Uniformität von Werkstoffen und Prozessen

Uniformität bezeichnet in den Werkstoffwissenschaften den Grad der räumlichen Gleichmäßigkeit von Material- oder Prozessgrößen. Sie kann sich auf geometrische, strukturelle, chemische oder funktionale Eigenschaften beziehen. Beispiele sind Dicken- und Breitenuniformität von Strängen, Schichtdickenuniformität bei Beschichtungen oder die gleichmäßige Verteilung von Legierungselementen.

Formal wird Uniformität häufig über statistische Kenngrößen wie Standardabweichung, Variationskoeffizient oder maximale Abweichung von einem Sollwert quantifiziert. Hohe Uniformität ist essenziell für reproduzierbare mechanische, elektrische, optische und korrosionsrelevante Eigenschaften, insbesondere in Halbleitertechnik, Dünnschichttechnologie, Stranggießen und additiver Fertigung.

Bei der Stranguniformität stehen z. B. Querschnittsgeometrie, Dichte von Inhomogenitäten (Segregate, Poren) und Texturgradienten entlang der Stranglänge im Fokus. Die Beschichtungsuniformität adressiert die laterale und vertikale Homogenität von Schichtdicke, Zusammensetzung und Mikrostruktur über Substratflächen.

Ursachen mangelnder Uniformität sind u. a. Temperatur- und Konzentrationsgradienten, instationäre Strömungsverhältnisse, unzureichend kontrollierte Reaktionskinetik oder lokale Schwankungen der Prozessparameter. Entsprechend zielen Auslegung und Regelung von Prozessen auf die Minimierung solcher Gradienten ab (z. B. optimierte Düsengeometrien, Substratbewegung, Multizonentemperierung).

Metrologisch erfordert die Bewertung der Uniformität räumlich aufgelöste Messverfahren (z. B. Mapping per Röntgendiffraktometrie, Ellipsometrie, EDX oder Profilometrie) und standardisierte Auswerteprotokolle. Für viele Hochtechnologieanwendungen sind spezifizierte Uniformitätsgrenzen ein kritischer Bestandteil der Qualitäts- und Prozesskontrolle.

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