ISBN 978-3-86853-918-9

978-3-86853-918-9, Reihe Physik

Eric Hein
Optisch streuende Glasoberflächenrauigkeiten durch Selbstmaskierung beim reaktiven Trockenätzen

149 Seiten, Dissertation Technische Universität Kaiserslautern (2011), Softcover, A5

Zusammenfassung / Abstract

Glasoberflächenrauigkeiten werden in bestimmten Anwendungsbereichen der Optik und Optoelektronik gezielt dazu eingesetzt, um eine definierte optische Streuung des einfallenden Lichtes zu erreichen. Typische ätzmaskenunterstützte Strukturierungsverfahren von Gläsern sind aufgrund ihrer Komplexität meist mit unerwünscht hohen Kosten verbunden. Deshalb finden zusehends alternative, weniger aufwändige und somit kostengünstigere Technologien Interesse in Industrie und Forschung.

Ziel dieser Arbeit ist, ein maskenloses Selbstorganisations-Strukturierungsverfahren zu entwickeln, das auf Substrate verschiedener Glassorten angewendet werden kann. So soll einerseits die Glassorte, andererseits aber auch das optische Streuverhalten auf die Anwendung abgestimmt werden können. In dieser Arbeit werden Selbstmaskierungsprozesse ausgenutzt, die unter geeigneten Ätzbedingungen während des reaktiven Trockenätzens in fluorhaltigen Plasmen auftreten. Unter Selbstmaskierung wird der Vorgang verstanden, dass sich auf der Substratoberfläche Atome und Moleküle anlagern oder Verbindungen ausbilden, die wie eine statistisch verteilte Ätzmaskierung das Substrat vor Materialabtrag schützen. Ihre maskierende Eigenschaft beruht auf einer geringeren Ätzrate im Vergleich zu der der Substratatome. Aufgrund der unregelmäßigen Anordnung der schwer löslichen Teilchen kommt es zu einem lokal unterschiedlich hohen Materialabtrag am Substrat und somit zu einer Oberflächenstrukturierung. Das Ätzresultat kann durch Variation der Prozessparameter gezielt beeinflusst werden, so dass sich eine Vielzahl an unterschiedlichen reproduzierbaren Glasrauigkeitsmorphologien realisieren lässt. Die Höhen und lateralen Abmessungen der Oberflächenstrukturen liegen im Nano- bis Mikrometerbereich.

Zur Probencharakterisierung werden aus den Messdaten von rasterkraftmikroskopischen Untersuchungen die Rauigkeit und die mittlere Korrelationslänge der Höhenprofile bestimmt. Durch unterschiedliche optische Messaufbauten werden die spekularen und diffusen Streulichtanteile sowie die Gesamtstreuung der Proben in Transmission bzw. Reflexion ermittelt.

Aufgrund ihrer unterschiedlichen Rauigkeitsmorphologien besitzen die strukturierten Substrate individuelle optische Streueigenschaften. Mit Hilfe der entwickelten Technologie lässt sich nahezu jedes beliebige Verhältnis von spekularem zu diffusem Streulichtanteil realisieren. Diese Eigenschaft wird in dieser Arbeit als dosierte optische Streuung bezeichnet.