Spektroskopische Reflektometrie
Mithilfe der spektroskopischen Reflektometrie können Schichtdicken transparenter Beschichtungen bestimmt werden. Dieses Verfahren gehört zu den optischen, zerstörungsfreien Schichtdickenmessverfahren. Es wird zur Bestimmung der Schichtdicke von transparenten Beschichtungen und der Dicke von transparenten Folien eingesetzt. Mithilfe des spektroskopischen Reflektometers können die Schichtdicken von Einzelschichten und von Mehrschichtsystemen ermittelt werden.
Als Steinbeis-Transferzentrum bieten wir optische Schichtdickenmessungen mittels spektroskopischer Reflektometrie als Dienstleistung an.
- Dünnschichten
- Oxidschichten
- Transparente Schutzlacke
- Transparente Folien
Wenn Licht auf eine Grenzfläche zwischen zwei Medien mit unterschiedlichem Brechungsindex trifft, wird ein Teil der Strahlung reflektiert, während ein anderer Teil transmittiert wird. Die unterschiedliche Länge der zurückgelegten Wege der Teilstrahlen führt zu einem Gangunterschied und damit zu einer relativen Phasenverschiebung. Für jede eingestrahlte Wellenlänge kommt es, abhängig vom Einfallswinkel, dem Brechungsindex n und der Schichtdicke d, zu Überlagerungen der an den beiden Phasengrenzen einer Schicht reflektierten Teilwellen. Damit erhält man bei einem Reflektometer ein charakteristisches Reflexionsspektrum. Die Lage der Extrema im Spektrum hängt vom Brechungsindex n und der optischen Weglänge n·d ab. Ist der Dispersionsverlauf (n in Abhängigkeit zur Wellenlänge λ) bekannt, kann die Schichtdicke dünner, transparenter Beschichtungen durch einen Fit des theoretisch erwarteten Spektrums an das Messsignal ermittelt werden.
Um die Schichtdicke von Multilagen-Schichtsystemen mit einem Reflektometer optisch zu messen, müssen der grundsätzliche Schichtaufbau sowie die Schichtdicken der jeweiligen Einzelschichten bekannt sein.
Es gibt zahlreiche Einsatzbereiche für Beschichtungen und somit ebenso zahlreiche unterschiedliche Varianten von Beschichtungen. Sehr dünne Schichten spielen beispielsweise bei Smartphones, technischen Gläsern, Brillengläsern, Bildschirmen, Halbleitern, Autoteilen und bei vielen anderen Produkten eine wichtige Rolle. Bei diesen sehr dünnen Beschichtungen entscheidet die Schichtdicke über die Funktion und die Effizienz der Beschichtung. Diese verhindern Kratzer, minimieren Reflexionen oder ermöglichen spezielle Funktionen. Beispiele hierzu sind:
- Antireflexionsschichten (ARC)
- Transparante leitfähige Oxide (TCO)
- Zinndotierte Indiumoxide (ITO)
- Medikamentenfreisetzende Beschichtungen (Drug Eluting Films)
Die Schichtdicken solcher Beschichtungen liegen im Nanometerbereich. Ein Nanometer verhält sich zu einem Meter wie der Durchmesser einer 1-Cent-Münze zu dem des Erdballs.
Beschichtungen sind Überzüge auf einem Bauteile, welche dazu aufgebracht werden, um einer Oberfläche Eigenschaften zu verleihen, die mit dem eigentlichen Werkstoff des Bauteils nicht zu erreichen sind. Das sind:
- Korrosionsschutz
- Optisches Erscheinungsbild
- Verschleißschutz
- Veränderung der Reibeigenschaften (reiberwertmindernd oder reibwerterhöhend)
Beschichtungen sind neben der Farbe und Oberflächenrauheit definiert durch:
- Schichthärte
- Schichtdicke
- Haftfestigkeit
- Reibungskoeffizient
- Verschleißfestigkeit
- Chemische Zusammensetzung
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Steinbeis-Transferzentrum an der Dualen Hochschule Karlsruhe
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