Die Dünnschichtabscheidung ist eine in der Industrie verwendete Technik, um eine dünne Beschichtung auf ein bestimmtes Designteil aus einem Zielmaterial aufzubringen und seiner Oberfläche bestimmte Eigenschaften zu verleihen. Dünnfilmbeschichtungen werden aufgetragen, um die optischen Eigenschaften von Glas, die korrosiven Eigenschaften von Metallen und die elektrischen Eigenschaften von Halbleitern zu verändern. Es werden verschiedene Abscheidungstechniken verwendet, normalerweise um Atome oder Moleküle Schicht für Schicht zu einer großen Anzahl von Materialien hinzuzufügen, denen die wesentlichen Oberflächeneigenschaften fehlen, die dünne Beschichtungen bieten. Jedes Design, für das eine Beschichtung mit minimalem Volumen und Gewicht erforderlich ist, kann von einer Dünnfilmabscheidung profitieren, die ein Zielmaterial einer energiegeladenen Umgebung aus Flüssigkeit, Gas oder Plasma aussetzt.
Die ersten Rohmetallbeschichtungen wurden im ersten Jahrtausend verwendet, um die Reflexionseigenschaften von Glas für Spiegel zu verbessern. Im 1600. Jahrhundert entwickelten venezianische Glasmacher raffiniertere Beschichtungstechniken. Erst im 1800. Jahrhundert gab es Präzisionsverfahren zum Aufbringen dünner Beschichtungen wie Galvanisieren und Vakuumbedampfen.
Galvanisieren ist eine Form der chemischen Abscheidung, bei der das zu beschichtende Teil an einer Elektrode befestigt und in eine leitfähige Lösung aus Metallionen eingetaucht wird. Wenn ein Strom durch die Lösung fließt, werden die Ionen an die Oberfläche eines Teils gezogen, um langsam eine dünne Metallschicht zu bilden. Halbfeste Lösungen, sogenannte Sol-Gels, sind ein weiteres Mittel zur chemischen Abscheidung von dünnen Filmen. Solange die Beschichtungspartikel klein genug sind, bleiben sie lange genug im Gel in Suspension, um sich in Schichten zu organisieren und eine gleichmäßige Beschichtung bereitzustellen, wenn die flüssige Fraktion in einer Trocknungsphase entfernt wird.
Aufdampfen ist eine Technik zur Erzeugung von Dünnfilmabscheidung, bei der ein Teil in einem energiegeladenen Gas oder Plasma beschichtet wird, normalerweise in einem Teilvakuum. In der Vakuumkammer verteilen sich Atome und Moleküle gleichmäßig und erzeugen eine Beschichtung von gleichbleibender Reinheit und Dicke. Im Gegensatz dazu wird bei der chemischen Gasphasenabscheidung das Teil in eine Reaktionskammer eingebracht, die von der Beschichtung gasförmig eingenommen wird. Das Gas reagiert mit dem Zielmaterial, um die gewünschte Schichtdicke zu erzeugen. Bei der Plasmaabscheidung wird das Beschichtungsgas in eine ionische Form überhitzt, die dann mit der atomaren Oberfläche des Teils reagiert, typischerweise bei erhöhten Drücken.
Bei der Sputter-Abscheidung wird eine Quelle reinen Beschichtungsmaterials in fester Form durch Hitze oder Elektronenbeschuss mit Energie versorgt. Einige der Atome der festen Quelle lösen sich und werden in einem Inertgas wie Argon gleichmäßig um die Oberfläche des Teils herum suspendiert. Diese Art der Dünnfilmabscheidung ist nützlich beim Betrachten feiner Merkmale auf kleinen Teilen, die mit Gold sputterbeschichtet und durch ein Elektronenmikroskop beobachtet werden. Beim Beschichten des Teils für spätere Untersuchungen werden Goldatome aus einer festen Quelle über dem Teil gelöst und fallen durch eine mit Argongas gefüllte Kammer auf seine Oberfläche.
Die Anwendungen der Dünnschichtabscheidung sind vielfältig und haben sich ausgeweitet. Optische Beschichtungen auf Linsen und Flachglas können die Transmissions-, Brechungs- und Reflexionseigenschaften verbessern und UV-Filter in Brillengläsern und Antireflexglas für gerahmte Fotos erzeugen. Die Halbleiterindustrie verwendet dünne Beschichtungen, um eine verbesserte Leitfähigkeit oder Isolierung für Materialien wie Siliziumwafer bereitzustellen. Keramische Dünnschichten sind korrosionsbeständig, hart und isolierend; Obwohl sie bei niedrigen Temperaturen spröde sind, wurden sie erfolgreich in Sensoren, integrierten Schaltungen und komplexeren Designs verwendet. Dünne Filme können abgeschieden werden, um ultrakleine „intelligente“ Strukturen wie Batterien, Solarzellen, Drug-Delivery-Systeme und sogar Quantencomputer zu bilden.