Dünne Schichten (Thin Films) bezeichnen festkörperartige Lagen mit typischer Dickenordnung von wenigen Atomlagen bis hin zu einigen Mikrometern, die auf einem Substrat abgeschieden oder ausgebildet werden. Sie unterscheiden sich von massiven Materialien durch ausgeprägte Einflüsse der Grenzflächen, Oberflächenenergie und häufig auch durch Nichtgleichgewichtszustände, die sich aus dem Abscheideprozess ergeben.

Wesentliche materialwissenschaftliche Aspekte dünner Schichten sind die Mikrostruktur (amorph, nanokristallin, polykristallin, epitaktisch), die chemische Zusammensetzung, die mechanischen Spannungen (Eigenspannungen) sowie die Adhäsion zum Substrat. Diese Faktoren bestimmen zentrale Funktionsgrößen wie elektrische Leitfähigkeit, optische Eigenschaften, Diffusionsverhalten, Härte und Verschleißbeständigkeit.

Dünne Schichten werden mit physikalischen (PVD, Sputtern, Verdampfen), chemischen (CVD, ALD) oder elektrochemischen Verfahren hergestellt. Die Wahl des Prozesses beeinflusst Kristallinität, Defektdichte und Schichtspannung und ist daher entscheidend für die gezielte Einstellung von Eigenschaften. Oft werden Multilagen und Gradientenschichten eingesetzt, um kombinierte oder ortsaufgelöste Funktionalitäten zu realisieren.

In Anwendungen reichen dünne Schichten von Hartstoffschichten für Werkzeugbeschichtungen über Diffusions- und Korrosionsbarrieren bis hin zu funktionalen Schichten in Mikroelektronik, Optoelektronik und Energiewandlung (z. B. Dünnschicht-Solarzellen). Für die Charakterisierung kommen u. a. Röntgendiffraktometrie, Ellipsometrie, Rastersonden- und Elektronenmikroskopie sowie Tiefenprofil-Analytik zum Einsatz.