Dünne Schichten weisen aufgrund ihrer geringeren Dicke und ihrer einzigartigen strukturellen Merkmale andere optische, elektrische und mechanische Eigenschaften auf als ihre massiven Gegenstücke.
Optische Eigenschaften:
Dünne Schichten werden in verschiedenen Anwendungen wie Spiegeln, Antireflexionsbeschichtungen und optischen Linsen eingesetzt. Ihre optischen Eigenschaften, wie z. B. Reflexions- und Durchlässigkeitsvermögen, werden durch die Dicke der Schicht und die Materialzusammensetzung beeinflusst. So erhöht beispielsweise eine dünne Metallschicht auf Glas das Reflexionsvermögen eines Spiegels. Auch die Interferenz von Lichtwellen innerhalb der dünnen Schicht kann je nach Dicke und Brechungsindex der Schicht zu bestimmten optischen Effekten führen, wie z. B. Farbveränderungen oder erhöhte Reflektivität.Elektrische Eigenschaften:
Die elektrischen Eigenschaften von dünnen Schichten, insbesondere ihre Leitfähigkeit, werden durch den Größeneffekt erheblich beeinflusst. Dünne Schichten haben in der Regel eine kürzere mittlere freie Weglänge für Ladungsträger im Vergleich zu Massenmaterialien. Dies ist auf das verstärkte Vorhandensein von Streupunkten wie Strukturdefekten und Korngrenzen zurückzuführen, die die Bewegung von Ladungsträgern behindern und somit die elektrische Leitfähigkeit verringern. Auch die Wahl des Materials (Metall, Halbleiter oder Isolator) und des Substrats spielen eine entscheidende Rolle bei der Bestimmung der elektrischen Eigenschaften der Dünnschicht.
Mechanische Eigenschaften:
Dünne Schichten dienen oft als Schutz- oder Verschleißschutzschichten auf Werkzeugen und anderen Oberflächen. Ihre mechanischen Eigenschaften, wie z. B. Härte und Haltbarkeit, können durch die Auswahl geeigneter Materialien und Abscheidetechniken maßgeschneidert werden. Auch die Struktur der dünnen Schicht, die durch den Abscheideprozess beeinflusst wird, kann sich auf ihre mechanische Belastbarkeit auswirken. So kann beispielsweise eine gut haftende Dünnschicht die Verschleißfestigkeit des darunter liegenden Substrats erheblich verbessern.Größe und Skaleneffekte:
Die Eigenschaften von Dünnschichten sind nicht einfach eine verkleinerte Version der Eigenschaften von Massenmaterialien. Die interne Längenskala des Materials spielt eine entscheidende Rolle bei der Entscheidung, ob sich ein Film wie ein dünner Film oder eher wie ein Massenmaterial verhält. Während z. B. Metalloxide mit einer Dicke von 100 nm Dünnschichteigenschaften aufweisen, verhält sich Aluminium mit der gleichen Dicke aufgrund seiner unterschiedlichen inneren Struktur und Eigenschaften eher wie Schüttgut.
