Quantitative Analyse laserstrukturierter Oberflächen 
Torsten Recktenwald, Zhongfan Liu, Thomas Laurent, Frank Mücklich 
Institut fiir Funktionswerkstoffe, Universitit des Saarlandes, Saarbriicken, Deutschland 
Kurzfassung 
Mit Hilfe eines speziellen Laserintferenzsystems konnen Materialoberflachen schnell und direkt, 
d.h. ohne Nachbehandlung, mikrostrukturiert werden. Dabei werden mehrere Teilstrahlen eines 
Nd: YAG-Hochleistungslasers iiber einer Substratoberfliche iiberlagert. Das sich dabei ausbildende 
Interferenzmuster führt bei bestimmten Intensitéitsbedingungen zu einer lateral periodischen 
Modifizierung der Oberflächentopographie. Die Strukturdimensionierungen können vom Mikro- bis 
in den Submikrometermaßstab verändert werden. Verschiedene Belichtungsverfahren und 
Überlagerungsgeometrien führen zur Ausbildung unterschiedlicher Muster. Ebenfalls können 
Mikrostrukturen verschiedener Aspektverhältnisse und Füllfaktoren realisiert werden. 
Die laserinterferometrisch induzierten Mikrostrukturen werden mit der Weisslichtinterferenz- 
mikroskopie untersucht. Durch die Verarbeitung der Eingangssignale können mit kommerziellen 
Softwareapplikationen die so hergestellten Mikrostrukturen quantitativ und qualitativ ausgewertet 
werden. 
1. Einleitung 
Mikroskalig strukturierte Materialoberflächen zeichnen sich durch ihre zum Teil gravierenden 
Eigenschaftsänderungen im Vergleich zu "glatten" Materialoberflächen aus. Durch eine gezielte 
"Aufrauhung"der Oberfläche können topographisch bedingte Effekte hervorgerufen werden, wie 
z.B. die Minimierung der elastischen Verformungsarbeit zur berührungslosen Ausrichtung von 
Flüssigkeitskristallen [1], die Verbesserung des Adhäsionsverhaltens von organischen Zellen 
(Nervenzellen, Epithelzellen) an Werkstoffoberflächen, das sog. "Topography Guidance" [2], die 
Reflexionsverminderung von Oberflächen durch das sog. "Mottenaugen-Prinzip" [3] oder die 
Verstärkung der Hydrophobie ("Lotus-Effekt")[4]. 
Neben der Herstellung solcher Oberflächenstrukturen mit z.B. lithographischen Verfahren oder der 
bei uns verwendeten Laserinterferenztechnik ist die quantitative Analyse dieser Strukturen von 
entscheidender Wichtigkeit. Nur durch eine präzise Auswertung der erzeugten Mikrostrukturen 
kann eine Aufdeckung der Struktur-Eigenschafts-Beziehungen und Optimierung der zu erzielenden 
Eigenschaften gewährleistet werden, und Parameter des Herstellungsprozesses können 
dementsprechend angepaßt werden. 
Laserinterferometrisch hergestellte Oberflächenmikrostrukturen wurden mit der Weisslicht- 
interferenzmikroskopie untersucht und mit kommerziellen Softwareapplikationen ausgewertet, um 
statistisch fundierte und präzise Aussagen über die Topographiemodifizierung treffen zu können. 
2. Experimentelles 
Die Herstellung der zu untersuchenden Mikrostrukturen erfolgte mit Hilfe eines speziellen 
Laserinterferenzsystems, dessen Hauptbestandteil ein gepulst betriebener Nd:Y AG-Hochleistungs- 
laser ist. Dieser kann neben der Fundamentalen (1064 nm) durch nichtlinear-optische 
Frequenzmischung bei verschiedenen Wellenlängen betrieben werden (532 nm, 355 nm, 266 nm) 
und emittiert wohldefinierte Pulse mit einer Pulsdauer von ca. 10 ns bei einer Repetitionsrate von 
10 Hz. Durch Überlagerung mehrerer Teilstrahlen definierter Intensität liber einer Substrat- 
oberfläche können Materialoberflächen gemäß des sich ausbildenden Interferenzmusters direkt 
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