Fraunhofer-Institut für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik IGBBei vielen technischen Produkten, mit denen wir im täglichen Leben zu tun haben, werden während der Herstellung dünne Schichten aufgetragen und die Oberflächen an das jeweilige Anforderungsprofil angepasst. Einige Techniken, wie etwa das Lackieren oder die galvanische Metallabscheidung, sind jedem geläufig. Auch das Bedampfen mit Metallen wird häufig genutzt, wobei hier die Beschichtung mit Aluminium am weitesten verbreitet ist.
Entwicklung effizienter Plasmaprozesse durch Optimierung der Prozessführung
Anwendungsbereiche
Eine weitere wichtige Technik sind plasmaunterstützte Verfahren. Die Plasmatechnologie gilt als Schlüsseltechnologie und leistet in verschiedensten Anwendungsfeldern wichtige Beiträge – von der Kunststoff- und der Metallverarbeitung, über Verpackung, Automotive, Elektronik, Optik und Energietechnik bis hin zu Medizintechnik, Biotechnologie und Diagnostik. Plasmaverfahren liefern hier neue und bessere Lösungen für viele werkstoffbezogene Fragestellungen. Auch Anwendungen im Bereich der Nanotechnologie nehmen an Bedeutung zu.
Wirkung von Plasmen
Energiereiche und reaktive Teilchen aus der Plasmagasphase bombardieren alle mit ihnen in Kontakt stehenden Werkstoffe. Dabei können sie, je nach Prozessführung,
- die Oberfläche abtragen,
- chemische Funktionen auf der Oberfläche erzeugen oder
- Schichten abscheiden.
Abtrag, Funktionalisierung und Abscheidung finden bei jeder Plasmabehandlung als elementare Prozesse gleichzeitig statt. Dadurch können Plasmaverfahren zum
- Ätzen, Reinigen, Aktivieren,
- chemischen Funktionalisieren und
- Beschichten eingesetzt werden.
Welcher der Prozesse das Nettoergebnis der Behandlung bestimmt – ob schliesslich eher geätzt oder beschichtet wird – hängt von verschiedenen Parametern bei der Prozessführung ab. Wir ermitteln für jede Aufgabenstellung die jeweils optimalen Parameter für die angestrebte Veränderung der Oberflächeneigenschaften.
Optimale Prozessführung für Oberflächen nach Bedarf
Die Abteilung Grenzfächentechnologie und Materialwissenschaft des Fraunhofer IGB verfügt über langjährige Erfahrungen in der Entwicklung und Optimierung von Plasmaprozessen für verschiedenste Aufgabenstellungen. Die Vorgänge innerhalb eines Plasmas kontrollieren wir zunächst über Gasfluss, Druck, Anregungsfrequenz und Leistung.
Die Einstellung dieser Plasmaparameter hat Einfluss auf die Dichte und Energie der geladenen Teilchen, auf die Dichte chemischer Radikale und elektronisch angeregter Teilchen sowie die vom Plasma erzeugte Strahlung – die alle zusammen die physikalisch-chemische Wirkung des Plasmas bestimmen. Zu berücksichtigen ist, dass sich die genannten Effekte innerhalb eines Plasmas räumlich unterscheiden können, insbesondere in der Nähe von Oberflächen.
Eine wesentliche Schwierigkeit liegt zudem darin, dass sich die Prozesse innerhalb des Plasmas in der Regel nicht unabhängig voneinander steuern lassen, und die relativen Abhängigkeiten oft nicht leicht zu erkennen sind. Um in diese Einblick zu erhalten und den Plasmaprozess zu optimieren, nutzen wir am Fraunhofer IGB unterschiedliche Methoden zur Plasmadiagnostik.
Plasmadiagnostik und Oberflächencharakterisierung – Prozess- und Ergebniskontrolle während der Behandlung und danach
Während und nach der Behandlung werden die Prozessbedingungen kontrolliert und sofern notwendig unterstützend plasmadiagnostische Methoden eingesetzt.
Die dem Plasma ausgesetzten Produktoberflächen werden nach der Behandlung je nach Bedarf mit unterschiedlichen Methoden untersucht. Hierzu verfügen wir über umfassende oberflächenanalytische Möglichkeiten. So versuchen wir, optimierte Prozessparameter zu finden und kontrollierte und reproduzierbare Prozesse zu etablieren.