Aluminiumschichten

Gesputterte Aluminiumschichten haben im sichtbaren Spektralbereich ein hohes Reflexionsvermögen von über 90% (mit einem Maximum von 95%) und erscheinen daher silbern weiß. Im infraroten Spektralbereich steigt das Reflexionsvermögen der Aluminiumschichten auf Werte nahe 100% an. Daher ist Aluminium als Schicht für Spiegel in diesen Wellenlängenbereichen prinzipiell sehr gut geeignet. Allerdings führt die nachträgliche Oxidation der frisch deponierten Schichten zu einer deutlichen Verschlechterung des Reflexionsvermögens. Aus diesem Grunde bietet PT&B zum Schutz gegen Umwelteinflüsse verschiedene Passivierungsschichten an. Ohne Unterbrechung des Vakuums können in-situ Aluminiumoxid oder Aluminiumnitrid mittels Reaktiv-Sputtern (PVD) aufgebracht werden. Mittels plasma-chemischer Dampfabscheidung (PCVD) können alternativ in anderen Reaktoren transparente Passivierungsschichten aus Siliziumoxid (SiO2), Siliziumnitrid (Si3N4) oder Siliciumkarbid (SiC) auf dem Aluminium abgeschieden werden.

Mittels Sputter-PVD hergestellte Aluminiumschichten erreichen einen sehr geringen spezifischen Widerstand von 2 10-8 Ohm m, der nahezu dem Wert des massiven Metalls entspricht. Allerdings wir dieser Wert durch die nachträgliche Oxidation ebenfalls reduziert. Eine zusätzliche Passivierungsschicht ist daher - ebenso wie bei optischen Beschichtungen - von Vorteil.

Die Mikrostruktur von gesputterten Aluminiumfilmen wird insbesondere durch den geringen Schmelzpunkt des Metalls einerseits sowie durch seine kleine atomare Masse im Vergleich zum Sputtergas Argon bestimmt. Beispielhaft sind Resultate von Strukturuntersuchungen mittels Röntgenmethoden an dünnen Aluminiumschichten dargestellt.
      crystal size on pressure of Al

Mittels Röntgen-Weitwinkelstreuung bestimmte Kristallgrößen in Aluminiumschichten in Abhängigkeit vom Druck beim Sputtern: Mit der Abnahme des Druckes steigt die Kristallitgröße logarithmisch an. Für die kleinsten Drücke liegt die Größe der Kristallite oberhalb des nachweisbaren Höchstwertes von 140 nm.

(Die Schichtdicke beträgt 150 nm, die Abscheidetemperatur lag bei T=50 ºC)

Die Dichte der Schichten aus Aluminium (im Vergleich zum massiven Metall) sowie die mittlere Rauheit der Oberfläche werden mithilfe der Röntgen-Reflektometrie (SAXS) bestimmt und sind nachstehend dargestellt. Die Dichte der Aluminiumschichten zeigt eine schwache Abhängigkeit vom Argondruck während der Sputterbeschichtung mit einem Maximum um etwa 1 Pa (links). Aluminiumschichten haben eine vergleichsweise hohe Rauheit der Schichtoberfläche, wobei in Abhängigkeit vom Argondruck ein Minimum um 1 Pa zu beobachten ist (rechts).

spec gravity on pressure of Al                 roughness on pressure of Al