Oberflächen- und Schichtcharakterisierung

Umfassende Analyse optischer Oberflächen und Komponenten

Am Fraunhofer IOF wurde eine umfassende Expertise und Messtechnikplattform zur Charakterisierung von Oberflächen und Schichtsystemen etabliert. Diese umfasst Systeme und Methoden zur Analyse von Nano- und Mikrostrukturen sowie optischen und funktionalen Eigenschaften. Ein wesentlicher Schwerpunkt liegt dabei auf hochsensitiven Verfahren zur Bestimmung optischer Verluste wie Streulicht und Absorption sowie die Aufklärung von Struktur-Eigenschaftsbeziehungen.
Dazu kommen sowohl kommerzielle Tools als auch spezielle Eigenentwicklungen zum Einsatz. Je nach Anwendung entwickeln und nutzen wir einerseits hochwertige flexible Analysemethoden, die maximalen Erkenntnisgewinn ermöglichen und erarbeiten andererseits Techniken, die bei Bedarf aber auch wirtschaftlich und praktikabel sein können. So entstehen kundenspezifische Systemlösungen und Untersuchungsprogramme, die die Entwicklung funktionaler Oberflächen, dünner Schichten und Materialien effizient unterstützt.

Ihr Partner für die optische Charakterisierung

Unser Team verfügt über mehr als 30 Jahre Erfahrung in der Charakterisierung von Oberflächen und Schichten. Wir arbeiten eng mit Unternehmen und Institutionen aus verschiedenen Bereichen wie der Optikfertigung, Raumfahrt & Astronomie oder Halbleiterlithografie zusammen. Dabei sind wir darauf spezialisiert, Untersuchungsprogramme und –methoden an die spezifischen Anforderungen unserer Kunden anzupassen, um sie bei ihren Fragestellungen und Entwicklungen bestmöglich zu unterstützen.

Wir bieten an:

  • Problemlösungen für optische Komponenten und Oberflächen durch kombinierte Messtechnik und zugeschnittene Analyseprogramme
  • Kundenspezifische Messsystem- und Sensorentwicklung
 

Unsere Leistungsschwerpunkte und Kompetenzen

© Fraunhofer IOF
Die verschiedenen Oberflächeneigenschaften sind miteinander verknüpft.

Für eine gezielte Untersuchung kombinieren wir je nach Anwendung und Fragestellung unterschiedliche Modellierungsverfahren, Messtechniken und Analysemethoden. Im Mittelpunkt steht dabei die Charakterisierung der strukturellen, optischen und funktionalen Oberflächen- und Schichteigenschaften sowie deren Beziehungen untereinander. So können auch Ursachen und Zusammenhänge umfassend aufgeklärt - und auf dieser Basis Herstellungsprozesse optimiert werden.

Analyse Struktureller Eigenschaften

 

Rauheits- und Topografieanalyse

 

Zur aussagekräftigen Rauheitscharakterisierung kombinieren wir verschiedene hochauflösende Messverfahren wie die Rasterkraftmikroskopie oder Weißlichtinterferometrie.

 

Defektdetektion und -analyse

 

Wir verwenden neben Standardmethoden der mikroskopischen Defektanalyse auch anwendungsbezogene Verfahren zur Defekt- und Partikeldetektion auf optischen Komponenten durch Streulicht.

 

Schichtmorphologie und -zusammensetzung

Mittels Rasterelektronenmikroskopie können Strukturen bis in den Nanometerbereich abgebildet werden. Die Röntgenmikroanalyse (EDX) erlaubt die Bestimmung der chemischen Zusammensetzung.

Analyse Optischer Eigenschaften

 

Streulichtcharakterisierung

 

Mittels winkelaufgelöster Streulichtcharakterisierung können optische Verluste und deren Ursachen hochsensitiv und umfassend untersucht werden.

 

Absorptionsmessung

 

„Laser Induced Deflection“ (LID) ist eine photothermische Methode zur hochsensitiven und absoluten Messung der Lichtabsorption in optischen Materialien, Schichten und Fasern.

 

Reflexion, Transmission & optische Schichtparameter

 

Neben Spektralphotometrie und Ellipsometrie setzen wir Cavity-Ring-Down-Spektroskopie ein, um selbst extrem verlustarme Spiegel hochgenau zu analysieren.

Analyse Funktionaler Eigenschaften

 

Laserstabilität

 

Wir verknüpfen Laserstabilitäts-Tests mit winkelaufgelösten Streulichtanalysen und können so die Laserzerstörschwelle unter anderem defektselektiv bestimmen.

 

Mechanische Eigenschaften & Beständigkeit

Beständigkeit ist gerade mit Blick auf den praktischen Einsatz ein wesentliches Qualitätsmerkmal dünner Schichten. ​ Wir prüfen u.a. hinsichtlich Haft- und Kratzfestigkeit, sowie Umweltbeständigkeit.

 

Benetzungsanalyse

 

Unsere Mess- und Analysemethoden ermöglichen die gezielte Vorgabe und Kontrolle von Strukturen für optimale Hydrophobie- und Hydrophilie-Eigenschaften.

 

Unsere Expertise für Ihre Anwendung

Unsere Charakterisierungsmethoden sind vielseitig einsetzbar und bieten in zahlreichen Branchen wertvolle Unterstützung für die Entwicklung. Wir verfügen über umfassende Erfahrung und Expertise für unterschiedliche Fachbereiche, um spezifische Fragestellungen gezielt zu adressieren:

Optische Komponenten

Unsere Expertise:

  • Analyse der Oberflächen- und Schichtrauheit in Bezug zur optischen Verlustwirkung
  • Analyse der Oberflächen- und Volumenstreuung optischer Komponenten
  • Absolute Absorptionsmessung optischer Materialien, Beschichtungen, Laserkristalle, etc.; Bestimmung des OH-Gehalts
  • Detektion von Oberflächendefekten sowie Sub-Surface Damage (SSD)
  • In-situ Sensorik zur Prozesskontrolle und -optimierung

Projekte und Aktivitäten:

Entwicklung einer robotergeführten Streulichtsensorik für die In-situ Prozesskontrolle bei der Spiegelfertigung

Astronomie & Raumfahrt

Unsere Expertise:

  • Rauheitsanalyse über einen breiten Ortsfrequenzbereich (LSFR – MSFR - HSFR)
  • Streulichtanalyse von Teleskopspiegeln, Flughardware, schwarzen Oberflächen, Blenden, etc.
  • Streulichtdaten (BSDF) für die Störlichtanalyse
  • Modellierung und Analyse kontaminationsinduzierten Streulichts (PAC/ MOC)
  • Klima- und Umwelttests für Weltraumoptiken

Projekte und Aktivitäten:

Analyse kontaminations-induzierten Streulichts (ESA-Projekt)

Laser- & Hochleistungsoptiken

Unsere Expertise:

  • Kombinative Verlustanalyse (Streulicht, Absorption, Resttransmission/-reflexion) bis in den sub-ppm-Bereich
  • Hochsensitive Detektion von Oberflächendefekten sowie Sub-Surface Damage
  • Verknüpfung der LIDT mit Streulicht- und Absorptionseigenschaften

Projekte und Aktivitäten:
Im Rahmen verschiedener interdisziplinärer Projekte sind wir an der Entwicklung für die nächste Generation verlustarmer Hochleistungsoptiken für die Laserfusion beteiligt.

Unter anderem: Projekt SHARP

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In-situ-Rauheitsmessung für die hochpräzise Spiegelherstellung.
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Vermessung eines Satellitenspiegels für die Erdbeobachtung.
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Laser-induzierte Fluoreszenz.

Halbleiter & Lithografie

 

Unsere Expertise:

  • Rauheitsanalyse über einen breiten Ortsfrequenzbereich (LSFR – MSFR - HSFR)
  • Umfassende Charakterisierung von EUV-Komponenten (Kollektor, Mask Blanks): Streulicht, Beugungseffizienz, Rauheit
  • Absorptions- und Streulichtmessungen bei DUV/VUV-Wellenlängen
  • Laser-induced fluorescence (LiF)

Projekte und Aktivitäten:

Mit Streulicht zur perfekten Optik

Biologie & Medizin

 

Unsere Expertise:

  • Streulichtanalyse zur berührungs- und markerfreien Zelldetektion bis hin zur Einzelzelle
  • Streulichtsensorik für mikrofluidische Biochips (Lab-on-a-chip)
  • Struktur- und Benetzungsanalyse für biokompatible Oberflächen

Projekte und Aktivitäten:

Innovative Streulichttechnik für die Analyse mikrobieller Zellen

Automobil & Verbraucher

 

Unsere Expertise:

  • Spektrale Analyse optischer Eigenschaften von Komponenten für Scheinwerfer, LiDAR, Folien, etc.
  • Bestimmung der optischen Dichte, Haze und Gloss
  • In-situ Sensorik zur Prozesskontrolle und –optimierung
  • Bewertung der Kratzfestigkeit verschiedener Oberflächen im Bereich Automobil, Brille, Feinoptik etc.

Projekte und Aktivitäten:

Kombinative Inline-Sensorik im R2R Prozess zur Sicherstellung der Farbtreue von Dünnschichtsicherheitsfolien

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Messung eines EUV-Kollektorspiegels.
© Fraunhofer IOF
Sensortechnik für die mikrofluidische Zellanalyse.
© Fraunhofer IOF
Lichtstreuung eines Edelsteins.
 

Ihre Vorteile an der Zusammenarbeit mit uns

 

Wir sind ein Team aus fähigen, motivierten Mitarbeitern mit langjähriger Erfahrung und verschiedenen fachlichen Hintergründen (Physiker, Ingenieure, Materialwissenschaftler, …). Wir unterstützen Sie bei Ihren Fragestellungen lösungsorientiert, indem wir für Sie geeignete Charakterisierungsmethoden auswählen und auch gezielt verschiedene Messtechnik- und Analyseansätze kombinieren. Unsere Technologien entwickeln wir - immer mit Fokus auf die Anwendungen und Anforderungen unserer Kunden – kontinuierlich weiter. Basierend auf unserer Erfahrung und Expertise verknüpfen wir Messungen auch mit Simulationen und theoretischen Hintergründen und interpretieren und ordnen die Ergebnisse für Sie ein.

 

Technische Ausstattung für die Charakterisierung

Für unsere Charakterisierungen steht ein umfangreicher Pool aus mehr als 50 Mess- und Prüfsystemen zur Charakterisierung optischer, struktureller, chemischer und funktionaler Oberflächen- und Schichteigenschaften zur Verfügung. Dabei werden sowohl kommerzielle Tools als auch spezielle Eigenentwicklungen eingesetzt:​

 

© Fraunhofer IOF
LID-setup (Laser-induced deflection) für hochsensitive Absorptionsmessungen

Unsere Forschungsstärke

Forschungsberichte

Die Forschungsstärke unserer Experten spiegelt sich in den Beiträgen des Fraunhofer IOF Jahresberichts wider. Der Bericht stellt jedes Jahr ausgewählte Forschungsergebnisse aus dem Vorjahr vor (Archiv Jahresberichte). Hier finden Sie Beiträge zu Entwicklungen auf dem Gebiet der Oberflächen- und Dünnschichtcharakterisierung aus den letzten Jahren:

  • »Prognose kontaminationsinduzierten Streulichts in optischen Systemen«
    (Jahresbericht 2024, Seite 44-45)
  • »Zerstörungsfreie Prüfung von Oberflächenschädigungen«
    (Jahresbericht 2022, Seite 50-51)
  • »Partikel- und Schichtwachstumsanalyse in der Optikfertigung«
    (Jahresbericht 2022, Seite 54-55)
  • »Deformierbare Spiegel mit exzellenten Streulichteigenschaften«
    (Jahresbericht 2021, Seite 58-59)
  • »Abbildungsdegradation durch Streulicht von Kontaminationen«
    (Jahresbericht 2020, Seite 72-73)
  • »Optische Eigenschaften ultradünner Aufdampf-Metallschichten«
    (Jahresbericht 2019, Seite 46-47)
  • »Streulichtmesssysteme nach Maß«
    (Jahresbericht 2019, Seite 50-51)

Haben wir Ihr Interesse geweckt?

 

Dann kontaktieren Sie uns.

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

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Stellen Sie uns Ihre Fragen.
Wir helfen gern weiter.

Falls Sie Fragen zur Zusammenarbeit mit dem Fraunhofer IOF haben, finden Sie unter folgendem Link weitere Informationen:  

 

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Dann sprechen Sie uns trotzdem an.

Wir entwickeln auch spezielle und innovative Lösungen, angepasst an die Anforderungen unserer Kunden.