UV‐verstärkte Silberschichten

Abstract

Für den Bau optischer Instrumente sind silberbeschichtetet Spiegel von großer Bedeutung, weil Silber (Ag) das Metall mit der höchsten Reflexion vom sichtbaren (VIS)-bis in den infraroten (IR)-Spektralbereich ist. Am IOF durchgeführte Untersuchungen zeigen, dass die Abscheidung einer geschlossenen und dichten Schutzschicht eine notwendige jedoch keine ausreichende Bedingung für einen effektiven Schutz der Silberschicht ist: Hygroskopische Partikel können auch eine Ag-Schicht schädigen, auf die eine fehlerfreie Schutzschicht abgeschieden worden ist. Daher wurden verbesserte Schutzschichten entwickelt, die auf einem Ansatz mit Nanolaminaten basieren. Mit diesem Ansatz kann sowohl die Umweltbeständigkeit als auch die optische Performance von geschützten Silberschichten verbessert werden. ZUSAMMENFASSUNG ABBILDUNG 1: UV-verstärkte Silberschichten mit optimierter Umweltbeständigkeit auf Silizium-und Glas Substraten. Einführung Bei optischen Instrumenten (wie Teleskopen und Scannern) werden in der Regel metallbeschichtete Spiegel eingesetzt. Sie bieten eine hohe Reflexion bei gleichzeitig großer spektraler Bandbreite. Gold beispielsweise besitzt eine hohe Reflexion im IR-Bereich bei gleichzeitig hoher chemischer Stabilität und Aluminium weist auch im UV-Bereich noch eine hohe Reflexion auf [1]. Allerdings ist Silber (Ag) das Metall mit der höchsten Reflexion vom VIS-bis in den IR-Bereich. Ag ist ein Edelmetall und als solches reaktionsträge. Der Kontakt mit einigen Elementen kann jedoch zu Korrosionsprodukten wie Ag 2 S und AgCl führen und somit die hohe Reflexion reduzieren. Ein weit verbreitetes Beispiel hierfür ist das Anlaufen von Ag durch das in der Atmosphäre enthaltene H 2 S [2]. 4 Ag + 2 H 2 S + O 2 → 2 Ag 2 S + 2 H 2 O Das dabei entstehende, dunkle Ag 2 S kann zu drastischem Reflexionsverlust führen. Um eine großflächige Korrosion zu vermeiden, werden Schutzschichten auf das Silber aufgebracht. Die Materialien, die für die Schutzschicht genutzt werden, dürfen im Spektralbereich in dem der Spiegel genutzt werden, keine bzw. nur geringe Absorption zeigen, damit die hohe Reflexion des Silbers erhalten bleibt. Daher ist die Auswahl geeigneter Materialien begrenzt. In der Regel kommen dielektrischen Materialien wie z. B. SiO 2 und Al 2 O 3 zum Einsatz. Schädigungsmechanismen an geschütztem Silber Eine Schutzschicht muss geschlossen und dicht sein, um ein Durchdringen von kritischen Elementen wie S und Cl zu unterbinden. Am IOF durchgeführte Untersuchungen zeigen jedoch, dass die Abscheidung einer solchen undurchlässigen Schutzschicht zwar eine notwendige aber keine ausreichende Bedingung für einen effektiven Schutz von Silber ist: Hygroskopische Partikel, die Cl und/oder S enthalten, können auch Silberschichten mit zuvor fehlerfreien Schutzschichten schädigen [3]. Solche Partikel sind in der Atmosphäre vorhanden und können damit auch auf der Oberfläche von geschütztem Ag vorkommen. Bei entsprechender Luftfeuchtigkeit bildet sich an solchen Partikeln eine Lösung, die die Schutzschicht zunächst schädigen und anschließ...