DE102005056110A1

DE102005056110A1 - Temperaturstabiles Schichtsystem

Info

Publication number: DE102005056110A1
Application number: DE102005056110A
Authority: DE
Inventors: Michael Dr. rer. nat. Vergöhl; Christoph Rickers; Frank Neumann; Christina Polenzky
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2005-11-23
Filing date: 2005-11-23
Publication date: 2007-05-31
Also published as: US7985489B2; WO2007059957A1; US20080278817A1; EP1955098A1

Abstract

Schichtsystem eines thermisch belastbaren Bauteils mit zumindest einer Schicht zur Erweiterung eines Einsatzbereiches von Schichtsystemen und insbesondere zur Verbesserung einer Lebensdauer, welche wenigstens ein erstes und wenigstens ein zweites Material aufweist und welche ein mit einer Schichtdicke zumindest annähernd kontinuierlich variierendes Mischungsprofil (1) ohne Ausbildung einer Grenzschicht zwischen dem ersten und dem zweiten Material aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Schichtsystem, insbesondere ein optisches Schichtsystem.

Schichtsysteme sind zur Funktionalisierung von Oberflächen bzw. Bauteilen weit verbreitet. Beispielsweise werden optische Schichtsysteme, welche aus alternierend auf einem Substrat aufgebrachten optisch hoch- und niedrigbrechenden Materialien aufgebaut sind, als optische Interferenzfilter verwendet. Dünnschicht-Interferenzfilter sind aus vielen Bereichen wie beispielsweise Architekturglasbeschichtung, Laseroptik, Telekommunikation/Datenübertragung, dekorativen Anwendungen, Brillenbeschichtungen, allgemeinen Ent-/Verspiegelungen bekannt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, den Einsatzbereich von Schichtsystemen zu erweitern und insbesondere eine Langzeitstabilität zu verbessern.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Schichtsystem mit den Merkmalen des Anspruches 1, ein Bauteil mit den Merkmalen des Anspruches 30 sowie ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruches 31. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind in den jeweiligen abhängigen Ansprüchen angegeben.

Bei einem erfindungsgemäßen Schichtsystem eines thermisch belastbaren Elementes mit zumindest einer Schicht, welche wenigstens ein erstes und wenigstens ein zweites Material aufweist, weist die Schicht ein mit einer Schichtdicke zumindest annähernd kontinuierlich variierendes Mischungsprofil ohne Ausbildung einer Grenzschicht zwischen dem ersten und dem zweiten Material auf.

Vorzugsweise ermöglicht das kontinuierlich variierende Mischungsprofil eine höhere thermische Belastbarkeit des Schichtsystems. Vorteilhafterweise wird die Funktionalität des Schichtsystems in Anwendungen verbessert, in denen beispielsweise Temperaturbelastungen von bis zu 1000°C auftreten können. Insbesondere wird eine geringere optische Streuung bei einer Temperaturbelastung ermöglicht. Beispielsweise ermöglicht das Schichtsystem eine Verkleinerung von mit einer optischen Funktionsschicht beschichteten Lampenkolben, wobei vorzugsweise eine thermische Auskristallisation der Schicht zumindest vermindert wird im Vergleich zu konventionellen Interferenzbeschichtungen, welche beispielsweise aus alternierend aufeinanderfolgenden hoch- bzw. niedrigbrechenden λ/4-Schichten aufgebaut sind. Vorzugsweise ermöglicht das Schichtsystem den Einsatz in Temperaturbereichen, die mit konventionellen Interferenzschichtsystemen bislang nicht zugänglich sind.

Ein thermisch belastbares Element ist beispielsweise ein Bauteil. Beispielsweise kann als Bauteil ein optisches Bauteil, ein elektrisches Bauteil, ein elektronisches Bauteil oder dergleichen vorgesehen sein. Eine thermische Belastung ist insbesondere eine Temperaturbelastung oberhalb einer Temperatur von 300°C, vorzugsweise oberhalb von 400°C. Insbesondere ist eine thermische Belastung eine Temperaturbelastung zwischen etwa 400°C und 1000°C.

Ein Schichtsystem ist beispielsweise eine für eine entsprechende Oberflächen- und/oder Bauteilfunktionalisierung abgestimmte Abfolge einzelner Schichten. Insbesondere kann ein Schichtsystem aus einer einzigen Schicht bestehen, welche auf einem Substrat aufgebracht ist. Als Anwendung ist beispielsweise die optische oder elektrische Funktionalisierung zu nennen. Eine optische Funktionalisierung kann beispielsweise ein Dünnschicht-Interferenzfilter insbesondere in den Bereichen Architekturglas, Laseroptik, Kommunikation/Datenübertragung, Dekorative Anwendungen, Brillenbeschichtungen, allg. Ent-/Verspiegelungen oder dergleichen sein. Des weiteren kann ein Schichtsystem auch zur Beeinflussung elektrischer Schichteigenschaften vorgesehen sein, zum Beispiel für insbesondere transparente Elektroden.

Als erstes bzw. als zweites Material kann insbesondere ein Metall, Metalloxid, Oxid, Nitrid oder Carbid ausgewählt werden. Beispielsweise kann auf bei optischen Beschichtungen gebräuchliche Oxide oder Nitride der Metalle Ti, Al, Si, Ta, Nb, Mg und dergleichen zurückgegriffen werden. Ebenso ist die Verwendung von transparenten und leitfähigen Oxiden möglich.

Eine Dicke der Schicht liegt beispielsweise in einem Bereich von einigen nm bis einigen μm. Insbesondere kann eine Schicht bzw. ein Schichtsystem eine Dicke von einigen 10 μm aufweisen.

Das Mischungsprofil kann durch die Anteile des ersten Materials und des zweiten Materials als Funktion der Schichtdicke festgelegt werden. Die Anteile können beispielsweise als Volumenanteile angegeben werden. Alternativ können die Anteile insbesondere als Gewichtsanteile angegeben werden.

Das Mischungsprofil zeigt vorzugsweise einen stetigen, streng kontinuierlichen, Verlauf mit der Schichtdicke. Es kann jedoch vorgesehen sein, dass das Mischungsprofil lediglich annähernd kontinuierlich mit der Schichtdicke variiert. Beispielsweise kann das Mischungsprofil treppenförmig variieren, wobei jedoch keine Grenzschicht zwischen dem ersten und dem zweiten Material vorliegt. Vielmehr weist das Mischungsprofil insbesondere für jede Schichtdicke eine Mischung von erstem und zweitem Material auf, welche zwi schen dem ersten und dem zweiten Material liegt. Ein lediglich annähernd kontinuierliches Mischungsprofil kann beispielsweise durch einen Beschichtungsprozess technisch bedingt oder aus ökonomischen Gründen zweckmäßig sein.

Der Bereich des variierenden Mischungsprofils kann sich in einer Ausgestaltung lediglich über einen Teilbereich des Schichtsystems erstrecken. Insbesondere kann ein Mischungsverhältnis in einem unter- oder oberhalb des Bereichs des Mischungsprofils anschließenden Bereich konstant ausgestaltet sein. Beispielsweise schließen sich beiderseitig konstante Mischungsbereiche an.

Das Schichtsystem kann in dem thermisch belastbaren Element angeordnet sein. Beispielsweise ist das Schichtsystem in das thermisch belastbare Element eingebettet. Zum Beispiel kann es zwischen zwei Kondensatorelektroden angeordnet sein.

Gemäß einer Variante ist das Schichtsystem auf dem thermisch belastbaren Element angeordnet. Insbesondere ist das Schichtsystem als eine Oberfläche des thermisch belastbaren Elementes vorgesehen.

Gemäß einer Weiterbildung weist die Schicht eine geringere Kristallisierbarkeit im Vergleich zu einer Schicht von etwa gleicher Dicke mit diskret aufeinanderfolgenden Teilschichten aus dem ersten und dem zweiten Material auf. Als Schicht etwa gleicher Dicke ist beispielsweise ein konventioneller Schichtaufbau zugrunde zu legen, welcher bei einem optischen Schichtsystem insbesondere eine alternierende Abfolge hoch- bzw. niedrigbrechender λ/4-Schichten ist. Vorzugsweise ist bei einem optischen Schichtsystem ein Schichtsystem als Vergleich heranzuziehen, welches eine zumindest in etwa gleiche optische Funktionalität liefert. Zum Beispiel sind jeweils in etwa gleich dicke Entspiegelungs-Schichtsysteme für einen identischen Entspiegelungswellenlängenbereich zu betrachten.

Die Temperaturerhöhung ist insbesondere auf einen Referenzwert bei Raumtemperatur bezogen. Vorzugsweise ist eine Temperaturerhöhung auf wenigstens 400°C, weiter bevorzugt auf wenigstens 600°C sowie besonders bevorzugt auf wenigstens 800°C zugrunde zu legen.

Als Kristallisierbarkeit ist insbesondere die Möglichkeit zu verstehen, innerhalb der Schicht einen Übergang des Schichtmaterials aus einem im wesentlichen amorphen Zustand in einen kristallinen Zustand, beispielsweise durch eine Temperaturerhöhung, zu erzeugen. Insbesondere bilden sich gewöhnlich, beispielsweise bei amorphen Metalloxidschichten, mit zunehmender Temperatur kleine Kristallite. Diese wachsen insbesondere mit der Temperatur an.

Als Maß für eine Kristallinität der Schicht kann beispielsweise eine optische Streuung herangezogen werden. Insbesondere kann der sogenannte Haze bei einer Lichtwellenlänge λ betrachtet werden. Der Haze stellt die in Transmission bei einem Einfallswinkel von 0° diffus von der Probe in Vorwärtsrichtung, d.h. in Transmissionsrichtung, gestreute Lichtintensität dar, wobei der Haze auf die Intensität der gesamten transmittierten Intensität normiert ist, welche sowohl den diffusen als auch den gerichteten Anteil umfasst:

Für eine Messung des Haze wird insbesondere eine Ulbrichtkugel in Verbindung mit einem Spektralphotometer verwendet. Vorzugsweise wird der Haze in einem Wellenlängenbereich betrachtet. Als Maß für eine Streutätigkeit wird vorzugsweise eine Fläche unter den Spektren im für einen betrachteten Filter relevanten Wellenlängenbereich des Lichts gewertet und im folgenden als „integraler Haze-Wert" („iHaze") bezeichnet.

Die Wellenlänge ist bei der Integration gemäß der vorstehenden Vorschrift zur Berechnung von iHaze vorzugsweise in Zahlenwerten entsprechend einer Angabe in nm dimensionslos zugrundezulegen. Eine hohe Temperaturstabilität einer Probe macht sich insbesondere in einer auch nach dem Tempern äußerst geringen Streutätigkeit bemerkbar.

In einer Variante ist vorgesehen, dass das Schichtsystem zumindest in einem Temperaturbereich von 400°C bis 800°C einen im Vergleich zu einer Schicht von etwa gleicher Dicke mit diskret aufeinanderfolgenden Teilschichten aus dem ersten und dem zweiten Material eine um wenigstens 20% geringere Erhöhung des Haze-Wertes bezogen auf einen jeweiligen Haze-Wert bei Raumtempertur aufweist.

In einer weiteren Variante weist das Schichtsystem zumindest in einem Temperaturbereich von 400°C bis 800°C einen im Vergleich zu einer Schicht von etwa gleicher Dicke mit diskret aufeinanderfolgenden Teilschichten aus dem ersten und dem zweiten Material eine um wenigstens 50% geringere Erhöhung des Haze-Wertes bezogen auf einen jeweiligen Haze-Wert bei Raumtemperatur auf.

Der Haze-Wert ist gemäß einer Ausgestaltung dabei in einem Spektralbereich von 380 nm bis 1500 nm als integraler Wert ermittelt. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, den Ha zewert für eine oder mehrere einzelne Wellenlängen zu betrachten. Insbesondere kann der Haze-Wert in einem oder mehreren Spektralbereichen herangezogen werden. Dabei wird insbesondere ein für die Funktionalität des Schichtsystems relevanter Spektralbereich herangezogen.

In einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, dass das Schichtsystem bei einer Temperatur von 700°C einen in einem Spektralbereich von 380 nm bis 1500 nm integrierten Haze-Wert von höchstens 120 aufweist. Die Wellenlänge ist bei der Integration gemäß der vorstehenden Vorschrift zur Berechnung von iHaze in nm zugrundezulegen. Beispielsweise kann ein Infrarot-Reflexionsfilter, welcher ein periodisch alternierendes Brechungsindexprofil aufweist, vorgesehen sein. Eine Schichtdicke beträgt dabei beispielsweise etwa 5 μm.

Gemäß einer Weiterbildung weist in zumindest einem Lichtspektralbereich das erste Material einen ersten Brechungsindex sowie das zweite Material einen zweiten, vom ersten verschiedenen, Brechungsindex auf, wobei die Schicht des weiteren ein mit der Schichtdicke variierendes kontinuierliches Brechungsindexprofil aufweist. Insbesondere ist das Brechungsindexprofil eine Funktion des Mischungsprofils. Beispielsweise kann das Brechungsindexprofil mittels einer Betrachtung als effektives Medium aus dem Mischungsprofil berechnet werden. Entsprechend kann beispielsweise aus einem vorgegebenen Brechungsindexverlauf ein Mischungsprofilverlauf ermittelt werden. Der Brechungsindex ist dabei als komplexer Brechungsindex zu verstehen. Bei vernachlässigbarer Absorption der Schicht kann vorzugsweise ein reeller Brechungsindex verwendet werden.

In einer Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass das Schichtsystem Bestandteil eines Dünnschicht-Interferenzfilters ist. Beispielsweise ist das Schichtsystem in weitere Schichten eines Dünnschicht-Interferenzfilters eingebettet. Dazu kann das Schichtsystem ein oder beidseitig von zumindest einem konventionellen Interferenzschichtstapel umgeben sein. Vorzugsweise ist das Schichtsystem durch den Dünnschichtfilter gebildet. Dergleichen kann ein konventionelles Schichtsystem beidseitig von jeweils einer Schicht mit einem kontinuierlichen Brechungsindexverlauf eingebettet sein.

Als Substrat können, insbesondere für optische Schichtsysteme, verschiedene Materialien vorgesehen sein. In einer ersten Variante weist das Schichtsystem ein Substrat aus der Gruppe umfassend Quarz, Floatglas und Al₂O₃ auf. Ein derartiges Substrat wird vorzugsweise bei einem optischen Schichtsystem für den für das menschliche Auge sichtbaren Spektralbereich, welcher sich etwa zwischen 380 nm und 750 nm erstreckt, und/oder den nahen infraroten Spektralbereich, welcher sich etwa von 750 nm bis 1500 nm erstreckt, ausgewählt.

In einer weiteren Variante weist das Schichtsystem ein Substrat aus der Gruppe umfassend Silizium und Germanium auf. Ein derartiges Material wird insbesondere bei einem optischen Schichtsystem für einen infraroten Spektralbereich bei Wellenlängen oberhalb von 1500 nm ausgewählt.

Für das Mischungsprofil können verschiedene Verläufe vorgesehen sein. In einer ersten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass das Mischungsprofil ein periodisches Profil umfasst. Insbesondere weist das Mischungsprofil einen stetig differenzierbaren Verlauf mit der Schichtdicke auf. Vorzugsweise weist der Verlauf eine Reihe von Minima und Maxima auf.

In einer weiteren Ausgestaltung des periodischen Profils ist eine Apodisierung des periodischen Profils vorgesehen. Insbesondere umfasst die Schicht wenigstens einen Rugatefilter.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist die Schicht eine Gradientenschicht. Beispielsweise kann ein kontinuierlicher Anstieg des Mischungsprofils ausgehend von einem Substrat vorgesehen sein.

Gemäß einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass das Schichtsystem ein optisches Filter aus der Gruppe umfassend Kantenfilter, Bandpassfilter, Antireflexschicht und Verspiegelung aufweist, vorzugsweise daraus besteht. Zum Beispiel kann eine einzelne Schicht mit einem kontinuierlichen Brechungsindexverlauf auf einem Substrat als optisches Filter vorgesehen sein. Das Schichtsystem kann in einer Variante auch ein optisches Filter und eine weitere Funktionsschicht, insbesondere eine Kratzschutzschicht, umfassen. In einer Variante kann wenigstens eine Schicht mit einem kontinuierlichen Brechungsindexverlauf ein oder beidseitig von wenigstens einem konventionellen Interferenzschichtstapel umgeben sein. Insbesondere kann ein Schichtsystem vorgesehen sein, welches alternierend sowohl eine oder mehrere Schichten mit einem kontinuierlichen Brechungsindexverlauf als auch eine oder mehrere konventionelle Interferenzschichtstapel aufweist. Dergleichen kann ein konventionelles Schichtsystem beidseitig von jeweils einer Schicht mit einem kontinuierlichen Brechungsindexverlauf eingebettet sein.

Als erstes und/oder zweites Material können, insbesondere für ein optisches Schichtsystem, verschiedene Materialien vorgesehen sein. Vorzugsweise für eine Anwendung des Schichtsystems im sichtbaren oder nahen infraroten Spektralbereich sind das erste und/oder das zweite Material aus der Gruppe umfassend SiO₂, MgF, Al₂O₃, TiO₂, Si₃N₄, Ta₂O₅, Nb₂O₅, HfO, SnO₃, ZnO, Bi₂O₃, ZrO₂ und ZrO₂:Y gewählt. Insbesondere wird das erste Material aus der Gruppe umfassend SiO₂, MgF, Al₂O₃ gewählt. Das zweite Material wird vorzugsweise aus der Gruppe umfassend TiO₂, Si₃N₄, Ta₂O₅, Nb₂O₅, HfO, SnO₃, ZnO, Bi₂O₃, ZrO₂ und ZrO₂:Y gewählt.

In einer Variante sind das erste und/oder das zweite Material, insbesondere für eine Anwendung im infraroten oder fernen infraroten Spektralbereich aus der Gruppe umfassend SiO₂, Si und Ge gewählt. Vorzugsweise wird als erstes Material SiO₂ und als zweites Material Si oder Ge gewählt.

Gemäß einer weiteren Variante sind das erste Material oxidisch und das zweite Material nichtoxidisch gewählt. Beispielsweise ist das zweite Material ein Oxid des ersten Materials. Entsprechend kann beispielsweise das zweite Material ein Nitrid des ersten Materials sein.

In einer Ausgestaltung eines optischen Schichtsystems ist vorgesehen, dass die Schicht einen Rugatefilter umfasst, welcher als erstes Material SiO₂ und als zweites Material Ta₂O₅ aufweist. Insbesondere kann damit das Brechungsindexprofil etwa zwischen 1,46 und 2,2 eingestellt werden.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung umfasst die Schicht einen Rugatefilter, welcher als erstes Material SiO₂ und als zweites Material Nb₂O₅ aufweist. Insbesondere kann damit das Brechungsindexprofil etwa zwischen 1,46 und 2,4 eingestellt werden.

In einer anderen Ausgestaltung umfasst die Schicht einen Rugatefilter, welcher als erstes Material SiO₂ und als zweites Material Tantalzirkonoxid aufweist. Insbesondere kann damit das Brechungsindexprofil etwa zwischen 1,46 und 2,3 eingestellt werden.

Eine Weiterbildung sieht vor, dass das Schichtsystem eine geringere Winkelabhängigkeit der Reflexion und/oder Transmission aufweist im Vergleich zu einer Schicht von etwa gleicher Dicke mit diskret aufeinanderfolgenden Teilschichten aus dem ersten und dem zweiten Material. Vorzugsweise kann eine Funktionalität eines optischen Filters dadurch verbessert werden. Zum Beispiel kann ein Wirkungsgrad eines Solarabsorbersytems verbessert werden.

Alternativ oder zusätzlich zu den vorbeschriebenen Ausgestaltungen kann gemäß einer Weiterbildung vorgesehen sein, dass die Schicht eine Diffusionsbarriere darstellt. Vorzugsweise weist die Diffusionsbarriere eine erhöhte thermische Stabilität im Vergleich zu einer konventionellen Schicht auf. Vorteilhafterweise wird eine Diffusion über Korngren zen, welche bei einer Kristallisation entstehen, infolge verminderter Kristallisierbarkeit bei einer Temperaturerhöhung vermindert.

Gemäß einer anderen Weiterbildung ist das Schichtsystem als Isolatorschicht in einem Kondensator vorgesehen ist. Vorzugsweise ermöglicht eine geringere Kristallisierbarkeit eine verringerte Temperaturabhängigkeit der dielektrischen Funktion der Isolatorschicht. Insbesondere wird damit eine verbesserte Temperaturstabilität eines elektrischen Schaltkreises ermöglicht.

In einer weiteren Ausgestaltung ist das Schichtsystem in oder/und an einem Halbleiterbauelement vorgesehen. Beispielsweise kann eine Isolatorschicht temperaturbeständiger ausgestaltet werden. Beispielsweise kann das Schichtsystem als Gateelektrode, in einem Speicherelement, in einem Varistor, in einem Transistor oder dergleichen vorgesehen sein.

Gemäß einer Weiterbildung ist das thermisch belastbare Element nach wenigstens einer der vorbeschriebenen Ausgestaltungen ein thermisch beanspruchtes Leuchtmittel. Dabei handelt es sich beispielsweise um eine Projektorlampe. Vorzugsweise kann eine Projektorlampe im Vergleich zu einer Projektorlampe mit einer konventionellen Beschichtung weiter verkleinert werden. Insbesondere kann ein Wirkungsgrad eines Abbildungssystemes in einem Projektor verbessert werden. Vorzugsweise wird eine Abbildung von Streulicht auf eine Projektorapertur vermindert.

In einer anderen Weiterbildung ist das thermisch belastbare Element nach wenigstens einer der vorbeschriebenen Ausgestaltungen ein Solarkollektor. Vorzugsweise kann das Schichtsystem zur Erhöhung eines Wirkungsgrades eingesetzt werden. Dazu wird beispielsweise ein Infrarotreflektor mit einer steilen Kante bei 3.5 μm zur Optimierung des Verhältnisses von eingekoppelter Solarstralung und reflektierter Absorberstrahlung vorgesehen. Daneben wird vorzugsweise neben einer hohen Temperaturbeständigkeit eine möglichst geringe Winkelabhängigkeit der Funktion des Schichtsystems unter vorzugsweise nahezu allen Winkeln zwischen 0° und 90° ermöglicht.

In einer weiteren Ausgestaltung ist das thermisch belastbare Element nach wenigstens einer der vorbeschriebenen Ausgestaltungen ein thermisch vorspannbares Glas. Insbesondere ist das Schichtsystem als ein vor einem Temperschritt aufgebrachtes Schichtsystem auf thermisch vorgespanntem Glas vorgesehen. Vorzugsweise erleidet ein vor einem Tempervorgang aufgebrachte optische Funktionsbeschichtung bei einem Tempervorgang keine oder zumindest nur eine geringe Beeinträchtigung der optischen Qualität, insbesondere hinsichtlich optischer Streueigenschaften.

Weiterhin betrifft die Erfindung ein Bauteil, insbesondere ein optisches Bauteil, umfassend wenigstens ein Schichtsystem gemäß wenigstens einer der vorbeschriebenen Ausgestaltungen. Ein Bauteil ist beispielsweise eine optische Linse, ein Sichtfenster, eine transparente leitfähige Elektrode oder dergleichen. Des weiteren kann als Bauteil beispielsweise ein Kondensator oder ein Halbleiterbauelement vorgesehen sein. Insbesondere ist als Bauteil ein Solarabsorber, ein Lampenkörper, eine Fensterscheibe oder dergleichen vorgesehen.

Schließlich betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Schichtsystems eines thermisch belastbaren Elementes nach wenigstens einer der vorbeschriebenen Ausgestaltungen, wobei auf einem Substrat zumindest eine Schicht mit wenigstens einem ersten und wenigstens einem davon verschiedenen zweiten Material abgeschieden wird, wobei ein mit einer Schichtdicke zumindest annähernd kontinuierlich variierendes Mischungsprofil des ersten und des zweiten Materials eingestellt wird.

Insbesondere weist das Schichtsystem bei einer Temperaturerhöhung eine geringere Kristallisierbarkeit als ein in etwa gleich dickes konventionelles Schichtsystem auf.

Für ein Beschichtungsverfahren ist gemäß einer Ausgestaltung vorgesehen, dass das erste und das zweite Material mittels eines Vakuum-Beschichtungsverfahrens abgeschieden werden. Dazu wird beispielsweise eine physikalische Gasphasenabscheidung, PVD, eine chemische Gasphasenabscheidung, CVD, oder eine physikalisch aktivierte chemische Gasphasenabscheidung verwendet. Als PVD-Prozesse werden beispielsweise Gleichstrom-, Radiofrequenz- oder Mittelfrequenz-Sputterprozesse verwendet. Des weiteren kann ein thermisches oder elektronenstrahlgeführtes Aufdampfverfahren angewendet werden. Alternativ oder zusätzlich kann ein ionengestützter Prozess beispielsweise mittels wenigstens einer Ionenquelle verwendet werden. Insbesondere kann ein Ionenstrahlsputterprozess verwendet werden. Eine Depositionstemperatur liegt vorzugsweise unterhalb von 100°C.

Gemäß einer Weiterbildung werden das erste und das zweite Material mittels eines Co-Sputterprozesses abgeschieden. Eine Deposition erfolgt dabei beispielsweise unter Verwendung von Sputtertargets aus jeweils dem ersten bzw. dem zweiten Material. Zum Beispiel bei einer Wahl von TiO₂ als erstes Material und SiO₂ als zweites Material wird ein Sputtertarget aus TiO₂ und eines aus SiO₂ verwendet. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, das erste und/oder das zweite Material in einer Reaktivgasatmosphäre von jeweils einem metallischen Target zu sputtern. Eine Bildung des ersten bzw. des zweiten Materials erfolgt in diesem Fall insbesondere auf der Schicht. Als Sputtergas wird bei einem Magnetron-Sputterprozess beispielsweise Ar bei einem Druck von etwa 1,3 × 10^–3 mbar verwendet. Als Reaktivgas wird beispielsweise Sauerstoff verwendet. Zum Beispiel bei einer Wahl von TiO₂ als erstes Material und SiO₂ als zweites Material wird in einem reaktiven Prozess ein Sputtertarget aus Ti und eines aus Si verwendet.

In einer anderen Ausgestaltung werden das erste und das zweite Material mittels eines Co-Verdampfungsprozesses abgeschieden. Insbesondere wird jeweils ein thermischer oder ein elektronenstrahlgeführter Aufdampfprozess gewählt. Es kann auch vorgesehen sein, ein Material mittels Elektronenstrahl und das zweite Material thermisch zu verdampfen.

In einer Weiterbildung wird das Schichtsystem auf einem Glassubstrat abgeschieden und in einem weiteren Schritt das Glassubstrat thermisch vorgespannt. Vorzugsweise erleidet die optische Funktionsbeschichtung im zweiten Schritt keine oder zumindest nur eine geringe Beeinträchtigung der optischen Qualität, insbesondere hinsichtlich optischer Streueigenschaften.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung beispielhaft im einzelnen erläutert. Die Erfindung ist jedoch nicht auf die dort dargestellten Merkmalskombinationen beschränkt. Vielmehr können jeweils in der Zeichnung sowie in der Beschreibung einschließlich der Figurenbeschreibung enthaltene Merkmale zu Weiterbildungen miteinander kombiniert werden.
Es zeigen:
1: ein kontinuierliches Brechungsindexprofil eines ersten Schichtsystems;
2: einen Reflexionsverlauf des ersten Schichtsystems;
3: ein diskretes Brechungsindexprofil eines zweiten Schichtsystems gemäß dem Stand der Technik;
4: einen Reflexionsverlauf des zweiten Schichtsystems;
5: ein kontinuierliches Brechungsindexprofil eines dritten Schichtsystems;
6: einen Reflexionsverlauf des dritten Schichtsystems;
7: eine Abhängigkeit eines integralen Haze-Wertes der drei Schichtsysteme von der Temperatur;
8: Röntgenspektren der drei Schichtsysteme nach einem Temperschritt bei 700°;
9: Röntgenspektren der drei Schichtsysteme nach einem Temperschritt bei 750°;
10: Röntgenspektren der drei Schichtsysteme nach einem Temperschritt bei 775°;
11 eine Winkelabhängigkeit der substratseitigen Reflexion eines vierten Schichtsystems;
12 eine Winkelabhängigkeit der schichtseitigen Reflexion des vierten Schichtsystems;
13 eine Winkelabhängigkeit der substratseitigen Absorption des vierten Schichtsystems;
14 eine Winkelabhängigkeit der schichtseitigen Absorption des vierten Schichtsystems;
15 eine Winkelabhängigkeit der substratseitigen Transmission des vierten Schichtsystems; und
16 eine Winkelabhängigkeit der schichtseitigen Transmission des vierten Schichtsystems.
1 zeigt ein kontinuierliches Brechungsindexprofil 1 eines ersten Schichtsystems. Aufgetragen ist auf der Abszisse die Schichtdicke. Auf der Ordinate ist der Brechungsindex bei einer Wellenlänge von 572 nm aufgetragen. Eine Absorption ist vernachlässigbar, weshalb der Brechungsindex reell ist. Schematisch dargestellt ist das Substrat 2, welches bei Schichtdicken unterhalb von 0 nm auf der Achse angeordnet ist, sowie die Schicht 3, welche ein kontinuierliches Brechungsindexprofil aufweist und sich bis etwa 4 μm erstreckt. Daran schließt sich als Austrittsmedium ein schematisch dargestellter Halbraum 4 "Luft" an. Als Schichtdesign wurde eine Verspiegelung bei einer Wellenlänge von 1064 nm ausgewählt. Dargestellt ist das Brechungsindexprofil vor einem Temperschritt.
Dieses erste Schichtsystem wurde ausgehend von Basismaterialien SiO₂ als erstes Material und Ta₂O₅ als zweites Material in einer RF-Magnetron-Sputteranlage abgeschieden. In Verbindung mit der als RF-Anregung bezeichneten Radiofrequenz-Anregung kamen keramische Sputtertargets aus SiO₂ bzw. Ta₂O₅ zum Einsatz. Die Schichtdeposition erfolgte mit einer konstanten Gesamtleistung von 800 W und variierbaren Leistungsanteilen auf den Kathoden bzw. Sputtertargets in einer Ar/O₂-Athmosphäre bei etwa 1.5 × 10^–3 mbar. Je nach gewünschtem Mischungsprofil aus erstem und zweitem Material wurden die Leistungsanteile variiert. Eine Kathode wurde dabei jedoch nie vollständig abgeschaltet, sondern während des Beschichtungsprozesses zumindest mit einer Mindestleistung von 100 W betrieben. Eine extremale Leistungsaufteilung auf die beiden Kathoden entsprach daher einem Verhältnis von 100 W zu 700 W. Dementsprechend weist das Mischungsprofil keine Punkte mit einer reinen Zusammensetzung des ersten oder des zweiten Materials auf. Insbesondere enthält die Schicht für jede Schichtdicke stets zumindest geringe Anteile des ersten und zumindest geringe Anteile des zweiten Materials. Vorzugsweise führen bereits geringe Anteile des ersten bzw. zweiten Materials in einer Mischung der Materialien zu einer Hemmung einer Auskristallisation.
Mit dem beschriebenen apparativen Aufbau ist es möglich, einen Materialanteil des jeweiligen ersten bzw. zweiten Materials in der Schicht durch Leistungsvariation zu bestimmen und insbesondere durch zeitliche Variation ein kontinuierliches Brechungsindexprofil zu erreichen.
In einer nicht dargestellten Ausführungsform kann auch vorgesehen sein, das erste und das zweite Material reaktiv von metallischen Targets zu sputtern. Dazu können beispielsweise ein Si-Target und ein Tantaltarget in einer reaktiven Argon-Sauerstoff-Atmosphäre zerstäubt werden. Insbesondere wird dabei eine Kopplung der beiden parallel laufenden Prozesse über den Sauerstoffpartialdruck anhand einer Regelung berücksichtigt.
Des weiteren kann vorgesehen sein, das erste Material und das zweite Material in einem Co-Verdampfungsprozess abzuscheiden. Dabei kann jeweils ein thermischer oder ein elektronenstrahlgeführter Aufdampfprozess gewählt werden. Insbesondere kann ein Material mittels Elektronenstrahl und das zweite Material thermisch verdampft werden.
Als Brechungsindexverlauf des ersten Schichtsystems wurde ein periodischer Rugate-Filter vorgegeben. Der Brechungsindexverlauf weist dabei eine Sinusmodulation mit einer Apodisierung auf. Als Apodisierung wurde ein Verlauf gemäß einer Funktion exp(–x⁴) gewählt.
Im folgenden werden gleichwirkende Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
2 zeigt den zugehörigen Reflexionsverlauf des ersten Schichtsystems bei senkrechter Inzidenz. Auf der Abszisse ist die Wellenlänge in nm und auf der Ordinate die Reflexion bei senkrechter Inzidenz aufgetragen. Die Reflexion zeigt einen schmalbandigen Bereich 5 nahezu vollständiger Reflexion im Bereich um die Verspiegelungswellenlänge von 1064 nm herum.
3 zeigt ein diskretes Brechungsindexprofil eines zweiten Schichtsystems gemäß dem Stand der Technik. Dargestellt ist das Brechungsindexprofil bei einer Wellenlänge von 572 nm vor einem Temperschritt. Eine Absorption ist vernachlässigbar, weshalb der Brechungsindex reell ist. Das zweite Schichtsystem wurde als Vergleich zum ersten Schichtsystem hergestellt, wobei darauf geachtet wurde, dass das erste Schichtsystem und das zweite Schichtsystem eine annähernd gleiche Dicke aufweisen. Als Schichtdesign wurde eine Verspiegelung bei einer Wellenlänge von 1064 nm mit einem konventionellen λ/4-Stapel ausgewählt.
4 zeigt den zugehörigen Reflexionsverlauf des zweiten Schichtsystems. Auf der Abszisse ist wiederum die Wellenlänge in nm und auf der Ordinate die Reflexion bei senkrechter Inzidenz aufgetragen. Die Reflexion zeigt einen schmalbandigen Bereich 5 nahezu vollständiger Reflexion im Bereich um die Verspiegelungswellenlänge von 1064 nm herum. Im Unterschied zu dem in 2 gezeigten Reflexionsverlauf des ersten Schichtsystems sind deutlich stärker ausgeprägte Nebenmaxima 6 zu erkennen. Des weiteren weist der Reflexionsverlauf eine größere Halbwertsbreite 7 auf.
5 zeigt ein kontinuierliches Brechungsindexprofil eines dritten Schichtsystems bei einer Wellenlänge von 559 nm. Der Brechungsindex ist wiederum aufgrund der vernachlässigbaren Absorption reell. Dieses weist ein Schichtdesign auf, welches im Hinblick auf eine Anwendung als Kantenfilter ausgestaltet ist. Dabei handelt es sich um ein Schichtsystem für Blinklichtverglasungen mit der Zielsetzung, eine steile Kante 8 bei etwa 550 nm bereitzustellen. Das dritte Schichtsystem wurde ebenfalls wie das erste und das zweite Schichtsystem mit SiO₂ als erstem Material und Ta₂O₅ als zweitem Material deponiert. Das Schichtsystem besteht aus einer Schicht mit einem kontinuierlich variierendem Brechungsindexprofil, welche auf einem Substrat aufgebracht ist. Dies ist schematisch in der Abbildung dargestellt. Aufgetragen ist auf der Abszisse die Schichtdicke. Auf der Ordinate ist der Brechungsindex aufgetragen. Das Substrat ist bei Schichtdicken unterhalb von 0 nm auf der Achse angeordnet, wobei die Schicht, welche ein kontinuierliches Brechungsindexprofil aufweist, sich bis etwa 5 μm erstreckt. Daran schließt sich als Austrittsmedium ein schematisch dargestellter Halbraum "Luft" an.
Dargestellt ist das Brechungsindexprofil vor einem Temperschritt. Das Brechungsindexprofil ist ein periodisch variierendes Profil, welches zwischen einem Brechungsindex von 1,54 und 2,14 oszilliert.
6 zeigt einen zugehörigen Transmissionsverlauf des dritten Schichtsystems. Der Spektralverlauf weist eine scharfe Kante bei etwa 550 nm auf. Oberhalb dieser Kante 8 transmittiert das dritte Schichtsystem nahezu vollständig. Unterhalb der Kante 8 ist die Transmission nahezu auf Null reduziert. Dargestellt ist als gestrichelte Linie der gemessene Transmissionsverlauf. Die durchgezogene Kurve zeigt einen berechneten Verlauf, wobei eine Materialabsorption vernachlässigt wurde.
7 zeigt eine Abhängigkeit eines integralen Haze-Wertes der drei Schichtsysteme von der Temperatur. Zur Begutachtung der Temperaturbeständigkeit wurden die Proben einer Temperversuchsreihe unterzogen, bei denen sie jeweils 1 Stunde sukzessive jeweils um 50°C zunehmenden Temperaturen aussetzt wurden. Nach jedem Temperschritt wurden die Proben mittels Röntgendiffraktometrie, XRD, und gerichteter sowie integraler spektralphotometrischer Messungen von Reflexion R und Transmission T vermessen. Die spektralphotometrischen Messungen erfolgten insbesondere zur Ermittlung des integralen Haze-Wertes. Als Spektralbereich wurde der Wellenlängenbereich von 380 nm bis 1500 nm verwendet. Damit erfolgte ein direkter Vergleich der optischen Eigenschaften von „Mischoxid"-Filtern mit einem kontinuierlichen Mischungsprofil bzw. Brechungsindexprofil einerseits und konventionellen Interferenzfiltern andererseits unter einer Temperaturbelastung.
Im einzelnen wurden das erste, das zweite und das dritte Schichtsystem ausgehend von einer Temperatur von 400°C sukzessive jeweils 1 Stunde getempert, analysiert und einem erneuten Temperschritt bei einer um 50°C erhöhten Temperatur zugeführt. Als Referenzwert wurde jeweils ein Wert bei Raumtemperatur aufgenommen. Dargestellt ist auf der Abszisse die Temperatur und auf der Ordinate der integrale Haze-Wert. Die durchgezogene Kurve zeigt den Verlauf für das erste Schichtsystem. Die gestrichelte Kurve mit den als Dreiecken dargestellten Messpunkten zeigt den Verlauf für das zweite Schichtsystem und die gestrichelte Kurve mit den als Quadraten dargestellten Messpunkten zeigt den Verlauf für das dritte Schichtsystem.
Die Temperaturabhängigkeit des integralen Haze-Wertes zeigt deutlich, dass das erste und das dritte Schichtsystem, welche einen kontinuierlichen Mischungsprofilverlauf bzw. Brechungsindexverlauf aufweisen, einen geringeren Anstieg der Streuung mit der Temperatur aufweisen. Insbesondere zeigt sich dadurch eine reduzierte Neigung zur Ausbildung von Kristalliten, welche zu einem Anstieg des optischen Streuvermögens und des integralen Haze-Wertes führen.
Das zweite, konventionelle, Schichtsystem zeigt einen Anstieg des integralen Haze-Wertes auf maximal etwa 270 bei 775°C ausgehend von einem Wert von etwa 150 bei 0°C. Der Anstieg beträgt etwa 80%.
Das erste Schichtsystem zeigt einen Anstieg des integralen Haze-Wertes auf maximal etwa 195 bei 775°C ausgehend von einem Wert von etwa 120 bei 0°C. Der Anstieg beträgt somit etwa 63%.
Das dritte Schichtsystem zeigt einen Anstieg des integralen Haze-Wertes auf maximal etwa 120 bei 775°C ausgehend von einem Wert von etwa 100 bei 0°C. Der Anstieg beträgt somit etwa 20%.
Es zeigt sich, dass im betrachteten Temperaturbereich bis 775° im Falle des ersten Schichtsystemes ein um etwa 21% geringerer Anstieg als im Falle des zweiten, konventionellen, Systems erreicht wird.
Für das dritte Schichtsystem zeigt sich im betrachteten Temperaturbereich ein um etwa 75% geringerer Anstieg als im Falle des zweiten, konventionellen, Systems.
Vorzugsweise weist bereits das zweite Schichtsystem, wie bereits vorstehend erwähnt, eine erhöhte Temperaturbelastbarkeit gegenüber einem gleichartigen Schichtsystem mit einer Schichtabfolge reiner Materialien auf.
8 zeigt Röntgenspektren der drei Schichtsysteme nach einem Temperschritt bei 700°. Dargestellt ist auf der Ordinate eine Zählrohrintensität und auf der Abszisse der doppelte Einfallswinkel einer zur Messung verwendeten Röntgenstrahlung in Grad. Im dargestellten 2θ-Scan ist kein kristalliner Anteil in den Schichtsystemen ersichtlich. Vielmehr sind diese amorph.
9 zeigt Röntgenspektren der drei Schichtsysteme nach einem Temperschritt bei 750°. Nachdem bei 700°C noch alle Proben amorph waren, ist hier das zweite, konventionelle, Schichtsystem bereits völlig auskristallisiert. Das erste und das dritte Schichtsystem, welche jeweils einen kontinuierlichen Brechungsindexverlauf aufweisen, sind jedoch weiterhin amorph. Zur besseren Darstellbarkeit wurde die Zählrohrintensität der Messung der zweiten Schicht durch den Faktor 8 dividiert.
10 zeigt Röntgenspektren der drei Schichtsysteme nach einem Temperschritt bei 775°. Zur besseren Darstellbarkeit wurde die Zählrohrintensität der Messung der dritten Schicht durch den Faktor 8 dividiert. Bei einer weiteren Temperaturerhöhung auf 775°C beginnt nun auch das erste Schichtsystem, welches einen Brechungsindexverlauf gemäß einer apodisierten Sinusfunktion aufweist, auszukristallisieren. Dieser Prozess ist jedoch bei 775°C noch nicht abgeschlossen. Die Röntgenspektren zeigen, dass das erste Schichtsystem sowohl kristalline als auch noch größere amorphe Anteile aufweist, während das zweite, konventionelle, Schichtsystem völlig auskristallisiert ist. Das dritte Schichtsystem ist dagegen noch völlig amorph. Somit zeigt sich eine deutliche Verbesserung gegenüber dem zweiten, konventionellen, Schichtsystem.
11 zeigt eine Winkelabhängigkeit der substratseitigen Reflexion eines vierten Schichtsystems. Dieses vierte Schichtsystem ist ein Infrarot-Reflexionsfilter beispielsweise für Anwendungen auf Quarzfenstern von Solar-Receivern zum Schutz des Substrates vor Schwarzkörperstrahlung des Absorbers und zur Wirkungsgradsteigerung durch Einschluss eingekoppelter Leistung. Eine gewünschte Eigenschaft dieses Filtersystems ist eine möglichst vernachlässigbare Absorption im solaren Lichtspektralbereich in Verbindung mit einer möglichst hohen Reflexion für Absorberstrahlung. Insbesondere ist es erwünscht, diese Funktionalität ist für einen extrem großen Winkelbereich bereitzustellen. Dargestellt sind berechnete Reflexionsspektren für verschiedene Winkel von 0° bis 90°, wobei der Winkel jeweils in 10°-Schritten variiert ist. Die Reflexionsmessungen erfolgten jeweils durch das Substrat hindurch. Als Substrat wurde ein Quarzglas verwendet. Dabei handelte es sich um ein 5 mm dickes Substrat vom Typ GE 214. Es zeigt sich eine zunehmende Reflexion im Wellenlängenbereich zwischen 4000 μm und 8000 μm mit zunehmenden Winkel.
12 zeigt eine Winkelabhängigkeit der schichtseitigen Reflexion des vierten Schichtsystems. Dargestellt sind berechnete Reflexionsspektren für verschiedene Winkel von 0° bis 90°, wobei der Winkel jeweils in 10°-Schritten variiert ist. Die Berechnung ist jeweils für Reflexion von der Schichtseite angegeben. Es zeigt sich wiederum eine zunehmende Reflexion im Wellenlängenbereich zwischen 4000 μm und 8000 μm mit zunehmenden Winkel.
13 zeigt eine Winkelabhängigkeit der substratseitigen Absorption des vierten Schichtsystems. Dargestellt sind berechneten Absorptionsspektren für verschiedene Winkel von 0° bis 90°, wobei der Winkel jeweils in 10°-Schritten variiert ist. Die Berechnung der Absorption erfolgte jeweils unter Berücksichtigung eines Lichteinfalls von der Substratseite. Es zeigt sich eine abnehmende Absorption im Wellenlängenbereich zwischen 4000 μm und 8000 μm mit zunehmenden Winkel.
14 zeigt eine Winkelabhängigkeit der schichtseitigen Absorption des vierten Schichtsystems. Dargestellt sind berechnete Absorptionsspektren für verschiedene Winkel von 0° bis 90°, wobei der Winkel jeweils in 10°-Schritten variiert ist. Die Berechung der Absorption erfolgte jeweils unter Zugrundelegung eines Lichteinfalls von der Schichtseite. Es zeigt sich wiederum eine abnehmende Absorption im Wellenlängenbereich zwischen 4000 μm und 8000 μm mit zunehmenden Winkel.
In 15 ist eine Winkelabhängigkeit der substratseitigen Transmission des vierten Schichtsystems dargestellt. Im einzelnen sind berechnete Transmissionsspektren für verschiedene Winkel von 0° bis 90° dargestellt, wobei der Winkel jeweils in 10°-Schritten variiert ist. Die Transmissionsmessungen erfolgten jeweils Zugrundelegung eines Lichteinfalls von der Substratseite. Es zeigt sich eine abnehmende Transmission im sichtbaren Spektralbereich mit zunehmenden Winkel.
16 zeigt schließlich eine Winkelabhängigkeit der schichtseitigen Transmission des vierten Schichtsystems. Im einzelnen sind wiederum berechnete Transmissionsspektren für verschiedene Winkel von 0° bis 90° dargestellt, wobei der Winkel jeweils in 10°-Schritten variiert ist. Die Berechung erfolgte jeweils unter Berücksichtigung eines Lichteinfalls von der Substratseite. Erwartungsgemäß entsprechen die Spektren aufgrund der optischen Reziprozität den in 14 gezeigten Spektren, welche für eine Transmission von der Schichtseite berechnet wurden.

Claims

Schichtsystem eines thermisch belastbaren Elementes mit zumindest einer Schicht, welche wenigstens ein erstes und wenigstens ein zweites Material aufweist und welche ein mit einer Schichtdicke zumindest annähernd kontinuierlich variierendes Mischungsprofil ohne Ausbildung einer Grenzschicht zwischen dem ersten und dem zweiten Material aufweist.
Schichtsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Schichtsystem auf dem thermisch belastbaren Element angeordnet ist.
Schichtsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht eine geringere Kristallisierbarkeit im Vergleich zu einer Schicht von etwa gleicher Dicke mit diskret aufeinanderfolgenden Teilschichten aus dem ersten und dem zweiten Material aufweist.
Schichtsystem nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Schichtsystem zumindest in einem Temperaturbereich von 400°C bis 800°C einen im Vergleich zu einer Schicht von etwa gleicher Dicke mit diskret aufeinanderfolgenden Teilschichten aus dem ersten und dem zweiten Material eine um wenigstens 20% geringere Erhöhung des Haze-Wertes bezogen auf einen jeweiligen Haze-Wert bei Raumtempertur aufweist.
Schichtsystem nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Schichtsystem zumindest in einem Temperaturbereich von 400°C bis 800°C einen im Vergleich zu einer Schicht von etwa gleicher Dicke mit diskret aufeinanderfolgenden Teilschichten aus dem ersten und dem zweiten Material eine um wenigstens 50% geringere Erhöhung des Haze-Wertes bezogen auf einen jeweiligen Haze-Wert bei Raumtemperatur aufweist.
Schichtsystem nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Haze-Wert in einem Spektralbereich von 380nm bis 1500 nm als integraler Wert ermittelt ist.
Schichtsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schichtsystem bei einer Temperatur von 700°C einen in einem Spektralbereich von 380 nm bis 1500 nm integrierten Haze-Wert von höchstens 120 aufweist.
Schichtsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in zumindest einem Lichtspektralbereich das erste Material einen ersten Brechungsindex sowie das zweite Material einen zweiten, vom ersten verschiedenen, Brechungsindex aufweist und die Schicht ein mit der Schichtdicke variierendes kontinuierliches Brechungsindexprofil aufweist.
Schichtsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es Bestandteil eines Dünnschicht-Interferenzfilters ist.
Schichtsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es ein Substrat aus der Gruppe umfassend Quarz, Floatglas und Al₂O₃ aufweist.
Schichtsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es ein Substrat aus der Gruppe umfassend Silizium und Germanium aufweist.
Schichtsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Mischungsprofil ein periodisches Profil umfasst.
Schichtsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche 12, dadurch gekennzeichnet, dass eine Apodisierung des periodischen Profils vorgesehen ist.
Schichtsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht wenigstens einen Rugatefilter umfasst.
Schichtsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht eine Gradientenschicht ist.
Schichtsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schichtsystem einen optischen Filter aus der Gruppe umfassend Kantenfilter, Bandpassfilter, Antireflexschicht und Verspiegelung aufweist, vorzugsweise daraus besteht.
Schichtsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und/oder das zweite Material aus der Gruppe umfassend Metalloxid, Metallfluorid und Metallnitrid, wobei das Metall insbesondere aus der Gruppe der Übergangsmetalle gewählt ist.
Schichtsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und/oder das zweite Material aus der Gruppe umfassend SiO₂, Si und Ge gewählt sind.
Schichtsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Material oxidisch und das zweite Material nichtoxidisch ist.
Schichtsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht einen Rugatefilter umfasst, welcher als erstes Material SiO₂ und als zweites Material Ta₂O₅ aufweist.
Schichtsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht einen Rugatefilter umfasst, welcher als erstes Material SiO₂ und als zweites Material Nn₂O₅ aufweist.
Schichtsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht einen Rugatefilter umfasst, welcher als erstes Material SiO₂ und als zweites Material Tantalzirkonoxid aufweist.
Schichtsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es eine geringere Winkelabhängigkeit der Reflexion und/oder Transmission aufweist im Vergleich zu einer Schicht von etwa gleicher Dicke mit diskret aufeinanderfolgenden Teilschichten aus dem ersten und dem zweiten Material.
Schichtsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht eine Diffusionsbarriere darstellt.
Schichtsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es als Isolatorschicht in einem Kondensator vorgesehen ist.
Schichtsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es in oder/und an einem Halbleiterbauelement vorgesehen ist.
Schichtsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass das thermisch belastbare Element ein thermisch beanspruchtes Leuchtmittel ist.
Schichtsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass das thermisch belastbare Element ein Solarkollektor ist.
Schichtsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass das thermisch belastbare Element ein thermisch vorspannbares Glas ist.
Bauteil, insbesondere optisches Bauteil, umfassend wenigstens ein Schichtsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 29.
Verfahren zur Herstellung eines Schichtsystems eines thermisch belastbaren Elementes, wobei auf einem Substrat zumindest eine Schicht mit wenigstens einem ersten und wenigstens einem davon verschiedenen zweiten Material abgeschieden wird, wobei ein mit einer Schichtdicke zumindest annähernd kontinuierlich variierendes Mischungsprofil des ersten und des zweiten Materials eingestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und das zweite Material mittels eines Vakuum-Beschichtungsverfahrens abgeschieden werden.
Verfahren nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und das zweite Material mittels eines Co-Sputterprozesses abgeschieden wird.
Verfahren nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und das zweite Material mittels eines Co-Verdampfungsprozesses abgeschieden wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 31 bis 34, dadurch gekennzeichnet, dass das Schichtsystem auf einem Glassubstrat abgeschieden wird und in einem weiteren Schritt das Glassubstrat thermisch vorgespannt wird.