Oberflächenmodifizierung von Polymethylmethacrylat durch ...

Kapitel 4: Ergebnisse und Diskussion 94
Absorption [%]
1,4
1,2
1
0,8
0,6
0,4
0,2
Absorption
Streuung
0
0
0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600
Behandlungszeit [s]
Abb. 78: Verlauf der Absorption und der Streuung (bei einer Wellenlänge von 400 nm) von
plasmabehandelten PMMA-Proben in Abhängigkeit von der Behandlungszeit bei
Konstanthaltung der anderen Parametern (14 sccm Ar, 30 sccm O 2, 120 V).
Zur Ermittlung der Absorption wurden die detektierten Verluste aus den R- und T-Messungen um
die Streuverluste aus der Streulichtmessung minimiert. Anschließend erfolgte noch die Subtraktion
der Absorption des unbehandelten PMMA-Substrates, so dass dessen Einfluss ausgeschlossen
werden konnte. Entsprechend dazu wurden die ermittelten Streulichtkurven der
plasmabehandelten Proben durch das Streulichtmesssignal des unbehandelten PMMA korrigiert.
Die erhaltenen Absorptions- und Streulichtverläufe für eine gewählte Wellenlänge von 400 nm sind
in Abb. 78 in Abhängigkeit von der Plasmabehandlungszeit dargestellt. Es wird deutlich, dass nach
15 s ein geringer, aber durchaus signifikanter Absorptionszuwachs (1. Maximum) auftritt (auch
nach der Korrektur durch Subtraktion der Absorption des unbehandelten PMMA). Dies lässt
vermuten, dass sich auf der PMMA-Oberfläche eine dünne absorbierende Schicht ausgebildet
hat. Die Absorption sinkt danach kurzzeitig ab und steigt dann allmählich mit zunehmender
Behandlungszeit wieder an. Dieser Absorptionsanstieg hängt offenbar mit der Einkopplung des
Lichtes in die Probe zusammen. Mit zunehmender Behandlungszeit wird die Probenoberfläche
stärker strukturiert, wodurch sich der für die Entspiegelungswirkung notwendige effektive
Brechzahlgradient an der Probenoberfläche ausbildet. Die Transmission, aber auch die Absorption
nehmen allmählich zu, während die Reflexion vermindert wird. Hingegen steigt die
Streulichtintensität mit der Behandlungszeit viel langsamer als die Absorption. Mit zunehmender
Plasmabehandlungszeit verlagert sich das Transmissionsmaximum in Richtung größerer
Wellenlängen (siehe Abb. 31 in Kapitel 4.1.2) und die Streuung nimmt im kurzwelligen Bereich zu.
Dieser Effekt führt dazu, dass bei erhöhten Streuverlusten, die aufgrund der zunehmenden
Strukturgröße aus einer erhöhten Oberflächenrauheit resultieren (Behandlungszeit > 400 s, Abb.
31), weniger Energie in die Probe eingekoppelt werden kann, was zu einem erneuten Abfall von
Transmission und Absorption führt. Absorption, Streuung und Reflexion sind demnach in
komplizierter Weise zeitabhängig miteinander verkoppelt. Die eigentlich interessierende
Absorptionserhöhung im Anfangszustand korreliert mit der detektierten Reflexionserhöhung, die
nach der 15 s Plasmabehandlung auftritt. Daher wird vermutet, dass beiden Effekten die gleiche
Ursache zugrunde gelegt werden kann. Die im XPS detektierten Metalloxide (siehe: nachfolgende
XPS-Ergebnisse), die bereits nach 15 s Plasmabehandlung auf der PMMA-Oberfläche
nachgewiesen wurden, können durchaus die Absorptions- und Reflexionserhöhung verursacht
haben. Wahrscheinlich tragen diese Metalloxide, die z. B. durch zurückgesputterte Elemente von
Anlagenwänden und –komponenten hervorgerufen werden, signifikant zur Strukturbildung bei,
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1,2
1
0,8
0,6
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0,2
Streuung [%]