Silver thin films : improving the efficiency of low-E coatings by employing different seed layers

  • Silberdünnschichten : Verbesserung der Effizienz von Low-E-Beschichtungen durch den Einsatz von unterschiedlichen Saatschichten

Ries, Patrick; Wuttig, Matthias (Thesis advisor); Mergel, Dieter (Thesis advisor)

Aachen : Publikationsserver der RWTH Aachen University (2015)
Doktorarbeit

Aachen, Techn. Hochsch., Diss., 2015

Kurzfassung

Moderne Mehrscheiben-Isoliergläser sind heutzutage mit mindestens einem low-E(missivity)-Schichtsystem veredelt. Unter dem Begriff „low-E-Beschichtung“ versteht man ein Mehrschichtsystem, dass auf das Basisglas aufgebracht wird. Als Folge des Einsatzes solcher Schichten kann der Wärmetransfer durch das Glas signifikant reduziert werden. Die gewünschten wärmeisolierenden Eigenschaften resultieren dabei aus der geringen Emissivität im Infraroten (IR), die durch die Verwendung eines dünnen Metallfilms erzielt wird. In der Mehrheit der industriell gefertigten low-E-Schichtsysteme wird eine dünne Silberschicht eingesetzt. Dabei stellt das sogenannte DC-Magnetron-Sputtern den bevorzugten Herstellungsprozess in der Architekturglasveredelung dar. Die Gründe dafür sind vielfältig und ergeben sich unter anderem aus der Möglichkeit großflächige Glassubstrate homogen und zeiteffizient zu beschichten. Dementsprechend sind alle Proben, die im Rahmen der Arbeit diskutiert werden, mittels Magnetron-Sputtern hergestellt worden. Um die Effizienz dieser Schichtsysteme zu verbessern, ist es nötig, das Emissionsvermögen im Infraroten weiter abzusenken. Dies ist gleichbedeutend mit einer Maximierung der Rückstrahlung im IR-Bereich. Da eine direkte Beziehung zwischen der Reflexion im Infraroten und dem elektrischen Widerstand besteht, kann die beabsichtigte Effizienzsteigerung durch ein Absenken des elektrischen Widerstands der Silberschicht erreicht werden. Es ist bekannt, dass die Verwendung einer Saatschicht, z.B. aus Zinkoxid, zu einer Verringerung des Widerstands führen kann. Infolgedessen sind im Verlauf der Arbeit Zinkoxidschichten als Saatschichten eingesetzt worden, um die Textur und somit den Widerstand der Silberdünnschichten bedarfsgerecht anzupassen. Das Ziel der Arbeit war es, durch die Modifikation der Saatschicht neue Wege aufzuzeigen, die es ermöglichen, Silberschichten mit verbesserten strukturellen Eigenschaften im Schichtdickenbereich zwischen 8 nm und 12 nm herzustellen. Aus diesen Gründen sind sowohl die entsprechende Grenzfläche des Standardschichtsystems bestehend aus Silber und Zinkoxid als auch die jeweiligen Einzelschichten detailliert untersucht worden. Folglich sind primär Analysetechniken zur Charakterisierung der strukturellen und elektrischen Eigenschaften eingesetzt worden, um Variationen des Schichtwiderstands mit strukturellen Parametern der Silber- bzw. der Saatschicht korrelieren zu können. Zu diesem Zweck sind sowohl Transportmessungen, inklusive temperaturabhängiger Widerstandsmessungen, als auch Experimente zur Analyse der Kristallstrukturen, hauptsächlich Röntgendiffraktionsmessungen und Transmissionselektronenmikroskopieaufnahmen, durchgeführt worden. Darüber hinaus ist der Einfluss von alternativen Saatschichten auf die Silberdünnschichten untersucht worden. In diesem Zusammenhang sind zwei geeignete Ansätze zur Modifikation der Silberschichten identifiziert und getestet worden. Der erste Ansatz basiert auf dem Einbau einer zusätzlichen Saatschicht aus Nickeloxid, wohingegen der zweite Ansatz die Nutzung eines Wasserstoff-passivierten (111)-orientierten Siliziumwafers als Substrat für die Silberabscheidung vorsieht. In beiden Fällen lag der Schwerpunkt der Charakterisierung auf dem Zusammenspiel von Saatschicht und der Funktionsschicht aus Silber. Insbesondere ist analysiert worden, ob durch den Einsatz der alternativen Saatschichten die Silberstruktur und das Silberwachstum beeinflusst werden und welche Konsequenzen sich für den elektrischen Widerstand ergeben.

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