Analyse von Multilayern (Schichtsystemen)
von Optik bis Halbleiter
Metallische Multischichtsysteme werden vielfältig auf vielen Substraten eingesetzt. Sie sind wesentlicher Bestandteil vieler optischer Komponenten (z.B. Linsen, dielektrische oder dichroitische Spiegel, Interferenzfilter...). Multilayer-Systeme werden aber auch als Wärmeschutzschichten auf Glas, zur Verbesserung elektrischer Kontakte auf Metallen, als komplexe Schichtsysteme in Halbleitern oder zur Aufwertung der Optik von Kunststoffen eingesetzt. In einigen Fällen spielen funktionalisierte Oberflächen eine Rolle. Sowohl in der Neuentwicklung von Multilayer-Schichtsystemen als auch bei der Qualitätssicherung kann der Einsatz oberflächenanalytischer Techniken sehr sinnvoll sein.
In unserem Labor für Oberflächenanalytik setzen wir, abhängig von der analytischen Frage oder vom jeweiligen Fehlerbild, verschiedene analytische Techniken für die Untersuchung von Multilayer-Schichtsystemen ein, um das bestmögliche Ergebnis zu bekommen. Die ToF-SIMS Tiefenprofilanalyse ermöglicht, den Schichtaufbau und die Schichtzusammensetzung sehr genau zu charakterisieren. Auch Spuren von Verunreinigungen im Schichtsystem oder an Grenzflächen können durch die Analyse mit hoher Empfindlichkeit nachgewiesen und identifiziert werden. Schichtabfolgen und Schichtdicken können, auch vergleichend, analysiert werden. Mit der XPS Analyse können ebenfalls Multilayer in Ihrer Zusammensetzung untersucht werden. Die XPS Analyse ist besonders interessant, wenn die chemische Bindung der Elemente in den Schichten oder die genaue Quantifizierung in den einzelnen Schichten des Multilayer-Schichtsystems von großer Bedeutung ist. Weitere Techniken, wie zum Beispiel die Elektronenmikroskopie (REM-EDX), stehen ebenfalls zur Verfügung.
Das folgende Beispiel aus unserem Labor zeigt einen Fall aus dem Bereich der Schadensanalytik und der Qualitätssicherung. Hier werden die Stärken der ToF-SIMS Tiefenprofilanalyse auf optischen Gläsern deutlich.
Ausfall von Laserspiegeln
Spurenverunreinigungen mit großer Wirkung
Die Güte eines dielektrischen Laserspiegels lag nach kurzer Betriebsdauer unterhalb der Herstellerspezifikation. Untersuchungen (z.B. WLI) der Spiegeloberfläche lieferten keine Hinweise auf die Ursache des Ausfalls. Daher wurde eine Kontamination des Glassubstrats oder Verunreinigungen der hierauf abgeschiedenen Metalloxidschichten als Fehlerquelle vermutet. In der Produktion wurden zudem verschiedene potentiell fehlerverursachende Substanzen (z.B. Polituren, organische Kontaminationen, Tenside, ...) identifiziert, so dass ein Screening des Schichtaufbaus mittels ToF-SIMS Tiefenprofilierung im Labor für Oberflächenanalytik sinnvoll erschien. Die ToF-SIMS Analyse ist aufgrund des empfindlichen, parallelen Nachweises aller Elemente eine ideale Methode zum Sichten schadhafter Bauteile. Das ToF-SIMS Tiefenprofil des Laserspiegels zeigt, dass der prinzipielle Schichtaufbau des optischen Bauteils (Schichtdicken, Qualität der Grenzschichten) den Spezifikationen entspricht.
Erst bei einer genaueren Prüfung der Spurenelementzusammensetzung der einzelnen Schichten konnten erhöhte Intensitäten von Mg und Al in der ersten HfO-Schicht nachgewiesen werden. Weitere Analysen ergaben, dass diese Elementanreicherung auf Rückstände der zur Bearbeitung des Glassubstrats verwendeten Politur zurückzuführen waren. Diese war durch eine unvollständige Reinigung nach der Politur auf der Glasoberfläche verblieben.
Tascon – Ihr Partner für die Analyse von Multilayerschichtsystemen
Die Tascon steht Ihnen im Bereich Fehleranalytik, Qualitätskontrolle und Schichtanalytik mit seinem ganzen Labor für Oberfächenanalytik zur Seite. Gerne beraten wir Sie, welche Analytik am besten geeignet ist, um das herauszufinden, was sie über das Multilayer-Schichtsystem wissen wollen. Auch nach der Analyse unterstützen wir sie gerne bei der Interpretation des Ergebnisses, auf der Suche nach den Ursachen. Haben wir Ihr Interesse geweckt? Dann kontaktieren Sie uns! Das kompetente und freundliche Team von Tascon freut sich auf Ihre Anfrage.
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