Beim Magnetron-Sputtern werden mehrere Schichten nacheinander auf das Glas aufgetragen. Das Sputtern geschieht kontinuierlich unter Vakuum (Bild 01), beim Durchlaufen hintereinander geschalteter Beschichtungskammern (Bild 02). Deshalb wird diese Technik auch Inlinebeschichtung genannt.
Der Druck in der Sputterkammer ist dabei auf circa 1 Millionstel bar (10-3 mbar) gesenkt. Durch ein Kammersystem wird das Glas von der Einlaufschleuse über die Transferkammer in den eigentlichen Beschichtungsbereich, die Sputterkammer, eingeschleust. Erst dort wird beschichtet. Am Ende wird das Glas über Auslaufschleusen wieder herausgefahren. Um gleichmäßige Schichten zu erhalten, wird das Glas mit konstanter Geschwindigkeit unter den Beschichtungswerkzeugen, den sogenannten Magnetron-Kathoden, entlanggeführt.
Der Beschichtungsvorgang
Beim Sputtern zündet im Vakuum ein Plasma durch das Anlegen einer hohen Spannung zwischen Kathode und Anode (Bild 01). Dieses entsteht, wenn Atome des in die Kammer eingelassenen Edelgases Argon durch Zusammenstöße mit ebenfalls vorhandenen Elektronen zu schweren, positiv geladenen Argon-Ionen werden. Das Plasma ist an seiner typischen farbigen Leuchterscheinung, ähnlich der in Leuchtstoffröhren, erkennbar. Das durch die hohe Spannung erzeugte starke elektrische Feld beschleunigt die schweren, positiv geladenen Argon-Ionen zur Kathode hin.
Auf der Kathode ist ein sogenanntes „Target“ montiert, das aus dem Beschichtungsmaterial (z.B. Silber) besteht. Die mit hoher Energie auftreffenden Argon-Ionen schlagen aus dem Target Material dampfförmig heraus, das sich nun als dünne Schicht auf dem Glas abscheidet.
Zur Herstellung chemischer Verbindungen der zerstäubten Target-Materialien wird, beispielsweise für Oxide, zusätzlich Sauerstoff als Reaktivgas in die Kammer eingelassen, für Nitride entsprechend Stickstoff. Dieses wird reaktives Sputtern genannt.
Der Aufbau von Wärmedämm- und Sonnenschutzschichten
Zur Herstellung eines Schichtsystems werden verschiedene Beschichtungsmaterialien nacheinander auf das Glas aufgebracht (03a). Haft-, Funktions-, Schutz- und Deckschicht bilden ein komplexes Schichtsystem. Die optischen Eigenschaften der Schichten werden durch Nutzung des Interferenzprinzips, das z.B. aus der Entspiegelung von Kameraobjektiven bekannt ist, eingestellt. Mit zusätzlichen absorbierenden und/oder reflektierenden Komponenten werden die gewünschten lichttechnischen und strahlungsphysikalischen Eigenschaften erreicht.
Heutige Sonnenschutzschichten sind komplexe Doppel- oder sogar 3-fach-Silber-Schichtsysteme (03b). Das bedeutet, dass die Schichtreihenfolge eines Einfachsilberschichtsystems sich wiederholt und gegebenenfalls um weitere Schichtungen ergänzt wird, um optische, lichttechnische und strahlungsphysikalische Eigenschaften zu erfüllen.
Bei der Magnetron-Sputtertechnik werden u.a. folgende Materialien zur Herstellung der genannten Schichtsysteme verwendet:
- die Metalle Silber, Gold, Nickel-Chrom, Edelstahl und Aluminium
- die Halbleitermaterialien Indiumoxid dotiert mit Zinn und auch Zinkoxid dotiert mit Aluminium oder Bor
- die absorptionsarmen, dielektrischen Schichten Wismutoxid, Zinnoxid, Zinkoxid oder aber auch Titanoxid, Siliziumoxid und Siliziumnitrid
- die Absorbermaterialien Nickel-Chrom und Edelstahl als Metalle, Metalloxide und Metallnitride sowie Wolframbronze als elektrochromes Material
In der kommenden Ausgabe der GLASWELT lesen Sie im vierten und letzten Teil unserer Beschichtungsserie Wissenswertes zur Selektivität von Glasscheiben und erfahren mehr über die Energiebilanz. —
Der Autor
Michael Elstner ist der Leiter der AGC Interpane Anwendungstechnik (IBC Interpane Beratungscenter).
