Photoakustische Online-Spektroskopie von Schichten im Nanometer-Bereich

Abstract

Die Messung der Schichtdicke und die Charakterisierung von Oberflächen ist in modernen Produktionsprozessen von elementarem Interesse. Fehler wirken sich nicht nur unmittelbar sondern auch in der Weiterverarbeitung zum Endprodukt aus. In der Praxis werden zunehmend immer dünnere Schichten und edlere Materialien verarbeitet, was neue Verfahren notwendig macht. In dieser Arbeit sind mechanischer Aufbau, optische Komponenten, elektronische Bauteile und Eigenschaften eines Messsystems beschrieben, welches erstmals in der Lage ist, den Mengenauftrag trockener Konversions-Schutzschichten auf Aluminiumsubstraten hochempfindlich, berührungslos und nicht-destruktiv zu bestimmen. Das Messsystem ist bereits seit einigen Monaten im industriellen Einsatz. Die Messergebnisse wurden im Rahmen dieser Arbeit in einen Kontext vielfältiger Analysemethoden gesetzt und es konnte gezeigt werden, dass die anorganischen Komponenten der Konversionsschicht maßgeblichen Anteil an der Signalbildung haben. Entscheidend für die Qualität der Beschichtung von Substraten mit Vorbehandlung ist die Bestimmung des Zirkoniumgehalts. Die Robustheit der Methode gegenüber Störungen durch andere Parameter (Abstand, Energie, Trocknungs- Temperatur und anderen) wurde erwiesen. Im Vergleich mit anderen kommerziell verfügbaren Methoden zeigt das entwickelte Messsystem keine größeren Schwächen. Es kann prinzipiell nicht nur für Konversionsschichten, sondern außerdem für viele andere Schichtsysteme genutzt werden. Das in dieser vorgestellte Messsystem und seine grundlegende Funktionsweise wurden am 18. Februar 2014 zum Patent in den USA eingereicht.