oxinitride with a low nitrogen content of a zinc stannate and is under
  • a second cover layer DA2 of silicon aluminum nitride is deposited over the first cover layer DA1. This is similar to the base layer GAG of a Si: Al target with 6-10% aluminum content.
  • the refractive index is also comparable to that of the base layer GAG.
  • the layer may also be without aluminum content and / or under another
  • the thicknesses of the first to the second cover layer DA1, DA2 behave as 1 to 1.2 to increase the mechanical stability of

Abstract

Es wird ein wärmebehandelbares Infrarotstrahlung reflektierendes Schichtsystem auf einem transparenten, dielektrischen Substrat (S0) und ein Verfahren zu dessen Herstellung angegeben, welches vom Substrat (S0) aufwärts betrachtet eine Grundschichtanordnung (GA) mit einer dielektrischen Grundschicht (GAG) aus einem Nitrid, Oxid oder Oxinitrid eines Metalls, eines Halbleiters oder einer Halbleiterlegierung, zur Verminderung der Diffusionvorgängen aus dem Substrat (S0) umfasst. Darüber liegt eine Funktionsschichtanordnung (UFA) mit einer metallischen Funktionsschicht (UFAF) und einer Blockerschicht (UFAB) aus einem Metall, einer Metallmischung oder Metalllegierung oder aus einem Oxid, Nitrid oder Oxinitrid davon. Abgeschlossen wird das Schichtsystem durch eine Deckschichtanordnung (DA) mit einer ersten dielektrischen Deckschicht (DA1), welche ein unter Reaktivgasatmosphäre abgeschiedenes Oxid oder Oxinitrid eines Zink-Stannats enthält, und einer zweiten dielektrischen, hoch brechenden und ein Oxid, Nitrid oder Oxinitrid von Silizium enthaltenden Deckschicht (DA2).

Description

Wärmebehandelbares Infrarotstrahlung reflektierendes Schichtsystem und Verfahren zu dessen Herstellung Die Erfindung betrifft allgemein ein wärmebehandelbares Infrarotstrahlung (IR-) reflektierendes SchichtSystem auf einem transparenten, dielektrischen Substrat sowie Verfahren zur Herstellung eines solchen SchichtSystems .
Die Erfindung betrifft insbesondere ein solches IR- Reflektierendes SchichtSystem, welches folgende
transparente, funktionell unterscheidbare Schichtanordnungen aufweist. Als Schichtanordnung sollen dabei eine oder mehrere Einzelschichten verstanden sein, die übereinander angeordnet sind und der Funktion der Schichtanordnung zugeordnet werden können. Eine solche Schichtanordnung kann sowohl homogene Einzelschichten als auch solche mit
graduellen Schwankungen der Zusammensetzung über der
Schichtdicke, so genannte Gradientenschichten, umfassen.
Funktionell ist ein IR-Reflektierendes SchichtSystem, nachfolgend auch nur als SchichtSystem bezeichnet, durch seine niedrige Emissivität und damit verbundene hohe
Reflektivität im spektralen IR-Bereich gekennzeichnet.
Gleichzeitig soll oftmals eine hohe Transmission im Bereich des sichtbaren Lichts erzielt werden. Ein solches
SchichtSystem weist somit einen steilen Abfall der
Transmission und einen starken Anstieg der Reflexion im Übergang vom sichtbaren Licht zum nahen Infrarot auf. In der Regel wird der Übergang mit steigender Zahl der IR- Reflektierenden Schichten steiler. Zum Solarbereich zählt bekanntermaßen die elektromagnetische Strahlung vom Bereich des nahen Infrarot (NIR)über den des sichtbaren bis hin zu dem des UV-Lichts, somit Wellenlängen im Bereich von etwa 300nm bis 3pm. Aufgrund ihres Emissionsverhaltens werden solche SchichtSysteme auch als Low-E-SchichtSysteme
bezeichnet. Des Weiteren weisen sie eine hohe Reflexion und eine geringe Transmission im IR-Bereich (Wellenlängen von >> 3pm) auf, was allgemein durch ein oder mehrere metallische Reflexionsschichten aus z.B. Silber, Gold, Kupfer oder anderen erzielt wird. Allgemein umfasst ein IR-Reflektierendes SchichtSystem vom Substrat aufwärts betrachtet zunächst eine
Grundschichtanordnung, welche insbesondere der Haftung des Systems auf dem Glas, der chemischen und/oder mechanischen Beständigkeit und/oder der Einstellung optischer
Eigenschaften des Systems, z.B. der EntSpiegelung oder der Farberscheinung, dient.
Über der Grundschichtanordnung folgt eine
Funktionsschichtanordnung, welche die IR-Reflektierende Schicht umfasst sowie optional weitere Schichten, welche diese Funktion unterstützen und eine Beeinflussung der optischen, chemischen, mechanischen und elektrischen
Eigenschaften ermöglichen.
Nach oben abgeschlossen wird ein IR-Reflektierendes
SchichtSystem durch eine Deckschichtanordnung, die zumindest eine mechanisch und/oder chemisch stabilisierende
Schutzschicht umfasst. Diese kann selbst oder durch
ergänzende Schichten auch die optische Performance des
SchichtSystems beeinflussen, z.B. eine EntSpiegelung unter Ausnutzung von Interferenzeffekten, so dass gegebenenfalls auch in Verbindung mit einer entspiegelnden Grundschicht die Transmission erhöht werden kann. In der DE 699 15 350 T2 beispielsweise wird unter jeder IR-Reflexionsschicht eine Entspiegelungsschicht angeordnet, z.B. aus reaktiv
abgeschiedenem dielektrischem Zink-Stannat . Die Zuordnung einzelner Schichten zur Grund-, Funktions-,
Deck- oder weiterer Schichtanordnung ist nicht in jedem Fall eindeutig vorzunehmen, da jede Schicht sowohl auf die benachbarten Schichten als auch auf das gesamte System
Einfluss hat. Allgemein erfolgt eine Zuordnung einer Schicht anhand ihrer grundlegenden Funktion. So werden einer
Grundschichtanordnung allgemein solche Schichten
zugerechnet, die primär einen Mittler zwischen dem Substrat und der weiteren Schichtenfolge darstellen. Weitere
Schichten der Grundschichtanordnung können auch die
Eigenschaften des SchichtSystems als Ganzes beeinflussen, wie z.B. Entspiegelungsschichten oder Schutzschichten. Die Funktionsschichtanordnung umfasst neben der Funktionsschicht auch solche Schichten, die deren Eigenschaften direkt beeinflussen, wie Blockerschichten zur Unterdrückung von Diffusionsvorgängen benachbarter Schichten in die
Funktionsschicht oder wie Interfaceschichten, die der
Haftung oder der Einstellung elektrischer und optischer Eigenschaften der benachbarten Schicht dienen. Schichten der Deckschichtanordnung schließen das SchichtSystem nach oben ab und können wie auch die Grundschichtanordnung das gesamte System beeinflussen.
Ein derart aufgebautes, so genanntes Single-Low-E kann durch Einfügung einer (Double-Low-E) oder mehrerer weiterer
Funktionsschichtanordnung, die durch Koppel- oder
Mittelschichtanordnungen auf der ersten
Funktionsschichtanordnung aufgebaut sind, ergänzt werden. Auch für die Zuordnung einer Schicht zur
Mittelschichtanordnung sind die obigen Betrachtungen zugrunde zu legen. Die jeweilige Abfolge von Einzelschichten und Schichtanordnungen kann entweder innerhalb einer
Schichtanordnung oder in der Aufeinanderfolge der
Schichtanordnungen so modifiziert werden, dass spezielle, durch die Anwendung oder den Herstellungsprozess entstehende Anforderungen erfüllt werden können.
So treten im Verlauf der Herstellung des SchichtSystems verschiedene Temperaturbelastungen in bereits aufgebrachten Schichtenfolgen auf, die durch einen mit der Abscheidung verbundenen Energieeintrag oder durch verschiedene
Behandlungsschritte abgeschiedener Schichten bedingt sind. So wird in der DE 699 15 350 T2 beschrieben, dass bei der Abscheidung einer Entspiegelungsschicht auf einer zuvor abgeschiedenen IR-Reflexionsschicht letztere zusammenbricht. Um dies zu verhindern wird zwischen diese beiden eine aluminiumdotierte, transparente Zinkoxidschicht eingefügt. Blockerschichten hingegen sind in der DE 699 15 350 T2 nicht eingesetzt. Das dort beschriebene SchichtSystem umfasst lediglich eine Deckschicht, welche dem mechanischen und chemischen Schutz gegenüber äußeren Einflüssen dient.
Darüber hinaus können IR-Reflektierende SchichtSysteme zur Härtung und/oder Verformung des Substrates auch
Temperprozessen unterzogen werden. In diesem Fall weisen sie eine solche Schichtenfolge mit solchen Schichteigenschaften auf, die es erlauben, ein das SchichtSystem tragendes
Substrat einer Wärmebehandlung zu unterziehen und dabei auftretende Änderungen der optischen, mechanischen und chemischen Eigenschaften des SchichtSystems innerhalb definierter Grenzen zu halten. Je nach Anwendung eines beschichteten Substrates ist dessen SchichtSystem im
Temperprozess in unterschiedlichen Zeitregimes
unterschiedlichen klimatischen Bedingungen ausgesetzt.
Aufgrund solcher Temperaturbelastungen kommt es zu
verschiedenen, das Reflexionsvermögen der Funktionsschicht und die Transmission des SchichtSystems ändernden Vorgängen, insbesondere zur Diffusion von Komponenten der
Entspiegelungsschicht in die Funktionsschicht und umgekehrt und infolge dessen zu Oxidationsprozessen in der
Funktionsschicht. Zur Vermeidung solcher Diffusions- und Oxidationsvorgänge wird ein- oder beidseitig der
Funktionsschicht eine Blockerschicht eingefügt, die als Puffer für die diffundierenden Komponenten dient. Diese Blockerschichten sind entsprechend der auftretenden
Temperaturbelastung strukturiert und angeordnet und schützen die empfindliche oft sehr dünne Funktionsschicht oder die Funktionsschichten vor dem Einfluss benachbarter Schichten. Durch das Einfügen einer oder mehrerer Blockerschichten können insbesondere starke Farbverschiebungen des
SchichtSystems sowie die Zunahme des Flächenwiderstandes des SchichtSystems infolge des Temperprozesses verhindert werden.
Als Blockerschichten temperfähiger SchichtSysteme sind insbesondere NiCr- oder NiCrOx-Schichten bekannt. So
schließen in der DE 035 43 178 AI diese Blockerschichten die IR-Reflektierenden Silberschichten ein oder schützen sie zumindest einseitig. Die Blockerschichten führen jedoch zu einer Verringerung der Transmission und der Leitfähigkeit der Silberschicht und damit zur Verminderung der IR- Reflexion. Wird eine Silberschicht mit einem
Flächenwiderstand von ca. 5 Ohm/Sq. abgeschieden und diese in zwei NiCrOx-Schichten eingebettet, so kann diese
Einbettung zu einer Erhöhung des Flächenwiderstandes um ca. 1,5 Ohm/Sq. auf 6,5 Ohm/Sq führen.
Es hat sich gezeigt, dass diese verschiedenartigen
Schichtaufbauten trotz der verschiedenen Maßnahmen immer noch zu sensibel für klimatische Bedingungen und lediglich speziellen Temperprozessen angepasst sind, so dass sie bei anspruchsvollen oder deutlich abweichenden klimatischen Bedingungen nicht mit einer ausreichenden Qualität oder Ausbeute hergestellt werden können. So wurde festgestellt, dass die Reflexions- und
Transmissionseigenschaften des SchichtSystems auch durch Diffusionsprozesse beeinflusst werden, die vom Glas
ausgehen. Um hierauf Einfluss zu nehmen, wurde in der
US 2004/0086723 AI unterhalb der Funktionsschichtanordnung eine Barriereschicht eingefügt, welche die Diffusion von Natrium-Ionen des Glases in das SchichtSystem vermindern soll. Auch können mit solch einer Barriereschicht
Qualitätsprobleme vermindert werden, die auf Undefinierte Ausgangszuständen beim Rohglas, d. h. schwankende chemische Zusammensetzung des Glases, insbesondere hinsichtlich seines Natrium-Anteils, zurückzuführen sind. Darüber hinaus verursachen andere Glaseinflüsse, wie Korrosion oder
Abdrücke der dem Handling des Glases dienenden Sauger, die durch visuelle Kontrollen oftmals nicht feststellbar und durch übliche Reinigung nicht zu beseitigen sind,
unerwünschte Änderungen der Eigenschaften des
SchichtSystems . Besonders nachteilig ist bei solchen
Glaseinflüssen, dass deren Auswirkungen auf die
Eigenschaften des SchichtSystems erst nach dem Temperprozess sichtbar werden.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein SchichtSystem und ein Verfahren zu seiner Herstellung anzugeben, das auch bei anspruchsvollen klimatischen Bedingungen einer
Wärmebehandlung des Substrats und/oder Undefinierten
Zuständen bei dem Glassubstrat eine ausreichende Qualität, z.B. eine hohe Transmission im sichtbaren Bereich sowie eine niedrige Emissivität gewährleistet und gleichzeitig eine weitgehende Stabilität des Farborts des SchichtSystems im neutralen bis leicht bläulichen Bereich des L*a*b*- Farbraumes ermöglicht.
Zur Lösung der Aufgabenstellung umfasst das Schicht System in der Grundschichtanordnung eine dielektrische Grundschicht, die aus einem solchen Nitrid, Oxid oder Oxinitrid eines Metalls, eines Halbleiters oder einer Halbleiterlegierung besteht, welches geeignet ist, Diffusionsvorgänge aus dem Substrat in das darüber liegende SchichtSystem und hier insbesondere in eine Funktionsschichtanordnung zu
vermindern .
Die darüber angeordnete Funktionsschichtanordnung umfasst eine metallische Funktionsschicht zur Reflexion von
Infrarotstrahlung sowie eine über der Funktionsschicht angeordnete Blockerschicht aus einem Metall, einer
Metallmischung oder Metalllegierung oder aus einem Oxid, Nitrid oder Oxinitrid davon. Diese dient vordergründig dem Schutz der Funktionsschicht gegenüber Oxidations- und Diffusionsprozessen, die z.B. in im Durchlaufverfahren zur Herstellung des SchichtSystems nachfolgenden
Beschichtungsprozessen oder während der Temperprozesse des SchichtSystems auftreten können. Des Weiteren umfasst das erfindungsgemäße SchichtSystem eine Deckschichtanordnung mit einer ersten dielektrischen
Deckschicht, welche ein unter Reaktivgasatmosphäre
abgeschiedenes Oxid oder Oxinitrid eines Zink-Stannats enthält, und mit einer zweiten dielektrischen, hoch
brechenden und ein Oxid, Nitrid oder Oxinitrid von Silizium enthaltenden Deckschicht.
Die Herstellung eines solchen SchichtSystems erfolgt in einer Durchlaufbeschichtungsanlage durch aufeinander
folgende Abscheidung aus der Gasphase auf dem Substrat bzw. den bereits abgeschiedenen Schichten des SchichtSystems . Die Abscheidung erfolgt für eine oder mehr Schichten mittels DC- oder MF-Magnetronsputtern, das insbesondere auch für
reaktives Sputtern angewendet wird und aufgrund der
Energiebilanz des Beschichtungsmaterials Schichten mit der gewünschten Struktur erzeugt.
Alternativ erweist es sich jedoch als vorteilhaft, wenn entsprechend einer Ausgestaltung des Verfahrens die unterste und die oberste Schicht des SchichtSystems , welche unter anderem dessen mechanischem und chemischem Schutz dienen, mittels CVD- oder plasmagestütztem CVD-Prozess hergestellt werden .
Das beschrieben SchichtSystem erfüllt die Anforderungen gemäß Aufgabenstellung. Es ist chemisch und mechanisch stabil sowohl hinsichtlich der Haftung auf dem Substrat und der Schichten untereinander als auch gegenüber äußeren
Einwirkungen. Das SchichtSystem ist des Weiteren in einem großen Temperatur-, Zeit- und geometrischen Rahmen temper- und biegbar und weist auch nach diesen Behandlungen
hervorragende optische Eigenschaften, insbesondere neutrale bis leicht negative, d.h. blaue Reflexionsfarbwerte im
L*a*b*-Farbraum. Aufgrund der möglichen Reduzierung der Anzahl der Einzelschichten und weiterer
Optimierungsmaßnahmen im Herstellungsprozess ist z.B. auch eine hohe Transmission im sichtbaren Spektralbereich bei niedriger Emissivität zu erzielen.
Die optische Stabilität wird unter anderem durch die
Grundschicht erzielt, die wie beschrieben als
Barriereschicht gegenüber möglichen Substrateinflüssen aufgebracht ist und hier insbesondere der Verminderung von Diffusionvorgängen aus dem Substrat in eine darüber
angeordnete Funktionsschichtanordnung dient. Von Vorteil erweist es sich, dass sich dieser Barriereeffekt auch auf die anderen, auch die über der Funktionsschicht liegenden Schichten auswirkt, so dass für diese Schichten auch andere Materialien verwendbar sind.
Wenn es sich bei dem Substrat um Glas handelt, betrifft die Wirkung der Grundschicht insbesondere die Diffusion von Natrium-Ionen, die entsprechend der Zusammensetzung des Glases in unterschiedlichen Konzentrationen vorliegen können, so dass bereits aufgrund dieser Schwankungen nach einem Wärme eintragendem und somit Diffusion auslösendem Prozess Abweichungen des Farbortes bei sonst gleichem
SchichtSystem und Prozessbedingungen auftreten können.
Darüber hinaus werden auch Einflüsse von Korrosion des
Substrates oder von Spuren auf dem Substrat, welche in den vorangegangenen Prozessabläufen in der Zuführung des
Substrates entstanden sind, z.B. Saugerabdrücke auf Glas, unterdrückt. Auch Einflüsse auf das wärmebehandelte
SchichtSystem aus diesen Änderungen der
Oberflächenbedingungen des Substrates und chemischer
Rückstände auf dem Substrat können mit einer
erfindungsgemäßen Unterschicht so weit unterdrückt werden, dass eine Farbvarianz unterhalb eines sichtbaren Grenzwertes bleibt . Da die unerwünschten Diffusionsprozesse bereits durch den Wärmeeintrag in bereits abgeschiedene Schichten während nachfolgender Abscheidungsprozesse erfolgen können, sind mit der erfindungsgemäßen Unterschicht die beschriebenen
Vorteile auch bei nicht zu tempernden SchichtSystemen erzielbar .
Es hat sich herausgestellt, dass eine gute Barrierewirkung gegenüber dem Substrat insbesondere durch solche Schichten erzielt wird, welche neben den spezifischen Ionenfängern auch eine dichte Struktur aufweisen. Entsprechend einer besonderen Ausgestaltung des SchichtSystems enthält die Grundschicht Silizium, wie z.B. Siliziumnitrid. Aber auch andere funktionell und strukturell vergleichbare Material sind einsetzbar. Die verwendbaren Materialien hängen
wesentlich von diesen Eigenschaften ab und zwar bezogen auf die zu erwartenden Diffusionsprozesse, so dass für die jeweils gegebenen Substrat-Schicht-Kombinationen und
thermischen Anforderungen die geeigneten Materialien durch Versuche zu ermitteln sind. In Bezug auf die
Natriumionendiffusion aus Glas wurde z.B. herausgefunden, dass einige Metalloxide wie z.B. Zinnoxid oder Titanoxid nur eine vernachlässigbare Barrierewirkung zeigen.
Je nach verwendetem Material kann die Grundschicht durchaus auch hoch brechend sein. In diesem Fall kann die
Grundschicht gleichzeitig der EntSpiegelung dienen. Damit kann die Dicke der unter der Funktionsschichtanordnung abgeschiedenen Schichten vermindert werden, was sich positiv auf die Transmission auswirkt.
Der Bereich der hoch brechenden Eigenschaft einer
Einzelschicht ist wie üblich in Bezug auf die im
SchichtSystem verwendeten Materialien sowie das Substrat und keinesfalls absolut zu betrachten, da sich ein optischer Effekt, hier insbesondere ein entspiegelnder Effekt an dem Wechsel der optischen Dichte benachbarter Schichten bemisst. Sofern es sich bei dem Substrat um Glas handelt, wird dessen Brechungsindex im Bereich von ca. 1,5 und einige Zehntel darüber und darunter als niedrig brechend anzusehen sein, während der Brechungsindex von Siliziumnitrid oder
Metalloxide bei 2,0 und darüber liegen und deshalb als hoch brechend anzusehen sein. Gegenüber einem Brechungsindex von 1,5 und niedriger kann jedoch auch ein Brechungsindex von 1,8 oder 1,9 schon als hoch brechend gelten. Diese Grenzen sind, wie dargelegt, an den genannten Materialien
orientiert. Verschieben sich die Brechungsindizess der verwendeten Materialien, dann verschieben sich auch die Grenzen .
Es hat sich weiter herausgestellt, dass entgegen der bisherigen Auffassung bereits durch eine gute
Barrierewirkung der Grundschicht eine ausreichende
Stabilisierung des SchichtSystems gegenüber thermischen
Einflüssen, die durch das Substrat begründet sind, erzielbar ist. Folglich ist bei einer guten Barrierewirkung der
Grundschicht erfindungsgemäß eine untere Blockerschicht in der Funktionsschichtanordnung nicht erforderlich. Diese Möglichkeit wirkt sich ebenfalls positiv auf die
Transmission im sichtbaren Spektralbereich aus, ohne jedoch Einbußen in der thermischen Beständigkeit hinzunehmen. Von den beidseitig einer Funktionsschicht angeordneten
Blockerschichten verbleibt somit lediglich die obere, die über der Funktionsschicht liegt und einen Schutz gegenüber Diffusions- und damit verbundenen Oxidationsprozessen von über der Funktionsschicht abgeschiedenen Schichten bildet.
Ergänzender Schutz wird durch die Deckschichtanordnung erzielt, die zumindest zweischichtig ausgeführt werden kann und in der ersten, unteren Deckschicht Zink-Stannat , eine Zink-Zinn-Mischung enthält. Diese wird mit einer hoch brechenden und ein Oxid, Nitrid oder Oxinitrid von Silizium enthaltenden Deckschicht überdeckt. Da die erste Deckschicht neben ihrer optischen Wirkung insbesondere einen mechanisch stabilisierenden Effekt auf die benachbarten Schichten ausübt, ist mit dieser Deckschichtanordnung ein sehr fester, beständiger und Transmission sowie Farbort stabilisierender Abschluss des SchichtSystems erzielt.
Mittels der Zink-Stannat enthaltenden Schicht sind
insbesondere SchichtSpannungen in den angrenzenden Schichten reduzierbar, woraus sich aufgrund des besseren
Relaxationsverhaltens während des Temperns ein deutlich verbessertes Temperverhalten für die darüber liegende zweite Deckschicht ergibt. Darüber hinaus verringern sich auch die Schädigung von abgeschiedenen Schichten sowie die Belastung der Anlage durch Schichtabplat zungen, so genannte Flitter.
Eine effektive Abscheiderate bei gut einstellbaren
Schichteigenschaften wird für die Zink-Stannat enthaltenden Deckschicht erzielt, indem sie reaktiv gesputtert wird, wobei dem Arbeitsgas Sauerstoff zugeführt wird, das optional durch Stickstoff ergänzt werden kann. In letzterem Fall ist es unerheblich, ob Stickstoff tatsächlich in der Schicht eingebaut wird.
Für die Abscheidung erfolgt verfahrensseitig eine
Optimierung zwischen der Abscheiderate und dem sicheren Fahren des Prozesses im vollreaktiven Mode 2 (Fig. 2) mithilfe der Sauerstoffzufuhr . Bekanntermaßen wird die
Abhängigkeit der Abscheiderate vom Reaktivgaszufluss beim reaktiven Sputterprozess durch eine Hysteresekurve (Fig. 2) beschrieben, d.h. es besteht ein Versatz 3 oder
Übergangsbereich in der Abscheiderate je nachdem ob der Reaktivgaszufluss während des Sputterns zu- oder abnimmt. Dieser Übergangsbereich unterscheidet die beiden
grundlegenden und stabil zu betreibenden Modes des
Prozesses, den metallischen Mode 1 (Fig. 2) in dem die Rate nur geringfügig geändert dem des Metalls entspricht, und den vollreaktiven Mode 2, bei dem die notwendige Prozessspannung im Vergleich zum metallischen Mode 1 niedrig und nahezu unabhängig vom Reaktivgaszufluss ist. Daraus ergibt sich ein stabiler und bevorzugter Prozessverlauf. Dieser wird erfindungsgemäß auch für die Abscheidung einer Zink-Stannat enthaltenden Schicht nutzbar, indem zunächst vor Beginn der Abscheidung durch eine Regulierung des
SauerstoffZuflusses zum Arbeitsgas der Betrieb im
vollreaktiven Mode der Abscheidecharakteristik erzielt wird und dann durch Reduzierung des Sauerstoffflusses bis kurz vor dem Übergangspunkt 4 vom vollreaktiven zum metallischen Mode eine Optimierung der während der Abscheidung
erzielbaren Abscheiderate vorgenommen wird (Fig. 2) . Der beschriebene, die Spannungen innerhalb einer
angrenzenden Schicht reduzierende Effekt, unterstützt die Verwendung einer das SchichtSystem nach oben abschließenden Schicht, die hoch brechend ist und ein Oxid, Nitrid oder Oxinitrid von Silizium enthält. Eine solche Schicht ist hinsichtlich ihrer Eigenschaften, insbesondere auch ihrer optischen Eigenschaften sehr gut einstellbar. Die
Einstellung der Schichteigenschaften erfolgt wie oben dargelegt anhand der Maßgaben, die durch die Einzelschichten des SchichtSystems und die Anforderungen an das System während eines Temperprozesses und/oder in der Verwendung bedingt sein können.
Die Verwendung von Siliziumnitrid für die oberste, zweite Deckschicht gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung
gestattet eine weitere Optimierung der optischen Performance des SchichtSystems während des Sputterprozesses . Denn dieses Material ist durch einen kontinuierlichen Übergang zwischen metallischem Mode 1 (Fig. 2) und vollreaktivem Mode 2 (Fig. 2) anstelle des oben beschriebenen Übergangsbereichs (Fig. 2) einer Hysteresekurve charakterisiert. Dies ermöglicht die Einstellung einer minimal erzielbaren Absorption für diese Schicht über den Reaktivgasfluss . Eine solch optimierende Steuerung des Reaktivgasflusses kann mithilfe bekannter Absorptionsmessungen in- oder ex-situ erfolgen.
Alternativ oder ergänzend zur Verwendung von Siliziumnitrid als zweite Deckschicht in Verbindung mit dem Oxid oder Oxinitrid einer Zink-Stannat enthaltenden Schicht sind auch unterschiedlich dicke Deckschichten verwendbar, wobei es von Vorteil ist, wenn die zweite, das SchichtSystem
abschließende Deckschicht eine größere Dicke aufweist, bevorzugt eine um den Faktor 1,2 oder höher größere Dicke.
Die oben beschriebene Reduzierung der notwendigen
Einzelschichten in den grundlegenden Schichtanordnungen hat den weiteren positiven Effekt, dass es besser möglich ist, das SchichtSystem mit vorhandenen Anlagenkonfigurationen herzustellen, die häufig in ihrer Folge von installierten Targetmaterialien in den Beschichtungskompartments
festgeschrieben sind oder nur mit hohem Aufwand veränderbar wären. Denn die verminderte Aufeinanderfolge von
Einzelschichten gestattet eher eine Anpassung der Anzahl der Targets und deren Reihenfolge als eine dichte Folge
unterschiedlicher Materialien. Dies schließt auch ein, dass weitere Unterteilungen z.B. der Grundschichtanordnung in mehr als eine Einzelschicht, auch mit voneinander
abweichenden Materialien erfolgen können, sofern
hinsichtlich der Anforderungen insbesondere für die
entspiegelnde und die Transmission verbessernde Wirkung optisch noch Platz ist.
Dementsprechend sind in verschiedenen Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen SchichtSystems solche Schichten eingefügt, die das SchichtSystem verschiedenen Anforderungen und auch spezifischen Eigenschaften der Beschichtungsanlage gegenüber variabler gestalten. So wird entsprechend einer
Ausgestaltung des SchichtSystems eine weitere dielektrische Grundschicht über der ersten eingefügt. Diese hat hoch brechende Eigenschaften, so dass mit ihr die optischen
Eigenschaften des SchichtSystems , insbesondere die
Transmission und die Farbe beeinflussbar sind. Dies ist z.B. dann gegeben, wenn die erste Grundschicht einen
Brechungsindex aufweist, der kleiner oder gleich dem der weiteren Grundschicht ist. Des Weiteren ist es entsprechend einer weiteren Ausgestaltung des SchichtSystems möglich, die
Reflexionseigenschaften der IR-Reflektierenden
Funktionsschicht durch Einfügen einer Interfaceschicht zu beeinflussen. Eine Interfaceschicht soll allgemein als Mittler zwischen Schichten verstanden sein, deren
Eigenschaften sich deutlich unterscheiden und sich deshalb beeinflussen könnten. In Bezug auf die IR-Reflektierende Funktionsschicht wird mit einer Interfaceschicht
üblicherweise die Haftung verbessert und der
Flächenwiderstand herabgesetzt, um die
Reflexionseigenschaften zu verbessern. Mit der angegebenen Interfaceschicht aus einem Metall oder aus einem Oxid oder Nitrid eines Metalls oder einer Metallmischung oder Metall- Legierung ist ein so genannter Seed-Layer eingefügt, der den Schichtaufbau der Funktionsschicht während der Abscheidung derart beeinflusst, dass der gewünschte, niedrige
Flächenwiderstand erzielt wird.
Der beschriebene Aufbau der einzelnen Schichtanordnungen sowie deren Modifikationen sind gleichermaßen auf ein IR- Reflektierendes SchichtSystem anwendbar, welches zwei oder mehr Funktionsschichten umfasst. In einer solchen
Verdopplung oder Vervielfachung der Funktionsschichten wurde festgestellt, dass die Barrierewirkung der
Grundschichtanordnung sich auch auf jede weitere
Funktionsschicht in der beschriebenen Weise positiv auswirkt und darüber hinaus auch auf die eingefügten
Zwischenschichten. Folglich können die Reduzierung der
Einzelschichten und/oder die verwendbaren Materialien auch für höher liegende Schichten in dieser Ausgestaltung des SchichtSystems verwendet werden.
Die zusätzlichen Funktionsschichten sind jeweils in eine Funktionsschichtanordnung integriert, deren grundsätzlicher Aufbau dem im Single-Low-E-SchichtSystem beschriebenen entspricht. Grundsätzlich übereinstimmende Funktionsschichtanordnungen schließen jedoch ein, dass sie sich in den verwendeten Materialien auch unterscheiden können, sofern sie in die oben beschriebene
Charakterisierung der Funktionsschicht, Blockerschicht und gegebenenfalls Interfaceschicht einzuordnen sind.
Eine zweite und jede weitere Funktionsschichtanordnung wird unter der Deckschichtanordnung und über der darunter liegenden Funktionsschichtanordnung eingefügt. Die Trennung zwischen beiden Funktionsschichtanordnungen und demzufolge auch deren Verknüpfung miteinander erfolgt durch eine
Zwischenschichtanordnung, so dass die Schichtenfolge eine Funktionsschichtanordnung, darüber eine
Zwischenschichtanordnung und eine weitere
Funktionsschichtanordnung und gegebenenfalls weitere, sich abwechselnde Zwischen- und Funktionsschichtanordnungen umfasst .
Erfindungsgemäß umfasst die Zwischenschichtanordnung eine oder mehr Zwischenschichten, von denen jede Einzelschicht Zinn enthält. Außerdem enthält zumindest eine der
Einzelschichten der Zwischenschichtanordnung ein Oxid oder ein Oxinitrid eines Zink-Stannats . Daraus folgt, dass grundsätzlich auch eine einschichtige
Zwischenschichtanordnung möglich ist, deren Schicht ein Oxid oder ein Oxinitrid eines Zink-Stannats enthält. Eine solche Schicht erfüllt beide Materialanforderungen. Durch den für jede Zwischenschicht vorgeschriebenen Zinn-Gehalt entstehen auch bei voneinander abweichenden Zwischenschichten über die Dicke der Mittelschichtanordnung betrachtet Bereiche mit unterschiedlichen Zinn-Anteilen, die auch gradientenförmige Übergänge von einer Schicht zur anderen umfassen können.
Wie oben dargelegt, weist eine Zink-Stannat enthaltende Schicht besondere mechanisch stabilisierende Eigenschaften auf, die erfindungsgemäß auch für die
Zwischenschichtanordnung genutzt werden. Dies ist aufgrund der Verbindungsfunktion für die Zwischenschichtanordnung von Vorteil, auch für deren Kombination mit einer davon
abweichenden, Zinn-haltigen Schicht, wofür entsprechend einer Ausgestaltung der Erfindung die Abscheidung von unterschiedlichen Targetmaterialien erfolgt. Um die erforderliche Dicke der Zwischenschichtanordnung sowohl für die ein- als auch die mehrschichtige
Ausgestaltung zu realisieren, erfolgt deren Abscheidung durch aufeinanderfolgende reaktive Beschichtung stets von zumindest zwei Targets. Erfindungsgemäß wird für zumindest eine Zwischenschicht ein Oxid oder ein Oxinitrid von Zink-Stannat verwendet, so dass bezüglich der Verfahrensausgestaltungen und der damit verbundenen Vorteile auch hier die obigen Darlegungen zur ersten Deckschicht zutreffen. Auch die Vorteile hinsichtlich der Gasseparation sind nutzbar, sofern entsprechend einer Ausgestaltung der Erfindung die benachbarten
Beschichtungsprozesse zur Abscheidung der Zwischenschichten unter im Wesentlichen übereinstimmender
Reaktivgaszusammensetzung erfolgen. Die oben beschriebenen gradientenförmigen Übergänge zwischen den Zinn-halt igen Schichten der Zwischenschichtanordnung werden durch die qualitativ vergleichbare Reaktivgasatmosphäre in den aufeinanderfolgenden Beschichtungsprozessen weiter
unterstützt . Die Übereinstimmung soll die wesentlichen Komponenten der Reaktivgasatmosphäre betreffen, d.h. das Arbeitsgas Argon und das Reaktivgas, welches Sauerstoff und gegebenenfalls Stickstoff umfasst. Abweichungen in sekundären Bestandteilen z.B. rein technologisch bedingte Beimengungen oder
geringfügig höhere Werte des als bevorzugt beschriebenen Anteils sind möglich ohne nennenswerte Einschränkungen in den beschriebenen Vorteilen und Wirkungen.
Für die erfindungsgemäßen IR-Reflektierenden SchichtSysteme mit zwei oder mehr Funktionsschichtanordnungen hat sich des Weiteren als vorteilhaft herausgestellt, die Schichtdicken der beiden oder mehr Funktionsschichten aufeinander
abzustimmen. So konnte eine Optimierung zwischen geringer Emissivität und maximaler Transmission im sichtbaren
Spektralbereich insbesondere für die bevorzugten neutralen bis leicht blauen Reflexionsfarben, bei denen a* und b* des L*a*b*-Farbraumes im Bereich von 0 und kleiner liegen, für den Fall erzielt werden, wenn die Dicke der Funktionsschicht der obersten Funktionsschichtanordnung um den Faktor 1,1 oder höher größer ist als die Dicke der Funktionsschicht der untersten FunktionsSchichtanordnung .
Das erfindungsgemäße SchichtSystem soll nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert werden. In der zugehörigen Zeichnung zeigt die Fig. 1 eine Schichtenabfolge eines Double-Low-E- SchichtSystems und
Fig. 2 eine Darstellung des Hysterese-Effektes beim
reaktiven Sputtern.
Gemäß der Fig 1. umfasst die Grundschichtanordnung des Ausführungsbeispiels lediglich eine Grundschicht. Diese besteht aus einem Siliziumnitrid, welches einen geringen Aluminiumanteil aufweist, hier in Höhe von ca. acht
Gewichtsprozent .
Auf einem Substrat SO sind nacheinander in einer
Vakuumdurchlaufsbeschichtungsanlage die nachfolgend
beschriebenen Schichten mittels DC- oder MF- Magnetronsputtern abgeschieden.
Auf dem Substrat SO, im Ausführungsbeispiel Floatglas mit einem Brechungsindex von ca. 1,52, ist zunächst eine
Grundschicht GAG angeordnet, die als Barriere- und
Entspiegelungsschicht dient und aus einem
Siliziumaluminiumnitrid besteht mit einem Brechungsindex 2.12 ± 0.05. Die Schicht wird reaktiv unter Anwesenheit von Stickstoff als Reaktivgas von einem Si: AI-Target mit 6-10% Aluminiumanteil gesputtert. Alternativ kann die Schicht auch ohne Aluminiumanteil und/oder unter einer anderen
Reaktivgasatmosphäre abgeschieden sein. Im
Ausführungsbeispiel umfasst die Grundschichtanordnung GA nur diese eine Grundschicht GAG. Alternativ kann die
Grundschichtanordnung über dieser Grundschicht GAG eine weitere Grundschicht aufweisen, die z.B. aus Titanoxid oder Nioboxid besteht, wodurch deren gegenüber der Grundschicht GAG höherer Brechungsindex nutzbar wäre. In einer weiteren Alternative ist die Grundschicht GAG als Gradientenschicht mit wechselnder Stöchiometrie abgeschieden.
Über der Grundschichtanordnung GA ist die erste, untere Funktionsschichtanordnung UFA abgeschieden. Sie umfasst eine Interfaceschicht, in dieser Position als untere
Interfaceschicht UFAI bezeichnet. Diese besteht aus einem Zinkaluminiumoxid, das von einem Zn:Al-Target mit ca. 2% Aluminiumanteil oder von einem keramischen Zinkalumiumoxid- Target oder einem keramischen Zinkoxid (sog. Intrinsisches Zinkoxid) Target gesputtert wird. Alternativ kann die
Schicht auch ohne Aluminiumanteil abgeschieden sein.
Über der unteren Interfaceschicht UFAI, die unter anderem auch als Seed-Layer für die darauf folgende Schicht dient, ist die untere Funktionsschicht UFAF als IR-Reflekt ierende Schicht abgeschieden. Im Ausführungsbeispiel wird Silber verwendet. Aber auch andere Materialien mit der IR- Reflektierenden Eigenschaft, wie z.B. Gold oder ein anderes Edelmetall oder Legierungen davon, ein Halbedelmetall oder Tantal, sind verwendbar.
Über dieser folgt die untere Blockerschicht UFAB . Für eine Blockerschicht kommen unterschiedliche Materialien in
Betracht. Neben den als bekannt benannten NiCr- oder NiCrOx- Schichten sind auch andere Materialien verwendbar, z.B. um die optischen und/oder elektrischen Eigenschaften des
SchichtSystems zu beeinflussen. So ist z.B. eine Zirkonoxidschicht ZrOx mit x > 0 geeignet, die Transmission des SchichtSystems gegenüber der Verwendung einer NiCrOx- Schicht zu erhöhen und den Flächenwiderstand des
SchichtSystems zu vermindern. Eine weitere Erhöhung der Transmission und Verringerung des Flächenwiderstands wäre z.B. mit einer von einem keramischen ZnOx : AI-Target mit 2% Aluminium gesputterten Blockerschicht mit x < 1 ohne
zusätzlichen Sauerstoffeinlass möglich. Wie oben dargelegt sind auch Titanoxid TiOx mit x < 2 oder eine Nioboxidschicht NbxOy als Blockermaterial möglich, wobei letztere
unterstöchiometrisch abgeschieden wird, d.h. y/x < 2,5.
Darüber hinaus ist auch Chromnitrid CrxNy oder Stainless Steel Nitrid SSTxNy für eine Blockerschicht verwendbar, wobei mit diesem Material auch eine Verringerung der Transmission des SchichtSystems im sichtbaren Bereich erzielbar ist, z.B. zur Verwendung in einem selektiven, einfach oder mehrfach LowE-Sun-Schichtsystem. Hierbei sinkt die sichtbare
Transmission mit steigender Schichtdicke, was durch die Verwendung dieser Materialien in ein oder mehreren
Blockerschichten eines mehrere Funktionsschichtanordnungen umfassenden SchichtSystems noch gezielter eingestellt werden kann. Hinzu kommt bei diesen Materialien die Stabilität der Schicht auch gegenüber Temperprozessen, da sie nicht
aufoxidiert . Über der unteren Funktionsschichtanordnung UFA ist eine
Zwischenschichtanordnung ZA abgeschieden. Sie ist aus drei verschiedenen dielektrischen Schichten mit unterschiedlicher Zusammensetzung aufgebaut. Auf der unteren
Funktionsschichtanordnung UFA folgt im Ausführungsbeispiel zunächst eine Zinnoxidschicht, darauf ein Oxid eines Zink- Stannats und darauf wiederum eine Zinnoxidschicht. Für die Sputterprozesse werden zwei verschiedene Targetmaterialien verwendet, und zwar Zinn und Zink-Stannat , die beide Zinn enthalten. Die Abscheidung erfolgt für alle drei
Zwischenschichten ZA1, ZA2, ZA3 reaktiv als Oxidschichten. Die erste und die dritte Zwischenschicht ZA1, ZA3, welche die äußeren Schichten der Zwischenschichtanordnung sind, werden von dem gleichen Targetmaterial, Zinn, gesputtert, während die zweite, mittlere Zwischenschicht von einem Zink- Stannat-Target reaktiv unter Anwesenheit von Sauerstoff im Arbeitsgas Argon gesputtert wird.
Entsprechend einer optionalen Ausführung des Verfahrens stimmen die Reaktivgasatmosphären zur Abscheidung einer Zwischenschichtanordnung ZA überein, d.h. hinsichtlich des Arbeitsgases Argon und des Reaktivgases, welches Sauerstoff und gegebenenfalls Stickstoff umfasst. Aus den Zinn-Anteilen in allen drei Targets und den vergleichbaren
Reaktivgasatmosphären resultieren gradientenförmige
Übergänge sowohl zwischen der ersten und zweiten
Zwischenschicht ZA1, ZA2 als auch zwischen der zweiten und dritten Zwischenschicht ZA2, ZA3. Im Ausführungsbeispiel weist die zweite Zwischenschicht ZA2 eine Dicke auf, die um den Faktor zwei größer ist als die Dicke der beiden anderen Schichten dieser Schichtanordnung. Alternativ sind auch höhere Faktoren und/oder voneinander abweichende Dicken der ersten und dritten Zwischenschicht ZA1, ZA3 möglich.
Über der Zwischenschichtanordnung ZA ist eine obere
Funktionsschichtanordnung OFA abgeschieden, die wie zur unteren Funktionsschichtanordnung UFA beschrieben eine obere Interfaceschicht OFAI, eine obere Funktionsschicht OFAF und eine obere Blockerschicht OFAB umfasst. Die obere
Funktionsschichtanordnung OFA stimmt in ihrer
Zusammensetzung mit der unteren überein, so dass
diesbezüglich auf die dortigen Darlegungen verwiesen wird. Lediglich die Dicke der oberen Funktionsschicht OFAF ist um den Faktor 1,1 größer als die der unteren Funktionsschicht UFAF . Alternativ sind auch höhere Faktoren und/oder andere Materialien für eine oder mehrere der Einzelschichten verwendbar, sofern diese die beschriebenen Funktionen erfüllen . Das IR-Reflektierende SchichtSystem wird nach oben durch eine Deckschichtanordnung DA abgeschlossen. Diese umfasst eine erste Deckschicht DA1, die auf der Blockerschicht OFAB der oberen Funktionsschichtanordnung OFA abgeschieden ist. Sie besteht aus einem Oxid oder Oxinitrid mit niedrigem Stickstoffanteil eines Zink-Stannats und wird unter
sauerstoffhaltiger oder unter Sauerstoff- und
stickstoffhaltiger Atmosphäre von einem Zink-Stannat-Target abgeschieden .
Hierbei ist es bei einer Reaktivgaszusammensetzung mit einem Verhältnis der Volumenanteile von Stickstoff zu Sauerstoff von kleiner oder gleich 0,2 durchaus möglich, dass trotz eines Stickstoffanteils in der Reaktivgasatmosphäre kein Stickstoff in der ersten Deckschicht DA1 eingebaut ist. Dies trifft auch für Zink-Stannat enthaltende Schichten der
Zwischenschichtanordnung ZA zu.
Über der ersten Deckschicht DA1 wird eine zweite Deckschicht DA2 aus Siliziumaluminiumnitrid abgeschieden. Dies erfolgt vergleichbar der Grundschicht GAG von einem Si: AI-Target mit 6-10% Aluminiumanteil. Auch der Brechungsindex ist dem der Grundschicht GAG vergleichbar. Alternativ kann die Schicht auch ohne Aluminiumanteil und/oder unter einer anderen
Reaktivgasatmosphäre abgeschieden sein. Die Dicken der ersten zur zweiten Deckschicht DA1, DA2 verhalten sich wie 1 zu 1,2 zur Erhöhung der mechanischen Stabilität der
Deckschichtanordnung DA.
Wärmebehandelbares Infrarotstrahlung reflektierendes Schichtsystem und Verfahren zu dessen Herstellung
Bezugszeichenliste
SO Substrat
GA Grundschichtanordnung
GAG Grundschicht
UFA untere Funktionsschichtanordnung
UFAI untere Interfaceschicht
UFAF untere Funktionsschicht
UFAB untere Blockerschicht
ZA Zwischenschichtanordnung
ZA1 erste Zwischenschicht
ZA2 zweite Zwischenschicht
ZA3 dritte Zwischenschicht
OFA obere Funktionsschichtanordnung
OFAI obere Interfaceschicht
OFAF obere Funktionsschicht
OFAB obere Blockerschicht
DA Deckschichtanordnung
DA1 erste Deckschicht
DA2 zweite Deckschicht
1 metallischer Mode
2 vollreaktiver Mode
3 Versatz
4 Übergangspunkt

Claims

Wärmebehandelbares Infrarotstrahlung reflektierendes Schichtsystem und Verfahren zu dessen Herstellung Patentansprüche
1. Wärmebehandelbares Infrarotstrahlung reflektierendes SchichtSystem auf einem transparenten, dielektrischen
Substrat (SO) mit folgenden transparenten Schichten, vom Substrat (SO) aufwärts betrachtet:
— eine Grundschichtanordnung (GA) mit einer
dielektrischen Grundschicht (GAG) aus einem Nitrid, Oxid oder Oxinitrid eines Metalls, eines Halbleiters oder einer Halbleiterlegierung, zur Verminderung der Diffusionvorgängen aus dem Substrat (SO) in eine darüber angeordnete Funktionsschichtanordnung (UFA, OFA) ,
— eine Funktionsschichtanordnung (UFA) mit einer
metallischen Funktionsschicht (UFAF) zur Reflexion von Infrarotstrahlung und mit nur einer, über der
Funktionsschicht angeordneten Blockerschicht (UFAB) aus einem Metall, einer Metallmischung oder Metalllegierung oder aus einem Oxid, Nitrid oder Oxinitrid davon, zum Schutz der Funktionsschicht gegenüber Oxidations- und Diffusionsprozessen,
— eine Deckschichtanordnung (DA) mit einer ersten
dielektrischen Deckschicht (DA1), welche ein unter Reaktivgasatmosphäre abgeschiedenes Oxid oder Oxinitrid eines Zink-Stannats enthält, und mit einer zweiten dielektrischen, hoch brechenden und ein Oxid, Nitrid oder Oxinitrid von Silizium enthaltenden Deckschicht (DA2) .
Wärmebehandelbares Infrarotstrahlung reflektierendes SchichtSystem auf einem transparenten, dielektrischen
Substrat (SO) mit folgenden transparenten Schichten, vom Substrat (SO) aufwärts betrachtet:
— eine Grundschichtanordnung (GA) mit einer
dielektrischen Grundschicht (GAG) aus einem Nitrid,
Oxid oder Oxinitrid eines Metalls, eines Halbleiters oder einer Halbleiterlegierung, zur Verminderung der Diffusionsvorgänge aus dem Substrat (SO) in eine darüber angeordnete Funktionsschichtanordnung (UFA, OFA) ,
— eine Funktionsschichtanordnung (UFA) mit einer
metallischen Funktionsschicht (UFAF) zur Reflexion von Infrarotstrahlung und mit nur einer, über der
Funktionsschicht angeordneten Blockerschicht (UFAB) aus einem Metall, einer Metallmischung oder Metalllegierung oder aus einem Oxid, Nitrid oder Oxinitrid davon, zum Schutz der Funktionsschicht gegenüber Oxidations- und Diffusionsprozessen,
— zumindest eine Zwischenschichtanordnung (ZA), welche eine weitere, obere Funktionsschichtanordnung (OFA) von einer darunter liegenden Funktionsschichtanordnung trennt und eine Zwischenschicht (ZA1, ZA2, ZA3 ) oder mehr umfasst, wobei jede der Zwischenschichten (ZA1, ZA2, ZA3 ) Zinn und zumindest eine der Zwischenschichten (ZA1, ZA2, ZA3 ) ein Oxid oder ein Oxinitrid eines unter
Reaktivgasatmosphäre abgeschiedenen Zink-Stannats , enthält
— zumindest eine weitere, obere Funktionsschichtanordnung (OFA) mit einer metallischen Funktionsschicht (OFAF) zur Reflexion von Infrarotstrahlung, mit nur einer, über der Funktionsschicht angeordneten Blockerschicht (OFAB) aus einem Metall, einer Metallmischung oder Metalllegierung oder aus einem Oxid, Nitrid oder
Oxinitrid davon, zum Schutz der Funktionsschicht gegenüber Oxidations- und Diffusionsprozessen, und
— eine Deckschichtanordnung (DA) mit einer
dielektrischen, hoch brechenden und ein Oxid, Nitrid oder Oxinitrid von Silizium enthaltenden Deckschicht
(DA2), als zweite dielektrische Deckschicht bezeichnet.
3. SchichtSystem nach Anspruch 2, wobei die
Deckschichtanordnung (DA) eine weitere dielektrische
Deckschicht (DA1) umfasst, welche ein unter
Reaktivgasatmosphäre abgeschiedenes Oxid oder Oxinitrid eines Zink-Stannats enthält, als erste dielektrische
Deckschicht bezeichnet.
4. SchichtSystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die dielektrische Grundschicht (GAG) Silizium enthält.
5. SchichtSystem nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei eine Zwischenschichtanordnung (ZA) zumindest zwei
Zwischenschichten (ZA1, ZA2, ZA3 ) umfasst, von denen eine Zinn und eine andere ein Oxid oder ein Oxinitrid eines Zink- Stannats enthält und welche durch reaktive Beschichtung unter hinsichtlich des Arbeitsgases und des Reaktivgases übereinstimmender Zusammensetzung der Reaktivgasatmosphäre unter Ausbildung gradientenförmiger Übergänge zwischen den Zwischenschichten (ZA1, ZA2, ZA3 ) abgeschieden sind.
6. SchichtSystem nach Anspruch 5, wobei die
Reaktivgaszusammensetzung ein Verhältnis der Volumenanteile von Stickstoff zu Sauerstoff aufweist, das im Bereich von 0 bis 0,2 liegt .
7. SchichtSystem nach einem der Ansprüche 2 bis 6, wobei die Dicke der oberen Funktionsschicht (OFAF) der obersten
Funktionsschichtanordnung (OFA) um den Faktor 1,1 oder höher größer ist als jene der unteren Funktionsschicht (UFAF) der untersten Funktionsschichtanordnung (UFA) .
8. SchichtSystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei eine Funktionsschichtanordnung (UFA, OFA) unter der Funktionsschicht (UFAF, OFAF) keine BlockerSchicht (UFAB,
OFAB) zum Schutz der Funktionsschicht (UFAF, OFAF) gegenüber Diffusionsvorgängen aus unter der Blockerschicht (UFAB, OFAB) liegenden Schichten aufweist.
9. SchichtSystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Grundschichtanordnung (GA) eine weitere
dielektrische, hoch brechende Schicht enthält, die ein
Nitrid, Oxid oder Oxinitrid eines Metalls, Halbleiters oder einer Halbleiterlegierung ist und über der Grundschicht (GAG) angeordnet ist.
10. SchichtSystem nach Anspruch 9, wobei die Grundschicht (GAG) einen Brechungsindex aufweist, der kleiner oder gleich ist dem der weiteren Schicht der Grundschichtanordnung (GA) .
11. SchichtSystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei eine Funktionsschichtanordnung (UFA, OFA) unter der Funktionsschicht (UFAF, OFAF) eine Interfaceschicht (UFAI,
OFAI) aus einem Metall oder aus einem Oxid oder Nitrid eines Metalls oder einer Metallmischung oder Metall-Legierung zur Beeinflussung des Flächenwiderstandes der Funktionsschicht (UFAF, OFAF) aufweist.
12. SchichtSystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Dicke der zweiten Deckschicht (DA2) um einen
Faktor von 1,2 oder höher größer ist als die Dicke der ersten Deckschicht (DA1) der Deckschichtanordnung (DA).
13. Verfahren zur Beschichtung eines dielektrischen
Substrats (SO) mit einem wärmebehandelbaren
Infrarotstrahlung reflektierenden SchichtSystem mittels Vakuumbeschichtung im Durchlaufverfahren, dadurch
gekennzeichnet, dass die Schichten eines IR- Reflektierenden SchichtSystems nach einem der Ansprüche 1 bis 12 nacheinander aus der Gasphase auf dem Substrat (SO) oder einer bereits abgeschiedenen Schicht abgeschieden wird und die Abscheidung zumindest einer der Schichten mittels DC- oder MF-Magnetronsputtern erfolgt.
14. Verfahren zur Beschichtung eines dielektrischen
Substrats (SO) mit einem wärmebehandelbaren
Infrarotstrahlung reflektierenden SchichtSystem mittels Vakuumbeschichtung im Durchlaufverfahren, dadurch
gekennzeichnet, dass die Schichten eines IR- Reflektierenden SchichtSystems nach einem der Ansprüche 3 bis 12 nacheinander aus der Gasphase auf dem Substrat (SO) oder einer bereits abgeschiedenen Schicht abgeschieden wird, wobei die Abscheidung zumindest einer der Schichten mittels DC- oder MF-Magnetronsputtern erfolgt, und dass die
Abscheidung von einer Zwischenschichtanordnung (ZA) durch aufeinanderfolgende reaktive Beschichtung von zumindest zwei Targets unter hinsichtlich des Arbeitsgases und des
Reaktivgases übereinstimmender Zusammensetzung der
Reaktivgasatmosphäre unter Ausbildung gradientenförmiger Übergänge zwischen den Zwischenschichten (ZA1, ZA2, ZA3 ) erfolgt .
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 oder 14,
dadurch gekennzeichnet, dass die
Reaktivgaszusammensetzung zur Abscheidung einer Zink-Stannat enthaltenden Schicht ein Verhältnis der Volumenanteile von Stickstoff zu Sauerstoff aufweist, das im Bereich von 0 bis 0,2 liegt.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 oder 15,
dadurch gekennzeichnet, dass die Abscheidung der Zwischenschichten (ZA1, ZA2, ZA3 ) von zumindest zwei voneinander abweichenden Targetmaterialien erfolgt.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 16,
dadurch gekennzeichnet, dass zur Abscheidung einer Zink-Stannat enthaltenden Schicht vor Beginn der Abscheidung durch eine Regulierung des SauerstoffZuflusses zum
Arbeitsgas eine Optimierung zwischen dem Betrieb im
vollreaktiven Mode (2) der Abscheidecharakteristik und der erzielbaren Abscheiderate vorgenommen wird.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 17,
dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Deckschicht (DA2) Siliziumnitrid enthält, welches durch reaktive
Beschichtung abgeschieden wird, indem der Reaktivgaszufluss auf solch einen Wert eingestellt wird, dass der
Absorptionsgrad der abgeschiedenen Siliziumnitridschicht im Bereich seines minimal erzielbaren Wertes liegt.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 18,
dadurch gekennzeichnet, dass die unterste oder die oberste Schicht des IR-Reflektierenden SchichtSystems oder beide mittels CVD- oder plasmagestütztem CVD-Prozess
abgeschieden werden.
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