Untersuchung der optischen und strukturellen Eigenschaften von Silber-Dünnschichten für unterschiedliche Beschichtungsmethoden

Abstract

Dünnschichten aus Silber wurden auf Silizium-Substraten mittels thermischer Verdampfung und DC-Magnetron-Sputtern abgeschieden, letzteres jeweils mit und ohne vorangehenden Ionenätzen des Substrats. Prozessparameter wie Substrattemper-atur, Schichtdicke sowie die Ätzdauer beim Ionenätzen wurden systematisch variiert.Die hergestellten Schichten wurden mittels Reflexionsspektroskopie und Rasterkraftmikroskopie untersucht, um zu beurteilen, wie gut sie für optische Anwendungengeeignet wären. Ziel war es, die jeweiligen Abscheideverfahren miteinander zu ver-gleichen und optimale Prozessparameter zu ermitteln. Es wurde festgestellt, dass die durch Sputtern hergestellten Schichten eine etwas höhere Reflexion und eine glattere Oberfläche aufweisen als solche, die durch thermische Verdampfung hergestellt wurden, vorausgesetzt die Ätzdauer wird so kurz wie möglich angesetzt, sodass lediglich die native Oxidschicht vom Silizium-Substrat für eine bessere Benetzbarkeit abgetragen wird ohne die Oberfläche unnötig aufzurauen. Hinsichtlich der Prozessparameter wirkten sich hohe Substrattemperaturen stets negativ auf das Reflexionsvermögen und die Oberflächenbeschaffenheit der Schichten aus. Außerdem war für alle Verfahren das Reflexionsvermögen bei einer Schichtdicke von 100 nm maximal. Zusätzlich wurden Versuche durchgeführt, um Schutzschichten aus AlN und Al2O3 mittels reaktivem Sputtern aufzubringen.

Silver thin films have been deposited on silicon substrates by thermal evaporation and DC magnetron sputtering with and without preceding ion etching. Process parameters such as substrate temperature and film thickness were systematically varied, along with etching time in the case of ion etching. To assess the suitability for optical applications, the films were investigated by reflectance spectroscopy and atomic force microscopy. The aim was to compare the used deposition methods and identify the optimal process parameters.It was found that sputtering with prior ion etching resulted in films with a slightlyhigher reflectance and a smoother surface than those deposited by thermal evaporation, given that the etching time was chosen as short as possible, to merely remove the oxide layer of the silicon substrate, improving wetting without unnecesarily roughening the surface. As for the process parameters, high substrate temperatures were found to have a negative impact on both the films reflectance and roughness, while a film thickness of 100 nm generally yielded the highest reflectance Additionally, it was attempted to apply protective coatings of AlN and Al2O3 via reactive sputtering