Analyse funktionaler Oberflächen- und Schichteigenschaften

Unser Leistungsangebot

Laserstabilitäts-Tests

Die laserinduzierte Degradation und Beschädigung optischer Komponenten ist einer der Hauptfaktoren, die die Leistung und Lebensdauer von Hochleistungsoptiksystemen limitieren.
Dabei wird die Laserstabilität optischer Komponenten nicht nur durch die intrinsischen Absorptionseigenschaften der beteiligten Materialien begrenzt, sondern auch stark von extrinsischen Faktoren wie Defekten und Verunreinigungen beeinflusst. Darüber hinaus spielt insbesondere bei Beschichtungen die Feldverteilung innerhalb der Komponenten eine wichtige Rolle. All diese Faktoren führen zu einer starken Wellenlängenabhängigkeit der laserinduzierten Zerstörschwelle (LIDT) optischer Komponenten.
Wir bieten Untersuchungen der Laserzerstörschwelle bei beliebigen Wellenlängen von UV- bis in den Nah-Infrarotbereich an. Ein besonderes Merkmal ist unsere Möglichkeit, LIDT-Tests mit in-situ hochsensitiven winkelaufgelösten Lichtstreuanalysen (ARS) zu kombinieren. So können wir beispielsweise auch gezielt defektselektiv die Zerstörschwelle untersuchen.

Wir bieten an:

• Spektrale LIDT-Tests gemäß ISO 21254
• Verschiedene Testverfahren (S-on-1-Test/ R-on-1-Test etc.)
• Verknüpfte Analyse von Defekten, sowie Streulicht- und Absorptionseigenschaften

Test-Parameter:

• Wellenlängen: 1064 nm, 532 nm (Nd:YAG) sowie spektral 200 nm – 1600 nm (OPO)
• Laserparameter: Nanosekunden-Regime (5ns); Wiederholrate 20 Hz
• On- und Offline-Monitoring von strukturellen und Materialeigenschaften mittels winkelaufgelöstem Streulicht

Mechanische Eigenschaften und Beständigkeit

Eine hohe Abriebbeständigkeit und niedrige mechanische Spannungen sind wesentliche Qualitätsmerkmale dünner Schichten. Je nach Anwendung sind darüber hinaus weitere Eigenschaften relevant, wie beispielsweise die Kratzfestigkeit oder die Umweltstabilität bei extremen Temperaturen. Zur Optimierung des Herstellungsprozesses ist eine umfassende Charakterisierung dieser Eigenschaften nötig.​

Wir bieten an:
Am Fraunhofer IOF wurde ein umfangreiches Portfolio zur Prüfung der mechanischen Oberflächeneigenschaften und der Beständigkeit etabliert. Wir entwickeln und erproben geeignete Testabläufe und bieten maßgeschneiderte Analyseprogramme an, die auf die spezifischen Anwendungen unserer Kunden abgestimmt sind. Diese Verfahren nutzen wir einerseits zur detaillierten Prüfung und Charakterisierung unserer in-House entwickelten optischen Schichten, und andererseits zur Unterstützung der Entwicklungsprozesse unserer Kunden.

Testmöglichkeiten und Parameter:
​Mechanische Stabilität

• Chemo-mechanische Abriebprüfung mittels ABREX® (u. a. DIN EN 60068-2-70/ IEC 68-2-70)
• Abriebtest gemäß ISO 9211-4-01
• Abriebprüfung unter anwendungsspezifischen Bedingungen
• Haftfestigkeit von Schichten (Tape-Test nach ISO)
• Kratzfestigkeit und Nanoscratching (1µN – 20N)
• Härtemessung/ E-Modul-Bestimmung mittels Nanoindentation
• Spannungsmessung an Einzelschichten auf Si-Wafern, Gläsern und dünnen Kunststoffsubstraten, auch in Abhängigkeit von der Temperatur mittels TENCOR® FLX2320

Umweltstabilität

• Normgerechte Tieftemperatur- und Wechselklimaprüfung (ISO): (-70°C bis +180°C, 10°C bis 95°C bei 10-98%rF)
• Prüfung der Temperaturstabilität bis 600°C
• Globalstrahlungstest unter definierten Klimabedingungen
• Heißluftsterilisation und Autoklavierung
• Löslichkeitsprüfung

Daneben bieten wir auch die Analyse weiterführender Eigenschaften an, wie beispielsweise elektrische Schichteigenschaften (Schichtwiderstand, spezifischer Widerstand, Ladungsträgerdichte, Ladungsträgermobilität).

Benetzungsanalyse

Das Benetzungsverhalten optischer und technischer Oberflächen spielt für deren funktionale Eigenschaften oft eine entscheidende Rolle. Beispiele sind selbstreinigende superhydrophobe optische Oberflächen (z. B. Architekturglas) und technische Oberflächen mit optimaler oleophiler Benetzung (z. B. hochbeanspruchte Maschinenbauteile).

Die Benetzung einer Oberfläche wird neben ihrer chemischen Natur wesentlich durch ihre Rauheit bestimmt. Zur technologischen Realisierung muss daher eine spezifische Oberflächenstruktur erzeugt werden. Am Fraunhofer IOF wurde eine Methode entwickelt, die durch Rauheitsanalyse und Datenauswertung einen Zusammenhang zwischen Rauheitsstrukturen und Benetzungseigenschaften herstellt. Dies wird über den neuartigen Benetzungsparameter κB erreicht, der sowohl die vertikale als auch laterale Ausdehnung stochastischer Rauheitsstrukturen widerspiegelt. Durch empirische Korrelation wurde so beispielsweise festgestellt, dass ein Wert κB > 0,3 notwendig ist, um zusammen mit den entsprechenden chemischen Oberflächeneigenschaften superhydrophobe Eigenschaften zu erzielen. Zum Vergleich: Das Lotusblatt - als Beispiel für Superhydrophobie schlechthin - weist einen κB-Wert von 0,7 auf.

Die Struktur-Eigenschafts-Korrelation ergab weiterhin, dass eine umfassende Benetzungscharakterisierung nur mittels dynamischer Kontaktwinkelmessung aussagekräftige und praktikable Ergebnisse liefert. Dazu setzen wir ein Kontaktwinkelmesssystem ein. Das modulare System ermöglicht automatische Tropfendosierungen, Probenneigung für Abroll- und Abgleitversuche, definierte Heizung von Oberfläche und Prüfflüssigkeit sowie umfassende Möglichkeiten der Messdatenerfassung zur Kontaktwinkelanalyse.

Wir bieten an:

• Oberflächenstruktur-Analyse und Ableitung des Benetzungsparameter κB zur Entwicklung und Realisierung zugeschnittener Benetzungseigenschaften
• Bestimmung hydrophober, hydrophiler, oleophober, oleophiler Eigenschaften, Fogging-Analyse
• Statische und dynamische Kontaktwinkelmessung im Testbereich zwischen -20 °C und 400 °C
• Analyse kleinster Probenoberflächen mit Nanoliterdosiersystem