DE102006024524A1

DE102006024524A1 - Infrarotstrahlung reflektierendes, transparentes Schichtsystem

Info

Publication number: DE102006024524A1
Application number: DE102006024524A
Authority: DE
Inventors: Christoph Köckert; Holger Pröhl; Falk Milde
Original assignee: Von Ardenne Anlagentechnik GmbH
Current assignee: Von Ardenne GmbH
Priority date: 2006-05-23
Filing date: 2006-05-23
Publication date: 2007-12-06
Also published as: US8119194B2; US20080032157A1; CN101078780B; US8377578B2; CN101078780A; US20120171441A1

Abstract

Der Erfindung, die ein Infrarotstrahlung reflektierendes, transparentes Schichtsystem auf einem transparenten Substrat S mit einer eine selektive Funktionsschicht (5) enthaltenden Schichtenfolge (11) betrifft, liegt die Aufgabe zugrunde, ein Schichtsystem und ein Verfahren zu seiner Herstellung anzugeben, das bei anspruchsvollen klimatischen Bedingungen einer Wärmebehandlung des Substrats S und/oder undefinierten Zuständen bei dem Glassubstrat S eine ausreichende Qualität, insbesondere eine hohe Transmission im sichtbaren Bereich, sowie eine niedrige Emissivität gewährleistet und gleichzeitig eine weitgehende Stabilität des Farborts des Schichtsystems ermöglicht. Ein Schichtsystem, welches diese Anforderungen erfüllt, weist unmittelbar auf dem Substrat S und/oder oberhalb der Infrarotstrahlung reflektierenden Schichtenfolge (11) eine transparente, erste und/oder zweite mittel- bis niedrig brechende dielektrische Schicht (1, 10) eines Oxynitrids eines Metalls, Halbleiters oder einer Halbleiterlegierung auf.

Description

Die Erfindung betrifft ein Infrarotstrahlung reflektierendes Schichtsystem auf einem transparenten Substrat mit einer Infrarotstrahlung reflektierenden Schichtenfolge, die auf dem Substrat aufgebracht ist. Die Schichtenfolge beinhaltet zumindest eine selektive Funktionsschicht.
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Schichtsystems, bei dem auf ein transparentes Substrat eine Infrarotstrahlung reflektierende Schichtenfolge mit einem geeigneten Verfahren aufgebracht wird.
Allgemein besteht ein Infrarotstrahlung reflektierendes Schichtsystem (Low-E-Schichtsysteme) aus der Funktionsschicht, einer die Haftung der Funktionsschicht verbessernden Grundschicht und einer entspiegelnden Deckschicht, wobei sich die einzelnen Schichten innerhalb des Schichtsystems wiederholen können. Die Funktionsschicht, die üblicherweise aus einem Edelmetall, meist Silber, oder einer Legierung davon besteht, weist schon bei geringen Schichtdicken ein gutes selektives Reflexionsvermögen im Infrarotbereich auf. Ist nur eine Funktionsschicht im Schichtsystem angeordnet, wird dieses oft als „Single-Low-E" bezeichnet.
Die Deckschicht dient neben der Entspiegelung insbesondere auch der Verbesserung der mechanischen und chemischen Beständigkeit. Sie besteht üblicherweise aus einem hoch brechenden, dielektrischen und Silizium enthaltenden Material. Zur Erhöhung der Transmission des Schichtsystems im sichtbaren Bereich werden diese Entspiegelungsschichten oberhalb und/oder unterhalb der selektiven Funktionsschicht angeordnet.
Derartige Infrarotstrahlung reflektierende, transparente Schichtsysteme werden zur Härtung und/oder Verformung des Substrates auch Temperprozessen unterzogen. In diesem Fall weisen sie eine solche Schichtenfolge mit solchen Schichteigenschaften auf, die es erlauben, ein das Schichtsystem tragendes Substrat einer Wärmebehandlung zu unterziehen und dabei auftretende Änderungen der optischen, mechanischen und chemischen Eigenschaften des Schichtsystems innerhalb definierter Grenzen zu halten. Je nach Anwendung eines beschichteten Substrates ist dessen Schichtsystem im Temperprozess in unterschiedlichen Zeitregimes unterschiedlichen klimatischen Bedingungen ausgesetzt.
Aufgrund verschiedener Temperaturbelastungen bereits aufgebrachter Schichtenfolgen kommt es im Verlauf der Herstellung der darauf folgenden Schichten des Schichtsystems und des Temperprozesses zu verschiedenen, das Reflexionsvermögen der Funktionsschicht und die Transmission des Schichtsystems ändernden Vorgängen, insbesondere zur Diffusion von Komponenten der Entspiegelungsschicht in die Funktionsschicht und umgekehrt. Zur Vermeidung solcher Diffusionsvorgänge wird zwischen Entspiegelungsschicht und Funktionsschicht eine Blockerschicht eingefügt, die als Puffer für die diffundierenden Komponenten dient. Diese Blockerschichten sind entsprechend der auftretenden Temperaturbelastung strukturiert und angeordnet und schützen die empfindliche oft sehr dünne Funktionsschicht oder die Funktionsschichten vor dem Einfluss benachbarter Schichten. Durch das Einfügen einer oder mehrerer Blockerschichten werden insbesondere Farbverschiebungen des Schichtsystems sowie die Zunahme des Flächenwiderstandes des Schichtsystems infolge des Temperprozesses vermindert.
Als Blockerschichten temperfähiger Schichtsystemen sind insbesondere NiCr- oder NiCrOx-Schichten bekannt. So schließen in der DE 035 43 178 und der EP 1 174 379 diese Blockerschichten die Silberschicht(en) ein oder schützen sie zumindest einseitig. Die Blockerschichten führen jedoch zu einer Verringerung der Leitfähigkeit der Silberschicht(en). Wird eine Silberschicht mit einem Flächenwiderstand von ca. 5 Ohm/Sq. abgeschieden und diese in zwei NiCrOx-Schichten eingebettet, so kann diese Einbettung zu einer Erhöhung des Flächenwiderstandes um ca. 1,5 Ohm/Sq. auf 6,5 Ohm/Sq führen.
In der EP 0 999 192 B1 ist ein Schichtsystem beschrieben, das eine Silberschicht als selektive Funktionsschicht enthält, die beidseitig mit einer Blockerschicht aus Nickel oder Nickelchrom versehen ist. Dabei wird durch das Einfügen einer NiCrOx-Schicht in die funktionale Silberschicht bei einem Single-Low-E das Schichtsystem bei der Wärmebehandlung stabilisiert. Der Nachteil besteht darin, dass bei diesem Schichtsystem jede einzelne der beiden Silberteilschichten ca. 7-8 nm dick sein muss, um die Inselbildung der Silberteilschichten zu vermeiden. Dies führt zu einer niedrigen Transmission des Schichtsystems. Weiterhin wird in der EP 0 999 192 B1 der Einsatz einer unterstöchiometrischen TiOx-Schicht zwischen dem Blocker- und der Silberschicht beschrieben, welche die so genannte HAZE-Bildung, d.h. die Änderung der optischen Eigenschaften der Funktionsschicht aufgrund von Diffusionsprozessen in die Funktionsschicht, reduzieren soll. Diese absorbierende TiOx-Schicht oxidiert jedoch bei der Wärmebehandlung, wobei es zu wesentlichen Veränderungen der Transmission und einer Verschiebung des voreingestellten Farbortes kommt.
In der EP 1238 950 A2 ist ein temperfähiges Schichtsystem beschrieben, das beiderseits einer Silberschicht als sensitive Schicht NiCrOx-Schichten als Blockerschichten vorsieht. Weiter hin sind in diesem Schichtsystem dielektrische Interfaceschichten vorgesehen, die sich jeweils unter und über den Blockerschichten befinden. Derartige Schichten üben verschiedene, stabilisierende Wirkungen auf das Schichtsystem aus und wirken während der Temperprozesse ebenfalls als Diffusionssperre.
Weiterhin ist in der EP 1 238 950 die Anwendung von Gradientenschichten bei der Stabilisierung von wärmebehandelbaren Schichtsystemen beschrieben. Der Nachteil hierbei besteht darin, dass die SiNx-Schicht unterhalb der Blockerschicht liegt, wodurch sich der elektrische Flächenwiderstand und damit die Emissivität des Schichtsystems nicht verringern. Bei dieser Lösung sind auch mehrere Schichtenfolgen aus sensitiven Silberschichten mit Unterschichten und jeweils zwei die jeweilige Silberschicht einschließenden Blockerschichten vorgesehen.
Es ist aus der DE 100 46 810 auch bekannt, metallische Blockerschichten aufzubringen, die mit dem Silber der Funktionsschicht in einem Übergangsbereich zwischen beiden Schichten eine Gradientenschicht bildet. Auch die Entspiegelungsschicht kann aus mehreren Metalloxidschichten mit dazwischen liegender Gradientenschicht aus beiden benachbarten Einzelschichten bestehen.
Da die Verwendung von Metalloxiden für die Entspiegelungsschicht keine optimale Lösung darstellt, besteht die Entspiegelungsschicht in der DE 101 31 932 aus mehreren Einzelschichten unterschiedlicher Metallnitride, wobei sich der Materialanteil einer Schicht von anfangs 100% auf 0% verringert und der Materialanteil der benachbarten Einzelschicht in dem Maße von 0% auf 100% erhöht. Es hat sich jedoch herausgestellt, dass auch dieses Schichtsystem nicht die gewünschte Transmission gewährleistet.
Es hat sich gezeigt, dass diese verschiedenartigen Schichtaufbauten trotz der verschiedenen Maßnahmen immer noch zu sensibel für klimatische Bedingungen und lediglich speziellen Temperprozessen angepasst sind, so dass sie bei anspruchsvollen oder deutlich abweichenden klimatischen Bedingungen nicht mit einer ausreichenden Qualität oder Ausbeute hergestellt werden können.
Auch bei Rohglas mit undefinierten Ausgangszuständen, d.h. schwankender chemischer Zusammensetzung des Glases, insbesondere hinsichtlich seines Natrium-Anteils, zeigen diese Schichtsysteme Qualitätsprobleme bei der Fertigung. Darüber hinaus verursachen andere Glaseinflüsse, wie Korrosion oder Abdrücke der dem Handling des Glases dienenden Sauger, die durch visuelle Kontrollen oftmals nicht feststellbar und durch übliche Reinigung nicht zu beseitigen sind, unerwünschte Änderungen der Eigenschaften des Schichtsystems. Besonders nachteilig ist bei solchen Glaseinflüssen, dass deren Auswirkungen auf die Eigenschaften des Schichtsystems erst nach dem Temperprozess sichtbar werden.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Schichtsystem und ein Verfahren zu seiner Herstellung anzugeben, das bei anspruchsvollen klimatischen Bedingungen einer Wärmebehandlung des Substrats und/oder undefinierten Zuständen bei dem Glassubstrat eine ausreichende Qualität insbesondere eine hohe Transmission im sichtbaren Bereich sowie eine niedrige Emissivität gewährleistet und gleichzeitig eine weitgehende Stabilität des Farborts des Schichtsystems ermöglicht.
Die Aufgabe wird durch ein Schichtsystem mit den Merkmalen des Anspruches 1 oder 2 gelöst. Die Unteransprüche 3 bis 23 zeigen besonders günstige Ausgestaltungen diesen Schichtsystems. Verfahrensseitig wird die Aufgabenstellung durch ein Verfahren gemäß Anspruch 24 oder Anspruch 25 gelöst, wobei die darauf bezogenen Ansprüche 26 bis 33 wiederum vorteilhafte Ausgestaltungen darstellen.
Die erfindungsgemäße Ergänzung einer üblichen, für sich bereits Infrarotstrahlung reflektierenden Schichtenfolge durch eine ergänzende Unterschicht aus einem Oxynitrid eines Metalls, Halbleiters oder einer Halbleiterlegierung unmittelbar auf dem Substrat hat den Vorteil, dass diese Schicht als Barriereschicht gegenüber dem Substrat wirkt, indem sie Diffusionsvorgänge aus dem Substrat in die Schichtenfolge und somit darin begründete Einflüsse auf die Schichteigenschaften verhindert.
Wenn es sich bei dem Substrat um Glas handelt, betrifft das insbesondere die Diffusion von Natrium-Ionen, die entsprechend der Zusammensetzung des Glases in unterschiedlichen Konzentrationen vorliegen können, so dass bereits aufgrund dieser Schwankungen nach einem Wärme eintragendem und somit Diffusion auslösendem Prozess Abweichungen des Farbortes bei sonst gleichem Schichtsystem und Prozessbedingungen auftreten können. Darüber hinaus werden auch Einflüsse von Korrosion des Substrates oder von Spuren auf dem Substrat, welche in den vorangegangenen Prozessabläufen in der Zuführung des Substrates entstanden sind, z.B. Saugerabdrücke auf Glas, unterdrückt. Auch Einflüsse auf das wärmebehandelte Schichtsystem aus diesen Änderungen der Oberflächenbedingungen des Substrates und chemischer Rückstände auf dem Substrat können mit einer erfindungsgemäßen Unterschicht so weit unterdrückt werden, dass eine Farbvarianz unterhalb eines sichtbaren Grenzwertes bleibt.
Da die unerwünschten Diffusionsprozesse bereits durch den Wärmeeintrag in bereits abgeschiedene Schichten erfolgen können, sind mit der erfindungsgemäßen Unterschicht die beschriebenen Vorteile auch bei nicht zu tempernden Schichtsystemen erzielbar.
Von besonderem Vorteil erweist es sich bei dem verwendeten Material, dass als Infrarotstrahlung reflektierende Schichtenfolge jede bekannte Low-E- oder temperbare Low-E-Schichtenfolge in Betracht kommt, beispielsweise solche aus dem eingangs beschriebenen Stand der Technik. So kann die Schichtenfolge eine oder mehrere selektive Funktionsschichten mit eingelagerter oder einbettenden Blockerschichten und zusätzlichen Interfaceschichten ebenso enthalten, wie als Gradient ausgebildete Entspiegelungsschichten.
Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Unterschicht besteht darin, dass mit der Abscheidung dieser ergänzenden Barriereschicht das vom Glassubstrat mit in die Beschichtungsanlage eingeschleppte Wasser vom Substrat entfernt werden kann, ohne dass dieser Vorgang Einfluss auf die reflektierende Schichtenfolge ausübt. Denn neben der Eignung als Barriereschicht erweist sich das Material der erfindungsgemäßen Unterschicht wesentlich unempfindlicher gegenüber Wasser, als es von den üblicherweise als Unterschicht verwendeten Materialien, z.B. Titanoxid (TiO2) bekannt ist. Darüber hinaus stellt sich ein solches Oxynitrid auch als unempfindlich im Abscheideprozess dar, so dass die Schichteigenschaften auch bei schwankenden Randbedingungen des Herstellungsprozesses sicher und reproduzierbar einstellbar sind.
Ein weiterer Vorteil, der durch die Einfügung der Barriereschicht aus erfindungsgemäß mittel- bis niedrig brechendem dielektrischem Material zwischen Substrat und der Infrarotstrahlung reflektierenden Schichtenfolge erzielt wird, ist die Minimierung des optischen Effektes der erfindungsgemäßen Unterschicht, so dass die Transmission der Schichtenfolge und somit deren Farbort durch die ergänzende Schicht nicht oder nur geringfügig verändert wird. Als mittel- bis niedrig brechend soll hier eine Schicht mit solch Brechungsindex zu verstehen sein, der im Vergleich zu den Brechungsindizes der in üblichen Infrarotstrahlung reflektierenden Schichtsystemen verwendeten Materialien im unteren Bereich und somit in der Nähe des Substrates liegt. Bekanntermaßen liegt der Brechungsindex von stöchiometrischem Siliziumoxid bei ungefähr 1,46, was als niedrig brechend anzusehen ist, während der von Siliziumnitrid bei ungefähr 2,05 liegt, was im Vergleich der für diese Schichtsysteme verwendeten Materialien ein hoher Brechungsindex ist. Diese und die im Folgenden angegebenen Brechungsindizes beziehen sich stets auf die Schwerpunktwellenlänge des sichtbaren Lichts, die bei 550 nm liegt.
Deshalb sieht eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung vor, dass der Brechungsindex ungefähr gleich oder geringfügig größer als der des Substrates ist. Sofern es sich bei dem Substrat um Floatglas handelt, welches einen Brechungsindex von ungefähr 1,52 hat, soll der Brechungsindex der Unterschicht einen Brechungsindex von 1,50 bis 1,85, vorzugsweise im Bereich von 1,60 bis 1,75 aufweisen. Hier erweist es sich von Vorteil, dass der Brechungsindex eines Oxynitrids eines Metalls, Halbleiters oder einer Halbleiterlegierung über den Sauerstoff- und/oder den Stickstoffanteil sehr gut einstellbar ist.
Die Aufgabe wird ebenso durch eine weitere, das Schichtsystem nach oben (vom Substrat aufwärts betrachtet) abschließende Schicht aus mittel- bis niedrig brechendem dielektrischem Material erfüllt. Diese oberste, zweite Schicht aus mittel- bis niedrig brechendem dielektrischem Material, welches wie auch die unterste Schicht aus einem Oxynitrid eines Metalls, Halbleiters oder einer Halbleiterlegierung besteht, bildet eine Schutzschicht für den Temperprozess.
Mittels des eingestellten Sauerstoffanteils wird die während eines Temperprozesses oder im Laufe der Nutzung stattfindende Oxidation der obersten Lagen der Deckschicht reduziert und somit eine Farbdrift verringert sowie die Transmission des Schichtsystems erhöht, wobei der mechanische und chemische Schutz des Schichtsystems infolge des Stickstoffanteils der Deckschicht ebenso gewährleistet wird.
Üblicherweise ist die oberste Schicht einer Infrarotstrahlung reflektierenden Schichtenfolge eine Schicht aus hoch brechendem dielektrischem Material, die als Entspiegelungsschicht der Schichtenfolge zur Verbesserung der Transmission im sichtbaren Bereich und gleichzeitig als Deckschicht der Schichtenfolge zur Verbesserung dessen chemischer und mechanischer Beständigkeit. Sie besteht wegen dieser Funktionen in der Regel aus Siliziumnitrid. Im Gegensatz dazu besteht die erfindungsgemäße Deckschicht des Schichtsystems aus mittel- bis niedrig brechendem Material, welches neben einem Stickstoffanteil einen einstellbaren Sauerstoffanteil aufweist. Auch hier wird der Vorteil eines Oxynitrids genutzt, dass der Brechungsindex einstellbar ist, hier jedoch zur Erzielung eines optischen Effekts, der Optimierung der Entspiegelungsfunktion im Zusammenspiel mit den darunter liegenden Schichten.
Von besonderem Vorteil ist es auch, die erfindungsgemäße Unterschicht und die erfindungsgemäße Deckschicht in einem Schichtsystem zu kombinieren, wegen des geringen oder vorteilhaften optischen Effekts der die Schichtenfolge ergänzenden Schichten und da beide Schichten sich nicht gegenseitig beeinflussen.
Entsprechend der beschriebenen Funktionen der ersten und zweiten mittel- bis niedrig brechenden dielektrischen Schicht bestehen diese aus einem Oxynitrid eines Metalls, eines Halbleiters oder einer Halbleiterlegierung. Wegen der bekannten Eigenschaften und der erprobten Herstellungsprozesse bestehen die erfindungsgemäße Unterschicht und/oder Deckschicht bevorzugt aus Oxynitrid von Silizium. Es kommen jedoch auch Oxynitride anderer Materialien oder Materialzusammensetzungen in Betracht, sofern der jeweilige Brechungsindex und gleichzeitig der jeweilige Sauerstoff- und Stickstoffanteil beider Schichten einstellbar ist.
In Abhängigkeit von den mechanischen, chemischen und optischen Anforderungen und in Abhängigkeit von dem Aufbau der Infrarotstrahlung reflektierenden Schichtenfolge können jeweils die erste und die zweite mittel- bis niedrig brechenden Schichten aus gleichen oder voneinander abweichenden Materialien, mit vergleichbaren oder abweichenden Sauerstoff- und/oder Stickstoffanteil oder aus Materialien mit ungefähr gleichem oder voneinander abweichendem Brechungsindex bestehen.
Ausgangspunkt für die Wahl der Materialien, der optischen Eigenschaften und der einzustellenden stöchiometrischen Verhältnisse der beiden ergänzenden Schichten ist stets ihre oben dargelegte Funktion und der Aufbau der Infrarotstrahlung reflektierenden Schichtenfolge, wobei optische Eigenschaften und Stöchiometrie auch bei sonst gleichem Ausgangsmaterial voneinander abweichend sein können.
Auch Beimengungen weiterer Bestandteile in einer oder in beiden ergänzenden Schichten, die aus prozesstechnischen Erwägungen heraus oder zur Erzielung besonderer Eigenschaften erforderlich sein können, sind entsprechend einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung möglich. Als Beispiel seien hier nur Aluminium-Beimengungen, die meist im Bereich zwischen 8 bis 15% aber auch darüber und darunter vorgenommen werden, oder Bordotierungen in der Beschichtungsquelle genannt, die der Effektivierung der Schichtabscheidungen dienen.
Die genannten Eigenschaften der erfinderischen Unter- und Deckschicht sind mit den üblichen Schichtdicken solcher Systeme im Bereich einiger Zehn Nanometer erzielbar, wobei jedoch an die Einstellung einer Dicke der Unterschicht zur Gewährleistung ihrer Barrierefunktion aufgrund des minimierten optischen Einflusses geringere Ansprüche stehen. Deshalb ist deren optische Dicke, dem Produkt aus Schichtdicke und Brechungsindex, entsprechend einer Ausführungsform der Erfindung in einem relativ großen Bereich vorgesehen, nämlich auf kleiner als einem Achtel der Schwerpunktwellenlänge jenes Spektralbereichs, für welchen das Schichtsystem die beste Transparenz aufweisen soll. Für sichtbares Licht beträgt die Schwerpunktwellenlänge bekanntermaßen 550 nm.
Zur Effektivierung der Barrierefunktion der ersten mittel- bis niedrig brechenden dielektrischen Schicht sieht eine besondere Ausgestaltung der Erfindung vor, dass diese Schicht als Gradientenschicht mit zur Funktionsschicht hin fallendem Sauerstoff- oder Stickstoffanteil abgeschieden ist. Alternativ oder zusätzlich zu dieser oder weiteren in der Schichtenfolge abgeschiedener Gradientenschichten kann auch die zweite mittel- bis niedrig brechenden dielektrischen Schicht, welche das Schicht system abschließt, als Gradientenschicht mit zur Funktionsschicht hin fallendem Sauerstoff- oder Stickstoffanteil abgeschieden sein. Diese Ausgestaltung gestattet es, die Gesamteigenschaften des Schichtsystems weiter zu verbessern.
Auf diese Weise ist es möglich, innerhalb der ergänzenden Deckschicht des Systems einen sich mit zunehmendem Abstand von der Schichtoberfläche ändernden Brechungsindex so herzustellen, dass der gleiche stabilisierende und entspiegelnde Effekt erzielt wird, wie es die Aufeinanderfolge von hoch brechender Entspiegelungsschicht mit darüber angeordneter mittel- bis niedrig brechender Deckschicht gestattet, so dass der Herstellungsaufwand für das Schichtsystem zu verringern ist.
Da sowohl die erste als auch die zweite mittel- bis niedrig brechende dielektrische Schicht grundsätzlich die Reflexion der Infrarotstrahlung der sich anschließenden Schichtenfolge nicht oder nur minimal beeinflussen, d.h. ergänzend angefügt sein sollen, weist die Schichtenfolge alle die Einzelschichten auf, die für die gewünschte Reflexion und Transmission erforderlich sind. Deshalb sehen besondere Ausgestaltungen vor, dass sich an die erste mittel- bis niedrig brechende dielektrische Schicht eine erste hoch brechende dielektrische Schicht anschließt und unterhalb der zweiten mittel- bis niedrig brechenden dielektrischen Schicht eine zweite hoch brechende dielektrische Schicht angeordnet sind, wobei der Brechungsindex der ersten und/oder der zweiten hoch brechenden dielektrischen Schicht bei 550 nm einen Wert zwischen 1,9 und 2,6 aufweist und vorzugsweise im Bereich zwischen 2,0 und 2,5 liegt.
Ebenso kann die Schichtenfolge alternativ oder zusätzlich entsprechend weiterer Ausgestaltungen mehrere selektive Funktionsschichten, eine oder mehrere, eventuell auch als Gradientenschicht ausgebildete Blockerschichten oder weitere, das Schichtsystem stabilisierende dielektrische Interfaceschichten aufweisen.
Zur Herstellung des erfindungsgemäßen Schichtsystems wird die erste mittel- bis niedrig brechende dielektrische Schicht mit einem geeigneten Beschichtungsverfahren direkt auf dem Substrat, anschließend die Infrarotstrahlung reflektierende Schichtenfolge und gegebenenfalls zusätzlich oder alternativ zur ersten die zweite mittel- bis niedrig brechende dielektrische Schicht abgeschieden.
Ein geeignetes Verfahren zur Herstellung einer oder auch mehrerer bis aller Schichten wäre das Gleichstrom-(DC-) oder Mittelfrequenz-(MF-)Magnetronsputtern, wobei die Oxynitride, Oxide und/oder Nitride sowohl durch eine reaktive Beschichtung von einer metallischen oder halbleitenden Beschichtungsquelle als auch in einem nicht oder teilweise reaktivem Beschichtungsprozess von einer solchen Beschichtungsquelle aufgebracht wird, die aus dem stöchiometrischen oder unterstöchiometrischen Oxid oder Nitrid des Schichtmaterials besteht.
Von besonderem Vorteil erweist es sich jedoch, wenn die erste und/oder die zweite mittel- bis niedrig brechende dielektrische Schicht mit einem chemischen Vakuumbeschichtungsverfahren (CVD-Prozess) oder einem plasmagestützten CVD-Prozess aufgebracht werden. Die mit diesen Verfahren ungenauer herstellbare Schichtdicke wird dabei in Kauf genommen, da sie im Falle dieser beiden Schichten auf die Infrarotstrahlung reflektierende Eigenschaft des Schichtsystems wenig oder keinen Einfluss hat. Dafür weisen aber mit den chemischen Verfahren hergestellte Schichten besonders gute Barriere- und somit Farbort und Transmission stabilisierende Eigenschaften auf.
Ebenso wie Schwankungen in der Schichtdicke sind auch Beimengungen im Material unschädlich für den Herstellungsprozess der beiden ergänzenden Schichten. So ist es beispielsweise möglich, zur Herstellung bestimmter Geometrien von Beschichtungsquellen, z.B. von Rohrkathoden, oder zur Erhöhung der elektrischen Leitfähigkeit des Beschichtungsmaterials Aluminium mit Bestandteilen von deutlich unter 20% zuzusetzen oder Bordotierungen vorzunehmen. Auch andere Beimengungen, die für andere Zwecke vorgenommen werden, sind möglich.
Die Erfindung soll anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert werden. Die zugehörige Zeichnung zeigt in der Figur ein erfindungsgemäßes Schichtsystem auf einem Substrat aus Floatglas. Die im Folgenden beschriebenen Einzelschichten des Schichtsystems sind ausgehend vom Glassubstrat übereinander angeordnet.
Unmittelbar auf dem Substrat S aus Floatglas ist die erste mittel- bis niedrig brechende dielektrische Schicht 1, bestehend aus unterstöchiometrischem Siliziumoxynitrid (SiOxNy) angeordnet. Sie fungiert als Barriereschicht für diffundierende Natriumionen des Glases in das Schichtsystem und weist gleichzeitig haftmittelnde Eigenschaften für die nachfolgende Schicht auf.
Darüber folgt die erste hoch brechende dielektrische Schicht 2. Diese dient ebenfalls als Haftmittler und verbessert gleichzeitig die mechanischen und chemischen Eigenschaften des Gesamtsystems. Sie besteht in dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel aus TiO2.
Die sich daran anschließende erste Blockerschicht 3 besteht aus unterstöchiometrischem NiCrOx. Darüber folgt die erste Interfaceschicht 4 aus unterstöchiometrischem Zink-Aluminium-Oxid (im Folgenden mit ZnAlOx gekennzeichnet), welche insbesondere die Haftung der darauf folgenden selektiven Funktionsschicht 5 verbessert. Die darüber folgende selektive Funktionsschicht 5 besteht aus Silber und ist mit einer weiteren, der zweiten, Interfaceschicht 6 aus dem gleichen Material wie die erste Interfaceschicht 4 bedeckt. Die zweite Interfaceschicht 6 ist wiederum von einer zweiten Blockerschicht 7 bedeckt, die auch wie die erste Blockerschicht 3 aus unterstöchiometrischem NiCrOx besteht. Alternativ kann die zweite Interfaceschicht 6 auch entfallen.
Auch die im Ausführungsbeispiel auf die zweite Blockerschicht 7 folgende dritte Interfaceschicht 8, die im Ausführungsbeispiel aus stöchiometrischem Zinnoxid (SnO2) besteht, ist optional. Im Ausführungsbeispiel wurde diese dritte Interfaceschicht 8 eingefügt, um die mechanische Stabilität, d.h. die Abreibfestigkeit, des Schichtsystems zu verbessern, indem Schichtspannungen, die insbesondere bei Siliziumnitrid auftreten, abgebaut werden.
Diese über der ersten mittel- bis niedrig brechenden dielektrischen Schicht 1 abgeschiedene Schichtenfolge 11, bei der es sich im Ausführungsbeispiel um eine Low-E-Schichtenfolge handelt, wird durch eine herkömmliche Deckschicht, die insbesondere der Entspiegelung dient, aus hoch brechendem dielektrischem und Silizium enthaltenden Material 9, im Ausführungsbeispiel aus Si3N4 abgedeckt.
Die oberste, das erfindungsgemäße Schichtsystem abdeckende Schicht ist die zweite mittel- bis niedrig brechende dielektrische Schicht 10. Diese besteht auch wie die erste aus unterstöchiometrischem Siliziumoxynitrid, jedoch mit anderem Sauerstoff- und Stickstoffanteil (SiOvNw), wobei der Sauerstoffanteil „v" im Vergleich zu dem der ersten mittel- bis niedrig brechendem dielektrischen Schicht 1 „x" geringer ist.
Die Herstellung eines solchen Schichtsystems erfolgt bekanntermaßen in einer Beschichtungsanlage mit mehreren, aufeinander folgenden Beschichtungsstationen, in welchen die Einzelschichten durch geeignete Vakuumbeschichtungsprozesse, vorliegend durch Mittelfrequenz-(MF-)Sputtern, nacheinander auf einem ebenen, gereinigten Substrat S von einer metallischen oder halbleitenden Beschichtungsquelle unter Anwesenheit eines Inertgases wie z.B. Argon und im Falle sauerstoff- oder stickstoffhaltiger Schichten unter zusätzlicher Anwesenheit von Sauerstoff oder Stickstoff als Reaktionsgas abgeschieden werden.
Zur Herstellung einer oder mehrerer der mittel- bis niedrig oder der hoch brechenden dielektrischen Schichten 1, 10, 2, 9 oder der Blockerschichten 3, 7 als Gradientenschicht werden in der oder den entsprechenden Beschichtungsstationen durch räumliche Anordnung eines oder mehrerer Beschichtungsquellen mit unterschiedlichem Material oder mit gleichem Material und mit differiertem Gaseinlass in die Beschichtungsstation die Schichten mit kontinuierlich ändernder Schichtzusammensetzung abgeschieden.

S: Glassubstrat
1: erste mittel- bis niedrig brechende dielektrische Schicht
2: erste hoch brechende dielektrische Schicht
3: erste Blockerschicht
4: erste Interfaceschicht
5: selektive Funktionsschicht
6: zweite Interfaceschicht
7: zweite Blockerschicht
8: dritte Interfaceschicht
9: zweite hoch brechende dielektrische Schicht
10: zweite mittel- bis niedrig brechende dielektrische Schicht
11: Schichtenfolge

Claims

Infrarotstrahlung reflektierendes, transparentes Schichtsystem auf einem transparenten Substrat S mit einer Infrarotstrahlung reflektierenden Schichtenfolge (11), welche eine selektive Funktionsschicht (5) enthält, dadurch gekennzeichnet, dass unmittelbar auf dem Substrat S eine transparente, erste mittel- bis niedrig brechende dielektrische Schicht (1) eines Oxynitrids eines Metalls, Halbleiters oder einer Halbleiterlegierung angeordnet ist.
Infrarotstrahlung reflektierendes, transparentes Schichtsystem auf einem transparenten Substrat S mit einer Infrarotstrahlung reflektierenden Schichtenfolge (11), welche eine selektive Funktionsschicht (5) und eine Entspiegelungsschicht enthält, dadurch gekennzeichnet, dass, vom Substrat S aufwärts betrachtet, die oberste Schicht des Schichtsystems eine transparente, zweite mittel- bis niedrig brechende dielektrische Schicht (10) eines Oxynitrids eines Metalls, Halbleiters oder einer Halbleiterlegierung ist.
Infrarotstrahlung reflektierendes, transparentes Schicht system nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass, vom Substrat S aufwärts betrachtet, die oberste Schicht des Schichtsystems eine transparente, zweite mittel- bis niedrig brechende dielektrische Schicht (10) eines Oxynitrids eines Metalls, Halbleiters oder einer Halbleiterlegierung ist.
Infrarotstrahlung reflektierendes, transparentes Schichtsystem nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Brechungsindex der ersten mittel- bis niedrig brechenden dielektrischen Schicht (1) ungefähr gleich oder geringfügig größer dem des Substrats S ist.
Infrarotstrahlung reflektierendes, transparentes Schichtsystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Brechungsindex der ersten mittel- bis niedrig brechenden dielektrischen Schicht (1) bei der Schwerpunktwellenlänge des sichtbaren Lichts von ca. 550 nm im Bereich zwischen 1,50 und 1,85 liegt.
Infrarotstrahlung reflektierendes, transparentes Schichtsystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Brechungsindex der ersten mittel- bis niedrig brechenden dielektrischen Schicht (1) vorzugsweise im Bereich zwischen 1,60 und 1,75 liegt.
Infrarotstrahlung reflektierendes, transparentes Schichtsystem nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Brechungsindex der zweiten mittel- bis niedrig brechenden dielektrischen Schicht (10) bei der Schwerpunktwellenlänge des sichtbaren Lichts im Bereich zwischen 1,5 bis 1,95 beträgt.
Infrarotstrahlung reflektierendes, transparentes Schichtsystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Brechungsindex der zweiten mittel- bis niedrig brechenden dielektrischen Schicht (10) vorzugsweise im Bereich zwischen 1,60 und 1,85 liegt.
Infrarotstrahlung reflektierendes, transparentes Schichtsystem nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die zweite mittel- bis niedrig brechende dielektrische Schicht (1, 10) ungefähr den gleichen Brechungsindex aufweisen.
Infrarotstrahlung reflektierendes, transparentes Schichtsystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und/oder die zweite mittel- bis niedrig brechende dielektrische Schicht (1, 10) zumindest überwiegend aus einem Oxynitrid von Silizium besteht.
Infrarotstrahlung reflektierendes, transparentes Schichtsystem nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Sauerstoff- und/oder Stickstoffanteil der ersten mittel- bis niedrig brechenden dielektrischen Schicht (1) von dem Sauerstoff- und/oder Stickstoffanteil der zweiten mittel- bis niedrig brechenden dielektrischen Schicht (10) abweicht.
Infrarotstrahlung reflektierendes, transparentes Schichtsystem nach einem der Ansprüche 2 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die zweite mittel- bis niedrig brechende dielektrische Schicht (1, 10) aus dem gleichen Material bestehen.
Infrarotstrahlung reflektierendes, transparentes Schichtsystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und/oder die zweite mittel- bis niedrig brechende dielektrische Schicht (1, 10) Beimengungen anderer Materialien enthält.
Infrarotstrahlung reflektierendes, transparentes Schichtsystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Dicke der ersten mittel- bis niedrig brechenden dielektrischen Schicht (1) kleiner als ein Achtel der Wellenlänge ist, welche die Schwerpunktwellenlänge des transparenten Spektralbereichs des Schichtsystems darstellt.
Infrarotstrahlung reflektierendes, transparentes Schichtsystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste mittel- bis niedrig brechende dielektrische Schicht (1) eine Gradientenschicht mit zur Funktionsschicht (5) hin fallendem Sauerstoff- und/oder Stickstoffanteil ist.
Infrarotstrahlung reflektierendes, transparentes Schichtsystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite mittel- bis niedrig brechende dielektrische Schicht (10) eine Gradientenschicht mit zur Funktionsschicht (5) hin fallendem Sauerstoffanteil ist.
Infrarotstrahlung reflektierendes, transparentes Schichtsystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass, vom Substrat S aufwärts betrachtet, über der ersten mittel- bis niedrig brechenden dielektrischen Schicht (1) eine transparente, erste hoch brechende dielektrische Schicht (2) eines Oxids oder Nitrids eines Metalls, eines Halbleiters oder einer Halbleiterlegierung angeordnet ist.
Infrarotstrahlung reflektierendes, transparentes Schichtsystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schichtenfolge (11) als Entspiegelungsschicht eine transparente, zweite hoch brechende dielektrische Schicht (9) angeordnet ist, welche Silizium enthält.
Infrarotstrahlung reflektierendes, transparentes Schichtsystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Brechungsindex oder die Brechungsindizes der ersten und/oder der zweiten hoch brechenden dielektrischen Schicht (2, 9) bei Licht einer Wel lenlänge von 550 nm ca. 1,9 bis 2,6 betragen.
Infrarotstrahlung reflektierendes, transparentes Schichtsystem nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Brechungsindizes vorzugsweise im Bereich zwischen 2,0 und 2,5 liegen.
Infrarotstrahlung reflektierendes, transparentes Schichtsystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schichtsystem mehr als eine Funktionsschicht (5) aufweist.
Infrarotstrahlung reflektierendes, transparentes Schichtsystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schichtsystem zumindest eine Blockerschicht (3, 7) aufweist.
Infrarotstrahlung reflektierendes, transparentes Schichtsystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schichtsystem zumindest eine dielektrische Interfaceschicht (4, 6, 8) aufweist.
Verfahren zur Herstellung eines Infrarotstrahlung reflektierenden, transparenten Schichtsystems bei dem auf ein transparentes Substrat S eine Infrarotstrahlung reflektierende Schichtenfolge (11) mittels geeigneter Vakuumbeschichtungsverfahren abgeschieden wird, die eine selektive Funktionsschicht (5) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Abscheiden dieser Schichtenfolge (11) unmittelbar auf dem Substrat S eine transparente, erste mittel- bis niedrig brechende dielektrische Schicht (1) eines Oxynitrids eines Metalls, Halbleiters oder einer Halbleiterlegierung abgeschieden wird.
Verfahren zur Herstellung eines Infrarotstrahlung reflektierenden, transparenten Schichtsystems bei dem auf ein transparentes Substrat S eine Infrarotstrahlung reflektierende Schichtenfolge (11) mittels geeigneter Vakuumbe schichtungsverfahren abgeschieden wird, die eine selektive Funktionsschicht (5) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass, vom Substrat S aufwärts betrachtet, als oberste Schicht des Schichtsystems eine transparente, zweite mittel- bis niedrig brechende dielektrische Schicht (10) eines Oxynitrids eines Metalls, Halbleiters oder einer Halbleiterlegierung abgeschieden wird.
Verfahren zur Herstellung eines Infrarotstrahlung reflektierenden, transparenten Schichtsystems nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass, vom Substrat S aufwärts betrachtet, als oberste Schicht des Schichtsystems eine transparente, zweite mittel- bis niedrig brechende dielektrische Schicht (10) eines Oxynitrids eines Metalls, Halbleiters oder einer Halbleiterlegierung abgeschieden wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 24 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass als erste und/oder zweite mittel- bis niedrig brechende dielektrische Schicht (1, 10) ein Oxynitrid von Silizium abgeschieden wird.
Verfahren nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass die erste mittel- bis niedrig brechende dielektrische Schicht (1) mit einem solchen Sauerstoff- und/oder Stickstoffanteil abgeschieden wird, der von dem Sauerstoff- und/oder Stickstoffanteil der zweiten mittel- bis niedrig brechenden dielektrischen Schicht (10) abweicht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 24 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und/oder die zweite mittel- bis niedrig brechende dielektrische Schicht (1, 10) durch chemische Vakuumbeschichtungsverfahren (CVD-Prozesse) oder plasmagestützte CVD-Prozesse aufgebracht werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 24 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und/oder die zweite mittel- bis niedrig brechende dielektrische Schicht (1, 10) durch reaktives Magnetronsputtern von Silizium oder von Silizium-Aluminium-Legierungen in sauerstoff- und/oder stickstoffhaltiger Atmosphäre aufgebracht werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 24 bis 30, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und/oder die zweite mittel- bis niedrig brechende dielektrische Schicht (1, 10) als Gradientenschicht mit zur Funktionsschicht (5) hin fallendem Sauerstoff- und/oder Stickstoffanteil abgeschieden wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 24 bis 31, dadurch gekennzeichnet, dass unmittelbar auf der ersten mittel- bis niedrig brechenden dielektrischen Schicht (1) als unterste Schicht der Schichtenfolge (11) eine transparente, erste hoch brechende dielektrische Schicht (2) eines Oxids oder Nitrids eines Metalls, Halbleiters oder einer Halbleiterlegierung abgeschieden wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 24 bis 32, dadurch gekennzeichnet, dass als oberste Schicht der Schichtfolge eine transparente, zweite hoch brechende dielektrische Schicht (9) abgeschieden wird, welche Silizium enthält.