Thesis - Tumb1.biblio.tu-muenchen.de - Technische Universität ...

Aluminium dar. Die Elektronenstrahlverdampfung erwärmt hingegen das zu
verdampfende Material durch den Energieübertrag hochbeschleunigter Elektronen. Der
Vorteil dieses Verfahrens ist die Möglichkeit, auch noch Materialien mit sehr hohen
Schmelztemperaturen wie etwa Wolfram oder Aluminiumoxid verdampfen zu können.
Nachteilig sind hier jedoch die höheren Investitionskosten und der größere
Wartungsaufwand. Aus diesem Grund hat sich bei der Metallisierung von Polymerfolien
die Verdampfung durch thermische Energie durchgesetzt. Da diese Verfahren in dieser
Arbeit zur Abscheidung der Metallschicht eingesetzt wurden, soll darauf näher
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eingegangen werden.
In der Folienbeschichtung werden diese meist vakuumtechnischen Abscheidemethoden
aufgrund ihrer großen Abscheideraten und der hohen Schichtqualität eingesetzt
[103,104]. So kann durch die Schichtabscheidung im Vakuum der Einbau von Restgas
in die abgeschiedene Schicht und damit eine Verschlechterung der Schichteigenschaften
verhindert bzw. deutlich reduziert werden. Zusätzlich wird eine mögliche Oxidation des
abzuscheidenden Materials vermieden. Um dies zu erreichen, muss der Druck in der
Abscheideanlage so niedrig sein, dass Stöße von Restgasatomen oder -molekülen mit
den Atomen des abzuscheidenden Materials auf dem Weg vom Verdampfer zum
Substrat nahezu ausgeschlossen sind. Eine Aussage über den Zusammenhang zwischen
Stoßwahrscheinlichkeit und vorhandenem Druck ermöglicht die sogenannte freie
Weglänge , die aus der kinetischen Gastheorie abgeschätzt werden kann [78]:
= --------------------------------------
( )2p
2π + rArB
kBT
λf λf
(2-56)
wobei Boltzmann-Konstante, T die Temperatur, p der Druck, die
Stoßradien des abzuscheidenden Atoms bzw. des Restgasatoms oder -moleküls sind.
rB rA kB
die und
So erhält man beispielsweise für Luft bzw. (rB=1,85·10-10 Stickstoff m) bei einem
Kammerdruck von p = mbar und einer Temperatur von 23°C eine freie Weglänge
der Aluminiumatome (rA=1,82·10-10 m) von cirka 68 cm. Die Auslegung der
Vakuumbedampfungsanlagen erfolgt nun so, dass der Abstand zwischen Verdampfer
und Substratfolie kleiner als die freie Weglänge ist. Daher treten hauptsächlich Stöße der
Aluminiumatome mit der Kammerwand auf. Das abzuscheidenende Material gelangt
dann ohne Streuung mit dem Restgas auf das Substrat, kann dort kondensieren und die
gewünschte Schicht bilden. Für Substrate wie Polypropylen, die nur eine geringe
Bindungsaffinität zu den kondensierenden Atomen aufweisen, stellt sich aufgrund der
geringen thermischen Energie der kondensierenden Atome lediglich eine schwache
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physikalische Haftung auf dem Substrat ein. Um die Haftung zu verbessern, werden die
Folien daher häufig vorbehandelt. Dies führt zur Bildung zusätzlicher polarer Gruppen
auf der Folienoberfläche, an die die kondensierenden Atomen binden können. Im Fall
von Polypropylen ist dabei nicht geklärt, ob die Haftung über
Wasserstoffbrückenbindungen oder Metall-Sauerstoff-Kohlenstoff (M-O-C) Bindungen