Analyse organischer Schichten

Unter organischen Schichten versteht man aus Molekülen bestehende, bewusst aufgebrachte Überzüge von Oberflächen. Die Überzüge haben dabei die Aufgabe, die beschichtete Oberfläche zu schützen, zu veredeln oder sie mit komplett neuen physikalischen oder chemischen Eigenschaften auszustatten. Die Dicke der eingesetzten organischen Schichten variiert dabei stark und hängt maßgeblich vom Verwendungszweck und der Depositionsart ab. So werden etwa selbstorganisierende organische Monolagen (engl. self-assembeld monolayers (SAM)) als transparente Antireflexschicht auf Optiken, als selbstreinigende Lotusschicht auf Gläsern oder als Anlauf- oder Korrosionsschutzschicht auf Edelmetallen genutzt. Der Schutz vor Korrosion oder das Erreichen besonderer tribologischer Eigenschaften steht oft auch beim Einsatz dickerer organischer Schichten auf Basis von Mineralölen (z.B. Schmiermittel) oder hochpolymerer organischer Verbindungen (z.B. Lack) im Vordergrund.

Neben einzelnen organischen Schichten werden komplexere organische Multischichtsysteme seit Langem in der Industrie verwendet. Typische Beispiele sind PKW-Lackierungen oder Folienlaminate, die eine Kombination von Schutzaspekten (z.B. UV Schutz) und ästhetischen Zwecken erlauben. Organische Multischichtsysteme haben als funktionale Schichten in den letzten Jahren zu einem Durchbruch in der Displaytechnologie geführt. Displays auf Basis organischer Leuchtdioden (engl. organic light emitting diodes (OLEDs) erfüllen mittlerweile höchste Ansprüche an die Brillianz eines Bildschirms und sind in der Herstellung meist kostengünstiger als klassische anorganische LEDs.

Hinsichtlich der Analytik an organischen (Multi-)Schichtsystemen stellen sich besondere Anforderungen, da die Bestimmung von Abfolge, Schichtdicken und molekularer Zusammensetzung eines Schichtsystems eine Schädigung molekularer Strukturen durch die Analyse verbietet. Viele klassische Methoden zur Bestimmung von Schichtaufbauten aus dem Bereich der Halbleiteranalytik (z.B. RBS, REM, dynamische SIMS,… ) müssen an dieser Stelle passen. Erst durch die Einführung der Ar-Clusterquellen ist heute die für die Charakterisierung von organischen Schichten und ihrer Grenzflächen notwendige organische Tiefenprofile im Bereich der ToF-SIMS verfügbar. Das folgende Beispiel verdeutlicht die Möglichkeiten der organischen Tiefenprofilierung an einem OLED Schichtsystem, das im Labor der Tascon untersucht wurde: