Elektroabscheidung (Elektrodeposition) von Werkstoffen

Elektrodeposition bezeichnet die elektrochemische Abscheidung fester Phasen, typischerweise Metalle, Legierungen oder funktionale Oxidschichten, aus einem Elektrolyten auf einer elektrisch leitfähigen Oberfläche. Sie beruht auf der Reduktion gelöster Ionen an der Kathode (seltener Oxidation an der Anode), wobei die Stromdichte, die Elektrolytchemie und das Potential die Kinetik von Keimbildung und Wachstum bestimmen.

Für Werkstoffwissenschaftler ist die Elektrodeposition ein zentrales Verfahren zur Herstellung dünner Schichten, Nanostrukturen und poröser Architekturen. Über Parameter wie pH-Wert, Komplexbildner, Temperatur und Zusatzstoffe (Leveler, Brightener, Inhibitoren) lässt sich die Mikrostruktur (Korngröße, Textur), die Zusammensetzung (Legierungsanteile, Gradienten) und damit die Eigenschaftsprofilierung (Härte, Leitfähigkeit, Korrosions- und Verschleißbeständigkeit) gezielt einstellen.

Die template-freie Elektrodeposition nutzt die Selbstorganisation von Keimen und Transportinstabilitäten zur Erzeugung hierarchischer bzw. dendritischer Strukturen ohne feste Formwerkzeuge. Im Gegensatz dazu basiert die elektrochemische Metallisierung in der Mikroelektronik häufig auf strukturierten Substraten und dient der vollständigen Auffüllung hochaspect-ratio-Strukturen (z. B. TSV, Vias).

Gepulste Elektrodeposition erweitert die klassische galvanostatische oder potentiostatische Abscheidung um zeitlich modulierte Strom- oder Potentialpulse. Durch Variation von Pulsdauer, -amplitude und Pausenzeit können Diffusionsgrenzschichten gezielt regeneriert, Übersättigungsspitzen erzeugt und damit Korngrößenverfeinerung, Co-Deposition von Partikeln oder die Ausbildung definierter Schichtgradienten erreicht werden.

Elektrodeposition ist damit ein präzise steuerbares, skalierbares Niedertemperaturverfahren, das sowohl in der Oberflächentechnik (Korrosionsschutz, dekorative Schichten) als auch in der Herstellung funktionaler Systeme (Mikroelektronik, Energiespeicher, Katalysatoren) eine Schlüsselrolle einnimmt.

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