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

Ausgehend von der dimensionslosen Durchlässigkeit der unbedampften Substratfolie
von eins fällt die Durchlässigkeit mit zunehmender optischen Dicke rasch ab. Bereits ab
einer Schichtdicke von 8 nm erreicht man eine Permeationsratenreduzierung um den
Faktor zehn und mehr. Für optische Dichten von etwa 1,5 bzw. Aluminiumschichtdicken
von etwa 30 nm flacht der Verlauf deutlich ab und läuft in einen konstanten Wert von
etwa
Seite
aus. Dieser entspricht einer Sauerstoffdurchlässigkeit von circa
0,8 cm3(STP)/(m2·Tag·bar). Durch das Bedampfen lassen sich somit
Barriereverbesserungen von etwa 100 erzielen. Ein solches Verhalten scheint
64____________________________________________________5 Experimentelle Ergebnisse
7,5·10-3
charakteristisch und nicht auf einzelne Folien- und Aufdampfmaterialien begrenzt, da in
der Literatur ähnliche Kurvenverläufe für unterschiedliche Materialien beschrieben
werden [83,141,142].
Wie anhand der nichtlinearen Regression der Messdaten abgelesen werden kann, setzt
sich der Verlauf aus zwei Anteilen zusammen. Für kleine optische Dichten dominiert
eine inverse Schichtdickenabhängigkeit die Durchlässigkeit. Für große Schichtdicken
tritt eine konstante Minimaldurchlässigkeit auf. Bei einer defektfreien perfekten
Aluminiumschicht müsste, aufgrund der extrem kleinen Permeationskoeffizienten von
Sauerstoff in Aluminium, schon für geringste Aufdampfschichtdicken eine nicht
messbare Permeationsrate ergeben. Dies ist offensichtlich nicht der Fall. Die
aufgedampfte Schicht kann daher nicht defektfrei sein.
So wurde bereits in den Grundlagen darauf hingewiesen, dass für die viele Metalle
Inselwachstum auftritt; siehe auch [143]. Ein solches Verhalten kann aufgrund der
polykristallinen Struktur der Aluminiumschichten, wie sie durch transmissionselektronenmikroskopischen
Aufnahmen nachgewiesen werden konnte (siehe
Abschn. 5.4.2, S. 80f.), auch für Aluminium angenommen werden. Für geringe
Aufdampfschichtdicken bildet sich daher zunächst keine geschlossene
Aluminiumschicht. Die Aluminiuminseln auf der Substratfolie wirken damit nur als
abgeschattete Fläche, durch die kein Stofftransport erfolgt. Da jedoch noch eine große
freie Substratfolienfläche vorhanden ist, ist die Gesamtdurchlässigkeit zunächst von der
Durchlässigkeit der Substratfolie und dem Anteil an bedampfter Fläche bestimmt. Mit
zunehmender optischer Dicke wird der Anteil an beschichteter Fläche immer größer und
die Permeationsrate sinkt. Ab einer kritischen Schichtdicke wachsen die einzelnen
Inseln zusammen und es entsteht eine geschlossene Schicht. In der Literatur werden
hierzu Werte zwischen 8 nm und etwa 10 nm angegeben [144,145]. So dürfte ab dieser
Schichtdicke keine messbare Durchlässigkeit zu beobachten sein. Im Vergleich hierzu
zeigt sich in der oben dargestellten Abbildung aber immer noch eine deutlich messbare
Sauerstoffdurchlässigkeit. Dieser Unterschied kann, wie die nachfolgenden
mikroskopischen Analysen zeigen, auf das Vorhandensein von Defekten in der
aufgedampften Schicht zurückgeführt werden; Abschn. 5.5, S. 85. Diese bestimmen
dann die Permeationseigenschaften maßgeblich.