Dünne Filme und Schichten

In den Materialwissenschaften bezeichnet der Begriff Film oder dünner Film eine festkörperartige Schicht mit typischer Dicke von wenigen Nanometern bis einigen Mikrometern, die auf einem Substrat aufgebracht ist. Solche Filme können aus Metallen, Oxiden, Polymeren, Halbleitern oder Verbundsystemen bestehen und weisen oft Eigenschaften auf, die sich deutlich vom jeweiligen Volumenwerkstoff unterscheiden.

Zentrale Aspekte sind die Herstellung und das Wachstum von Dünnschichten. Physikalische und chemische Gasphasenabscheidung (PVD, CVD), elektrochemische Abscheidung, Sol-Gel-Verfahren sowie Beschichtung aus Lösungen (Spin-Coating, Dip-Coating) erlauben die präzise Kontrolle von Dicke, Morphologie, Kristallstruktur und Zusammensetzung. Das Dünnfilmwachstum verläuft über charakteristische Modi (Schicht-, Insel- oder Stranski–Krastanov-Wachstum), die durch Oberflächenenergien, Diffusion und Gitterfehlanpassung bestimmt werden.

Spezialisierte Klassen umfassen Oxidschichten (z.B. als Korrosionsschutz oder elektrochrome Filme), dünne Metallfilme für Leit- und Spiegelschichten, Polymerfilme für Barriere- und Funktionsschichten sowie partikelbasierte und nanostrukturierte Dünnfilme, die gezielt Porosität oder plasmonische Effekte nutzen. In tribologischen Systemen entsteht ein Transferfilm als sekundäre Schicht auf Gegenkörpern, der Reibung und Verschleiß stark beeinflusst.

Dünnfilmsammlungen sind entscheidend, um Struktur-Eigenschafts-Beziehungen systematisch zu kartieren, etwa in der Hochdurchsatz-Materialforschung. Insgesamt bilden dünne Filme eine Schlüsselplattform für Mikro- und Nanoelektronik, optische Beschichtungen, Energiespeicher, Sensorik und Oberflächenfunktionalisierung.

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