Herstellung von kristallinem Titandioxid im Rolle-zu-Rolle-Prozess auf Dünnstglas mittels Hochleistungsimpulsmagnetronsputtern und unipolar gepulstem Magnetronsputtern

Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Herstellung von kristallinen Titandioxid-Dünnschichten mittels Magnetronsputtern. Dabei wird die Machbarkeit der großflächigen Beschichtung im Rolle-zu-Rolle-Verfahren mit zwei unterschiedlichen Arten der gepulsten Spannungsversorgung im Magnetronsputter-Prozess untersucht. Zu diesem Zweck kommt das unipolare und Hochleistungsimpulsmagnetronsputtern (HiPIMS) zum Einsatz. Die Ausbildung der kristallinen Phasen unterliegt verschiedener Prozessparameter. Daher wurden Versuche mit Variation der Substrattemperatur, des Prozessdrucks, des Sauerstoffzuflusses, der Geschwindigkeit des Bandlaufs, der mittleren Leistung und der Pulsparameter der Spannungsversorgung durchgeführt. Die Untersuchung erhöhter Temperaturen wird durch den Einsatz des modernen 100 µm dünnen flexiblen Ultradünnglas als Substrat ermöglicht. Im Rahmen der Untersuchungen konnten kristalline Titandioxid-Dünnschichten mit einer Dicke von bis zu 130 nm hergestellt werden. Diese enthalten abhängig von den eingesetzten Parametern unterschiedliche Anteile der Titandioxid-Phasen Anatas und Rutil. Ein besonderer Untersuchungsgegenstand war dabei das temperaturbedingte Auftreten der Phasen, welches im HiPIMS-Prozess bei niedrigerer Temperatur stattfindet.
Die hergestellten Dünnschichten wurden durch optische Spektroskopie, Röntgendiffraktometrie und Atomkraftmikroskopie untersucht. Unter dem Einfluss von UV-Strahlung zeigen sie einen photoinduzierten hydrophilen Effekt, bei welchem die Benetzbarkeit der Oberfläche mit Wasser von einem hydrophoben zu einem superhydrophilen Verhalten zunimmt. Die Arbeit legt den Grundstein für die erfolgreiche industrielle Herstellung kristalliner Titandioxid-Dünnschichten für Anwendungen wie beispielsweise als Keimschicht für thermochromes Vanadiumdioxid, „selbstreinigenden“ Beschichtungen und weiteren Forschungen zur großtechnischen Umsetzung des kristallinen Wachstums von Titandioxid mittels Magnetronsputtern im Rolle-zu-Rolle-Verfahren.