Funktionelle Ober­flächen und Schichten

Maßgeschneiderte Eigenschaften durch Beschichtungen

 

Oberflächen und Beschichtungen spielen eine entscheidende Rolle für die Funktion sowie die Leistungsfähigkeit optischer Komponenten und Systeme. Durch Oberflächenbehandlung und Beschichtung können gezielt neue optische und funktionale Eigenschaften realisiert werden. Wir erarbeiten hierzu Problemlösungen entlang der gesamten Prozesskette – sowohl im Labor als auch in Kooperation mit Unternehmen der Beschichtungsindustrie und Endanwendern.

Unser Leistungsangebot

  • Design geeigneter Oberflächen-, Schicht- und Materialstrukturen
  • Beschichtung von dünnen Einzelschichten bis hin zu komplexen Interferenzschichtsystemen
  • Entwicklung von Technologien für Beschichtung und Nanostrukturierung
  • Technologietransfer vom Labor in die industriellen Anwendungen
  • Oberflächen- und Schichtcharakterisierung, umfassend und anwendungsbezogen
  • Beständigkeitsprüfungen und Fehleranalysen
  • Entwicklung und Implementierung praxistauglicher und skalierbarer Prozessketten

Unsere Arbeitsgruppen

Unsere technologischen Entwicklungen werden derzeit in vier Arbeitsgruppen vorangetrieben:

Darüber hinaus arbeiten wir in gruppen- und abteilungsübergreifenden agilen Teams an der Lösung komplexer Aufgabenstellungen.  

Umfangreiche Kompetenzen und besondere Expertise am Fraunhofer IOF

 

Funktionale Beschichtungen und Oberflächen sind wesentliche Bestandteile optischer Systeme. Umfangreiche Kompetenzen bestehen im Design optischer Schichtsysteme, in der Entwicklung von Beschichtungsverfahren für unterschiedliche Anwendungen und in der Charakterisierung von Oberflächen und Schichten. Hervorzuheben sind hochreflektierende Schichtsysteme für Optiken im EUV- und im Röntgenbereich sowie die Funktionalisierung von Kunststoffoberflächen.

Herausragende Erfahrungen können wir außerdem auf den folgenden Gebieten anbieten:

Beschichtungstechnologien am Fraunhofer IOF

 

Um effektiv Lösungen für verschiedenste Anwendungsbereiche und Anforderungsprofile insbesondere im Bereich optischer Komponenten und Systeme zu entwickeln, steht am Fraunhofer IOF ein breiter Pool von Beschichtungsverfahren zur Verfügung. Dieser reicht von kommerziell verfügbaren, industriellen Anlagen bis hin zu maßgeschneiderten Einzellösungen.

Die möglichen Durchmesser der zu veredelnden Komponenten reichen von kleinen Mikrolinsen mit einigen Millimetern bis hin zu großen Spiegeln mit Durchmessern von bis zu 500 mm. Die wichtigsten Beschichtungstechnologien derzeit sind dabei:

  • (Plasma- und ionengestützte) Bedampfung
  • (Magnetron-)Sputtern
  • Atomlagenabscheidung
  • Sol-Gel-Beschichtung

 

Technische Anlagen im Labor des Fraunhofer IOF.
© Fraunhofer IOF
Magnetron-Sputter-Anlage Nessy im Fraunhofer IOF.

Analyseverfahren am Fraunhofer IOF

 

Eine wesentliche Voraussetzung für diese Entwicklungen ist ein umfassender Pool an Analyse- und Charakterisierungsverfahren sowie solide Schnittstellen zum Design und zur Fertigung optischer Komponenten und Systeme. Dabei werden sowohl kommerzielle Tools als auch spezielle Eigenentwicklungen eingesetzt. Die Schwerpunkte sind:

  • Hochauflösende Verfahren zur Analyse von Rauheit und Morphologie (Rasterkraftmikroskopie, Rasterelektronenmikroskopie, Weißlichtinterferometrie, Laserscanning-Mikroskopie)
  • Analyse optischer Eigenschaften (Spektralphotometrie, hochsensitive winkelaufgelöste und totale Streulichtmessung)
  • Analyse funktionaler Eigenschaften (Benetzungsanalyse, Haftfestigkeit, Kratzfestigkeit / Tribologie, Umweltbeständigkeit)

Neben der Entwicklung und des Einsatzes von einerseits hochsensitiven Analysemethoden, die maximalen Erkenntnisgewinn ermöglichen, und andererseits Methoden, die bei Bedarf aber auch wirtschaftlich und praktikabel sein können, streben wir insbesondere auch die Standardisierung und belastungsfähige Integration in zertifizierte Prozessketten an. Wir sind aktives Mitglied in VDI-Gremien und im DIN/ISO TC 172/SC 9 »Laser and electro-optical systems«.

Darüber hinaus entwickeln wir kundenspezifische, streulichtbasierte Messsysteme und Sensoren, die eine hocheffiziente, berührungslose und schnelle Bestimmung von Rauheit und Defekten ermöglichen. Die Systeme sind in einem breiten Anwendungsspektrum einsetzbar - von Maschinenbauteilen bis zu optischen Oberflächen. Sie können direkt in die bestehenden Herstellungsprozesse integriert werden.

© Fraunhofer IOF
Das System ALBATROSS arbeitet bei verschiedenen Laserwellenlängen vom ultravioletten bis infraroten Bereich, in allen drei Raumrichtungen, winkelaufgelöst (ARS-Angle Resolved Scatter), polarisationsabhängig und ist auch für komplex geformte sowie sehr große Bauteile mit Kantenlängen bis zu 500 mm geeignet. Raue technische bis superpolierte optische Oberflächen können untersucht werden.

Anwendungsbereiche

 

Unsere Lösungen umfassen einen weiteren Anwendungsbereich vom extremen UV bis in den infraroten Spektralbereich. Arbeitsschwerpunkte sind unter anderem:

  • Hochreflektierende und beständige Spiegel für die Astronomie und Weltraumanwendungen
  • Präzisionsbeschichtungen für Lithografie, Inspektions- und Messsysteme
  • Breitbandentspiegelung von Kunststoffoptiken für Kamera- und Sensorsysteme (AR-plas und AR-plas2)
  • Kratzfeste Antireflexbeschichtungen für Displayabdeckungen im Automobilbau, LIDAR-Systeme und Brillen
  • Konforme Beschichtungen komplexer Bauteile und Mikrostrukturen
  • Funktionale Oberflächen für Bio- und Medizintechnik
  • Komponenten für Laser- und Quantenkommunikationssysteme
  • Beschichtungen für Kristalle

Zudem übertragen wir unsere Expertise aus dem Bereich der optischen Komponenten und Systeme auf technische Oberflächen und umgekehrt. Diese Fusion ermöglicht multifunktionale Oberflächen, die bspw. hervorragende optische Eigenschaften mit hoher Kratzfestigkeit und selbstreinigenden Eigenschaften kombinieren.

Optische Linse aus Kunststoff mit nanostrukturierter Entspiegelungsschicht. Die rechte beschichtete Hälfte zeigt den Effekt des Antireflexionssystems.
© Fraunhofer IOF
Nanostrukturierte Entspiegelungsschichten für Kunststoffe, z. B. für den Einsatz im Automotive-Bereich.
Drei Leichtmetallspiegel in unterschiedlicher Größe.
© Fraunhofer IOF
Beschichtete Metallspiegel für Weltraumanwendungen, hergestellt mittels Ultrapräzisionsbearbeitung und vergütet mit hochreflektierenden Silberschichten.
Ein Silizium-Wafer mit diffraktiven optischen Gittern in den Händen eines Forschenden.
© Fraunhofer IOF
Ein Silizium-Wafer mit diffraktiven optischen Gittern und konformer Beschichtung mittels Atomlagenabscheidung.

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Wir entwickeln maßgeschneiderte Lösungen für photonische Fragestellungen aus der Industrie und Wissenschaft.

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