Technisches Anwendungsgebiet Die vorliegende Erfindung betrifft einen Metall- emitter aus einem metallischen Grundkörper und einer metallischen Oberflächenstruktur mit Zwischenräumen in periodischer Anordnung, der bei einer Aufheizung Strah- lung mit einer durch die Oberflächenstruktur beein- flussten Intensitätsverteilung über einen Wellenlängen- bereich emittiert, sowie ein Verfahren zur Herstellung dieses Metallemitters.

Metallemitter dienen der Erzeugung elektro- magnetischer Strahlung, vorzugsweise im sichtbaren und infraroten Spektralbereich. Die Strahlungsemission wird durch die Aufheizung des Metallemitters auf Tempera- turen im Bereich um und oberhalb von 1000° C hervor- gerufen. Derartige Metallemitter, die auch als heisse Strahler bezeichnet werden, finden vor allem in der Thermophotovoltaik (TPV) Anwendung. Ein weiteres Anwendungsgebiet liegt auf dem Gebiet der Gassensorik, auf dem die Metallemitter herkömmliche Infrarot-Emitter bzw. -filter ersetzen können.

In der Thermophotovoltaik wird thermische Strahlung vorzugsweise im infraroten Spektralbereich erzeugt und in einer Photovoltaikzelle in elektrische Energie umgewandelt. Der Metallemitter wird dabei mit einer Wärmequelle, beispielsweise einem Propangas- brenner, aufgeheizt, um eine Emission thermischer

Strahlung zu erreichen. Der Wirkungsgrad der Energie- konversion in der Thermophotovoltaik wurde in den letzten Jahren durch die Entwicklung von Photovoltaik- zellen mit niederer Bandlücke deutlich erhöht. Ein ausreichend hoher Wirkungsgrad ist jedoch nur möglich, wenn der Metallemitter selektiv strahlt, so dass das Emissionsspektrum an die charakteristische Bandkante des Halbleitermaterials der Photovoltaikzelle angepasst ist.

Stand der Technik Die DE 43 06 240 A1 beschreibt einen Metallemitter mit einer metallischen Oberflächenstruktur mit Zwischenräumen in periodischer Anordnung, die auf einem Grundkörper aus einem nichtmetallischen Material aufgebracht ist. Die metallische Oberflächenstruktur ist hierbei beispielsweise als gitterförmiger Heiz- mäander ausgestaltet. Weiterhin wird vorgeschlagen, die Oberfläche des Heizmäanders mit einem Material zu beschichten, das die Schwarzkörperstrahlung des Mäanders verbessert.

Aus der DE 198 45 423 A1 ist ein Metallemitter aus einem metallischen Grundkörper und einer metallischen Oberflächenstruktur mit Zwischenräumen in periodischer Anordnung bekannt, der bei einer Aufheizung Strahlung mit einer durch die Oberflächenstruktur beeinflussten Intensitätsverteilung über einen Wellenlängenbereich emittiert. Durch die mikrostrukturierte Oberfläche dieses Metallemitters lässt sich das Emissionsspektrum bei vorgegebener Temperatur beeinflussen, so dass sich durch geeignete Wahl der Oberflächenstruktur eine Anpassung an die Empfindlichkeit einer in der Thermo-

photovoltaik eingesetzten Photovoltaikzelle erreichen lässt. Das Prinzip der Beeinflussung des Emissions- spektrums durch eine Mikrostrukturierung der Oberfläche basiert auf der Anregung von Resonanzen (Plasmonen) an der Metalloberfläche oder auf der Entspiegelung durch ein durch die Oberflächenstruktur gebildetes Ober- flächengitter mit vergleichsweise kleiner Periode. Die Herstellung einer derartigen mikrostrukturierten Ober- flächenstruktur kann mittels geeigneter photolitho- grafischer Verfahren, wie beispielsweise Kontakt- belichtungsverfahren, Interferenzlithografie oder LIGA-Verfahren, und anschließendem Plasmaätzen erfol- gen. Das Resultat ist ein periodisches Oberflächen- relief in einer oder zwei Dimensionen, das die Gestalt von Lamellen bzw. einem Vertiefungsmuster besitzt. Die Periode bewegt sich hierbei zwischen 0,1 und 10 ßm.

Durch geeignete Wahl der Form, Tiefe und Periode der Oberflächenstruktur lässt sich das Emissionsspektrum des Metallemitters gezielt beeinflussen.

Für den Einsatz eines derartigen bekannten selek- tiven Metallemitters in einem TPV-Generator oder einem Sensoriksystem, muss der Metallemitter bei hoher Temperatur betrieben werden, um eine ausreichende Leistungsdichte zu erzeugen. Typische Werte liegen im Bereich von 1000 bis 2000° C in der Thermophotovoltaik und um 900° C in der Gassensorik. Diese hohen Tempera- turen führen jedoch zu einer relativ schnellen Zer- störung der Oberflächenmikrostruktur der Metallemitter, so dass die beabsichtigte Beeinflussung des Emissions- spektrums schnell an Wirkung verliert. Untersuchungen haben gezeigt, dass selbst die Oberflächenstruktur von Metallemittern aus hochschmelzenden Metallen wie

Wolfram bei Temperaturen oberhalb von 1000°C bereits nach wenigen Stunden derart verändert sind, dass die gewünschte Beeinflussung des Emissionsspektrums nicht mehr auftritt. Die Lebensdauer dieser selektiven Metallemitter ist daher stark begrenzt.

Ausgehend von diesem Stand der Technik besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, einen Hochtemperatur-stabilen selektiven Metallemitter sowie ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Emitters anzugeben, der im Einsatz eine hohe Langzeitstabilität aufweist.

Darstellung der Erfindung Die Aufgabe wird mit dem Metallemitter sowie dem Verfahren gemäß den Patentansprüchen 1 bzw. 13 gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen des Metallemitters sowie des Verfahrens sind Gegenstand der Unteransprüche oder lassen sich aus der nachfolgenden Beschreibung und den Ausführungsbeispielen entnehmen.

Der vorliegende selektive Metallemitter besteht aus einem metallischen Grundkörper und einer metal- lischen Oberflächenstruktur mit Zwischenräumen in periodischer Anordnung. Als Grundkörper wird hierbei auch eine metallische Schicht auf einem Träger angesehen, die eine Schichtdicke von einem Vielfachen der Strukturperiode der Oberflächenstruktur aufweist.

Die Oberflächenstruktur ist derart ausgebildet, dass bei einer Aufheizung des Metallemitters Strahlung mit einer durch die Oberflächenstruktur beeinflussten Intensitätsverteilung über einen Wellenlängenbereich emittiert wird, d. h. dass das Emissionsspektrum des

Metallemitters durch die Oberflächenstruktur beeinflusst wird. Die Oberflächenstruktur muss hierbei eine geeignete Periodizität in einer, zwei oder drei Dimensionen sowie eine geeignete Strukturtiefe aufweisen, wie dies bereits in der genannten DE 198 45 423 AI näher beschrieben ist. Der vorliegende Metallemitter zeichnet sich dadurch aus, dass in den Zwischenräumen der metallischen Oberflächenstruktur und/oder zwischen der Oberflächenstruktur und dem metallischen Grundkörper eine Beschichtung aus einem temperaturstabilen Material auf den Grundkörper aufgebracht ist, das bei einer Temperatur von 900°C (für Anwendungen in der Gassensorik), vorzugsweise bei einer Temperatur von 1000° C oder darüber (für Anwendungen in der TPV), eine Abdampfrate von weniger als 50 nm pro Jahr unter Betriebsbedingungen, d. h. im Vakuum, unter Schuztgasatmosphäre oder an Luft, aufweist. Die Oberflächenstruktur kann hierbei direkt mit dem metallischen Grundkörper verbunden sein, beispielsweise durch eine geeignete Oberflächenstruk- turierung dieses Grundkörpers, oder durch die erfin- dungsgemäße Beschichtung von diesem Grundkörper getrennt sein. In diesem Falle besteht die Oberflächen- struktur aus einer strukturierten metallischen Schicht oder Schichtfolge auf der Hochtemperatur-stabilen Beschichtung. Die Strukturtiefe und/oder Periode der Oberflächenstruktur liegt hierbei vorzugsweise im Bereich zwischen 0,1 und 10 gm, um die gewünschten Effekte herbeizuführen.

Bei der Ausgestaltung des vorliegenden Metall- emitters wurde erkannt, dass die verminderte Langzeit- stabilität der bekannten selektiven Metallemitter des

Standes der Technik in erster Linie auf das Phänomen der Diffusion an deren Oberfläche bei hohen Tempera- turen zurückzuführen ist. Die thermische Beweglichkeit nimmt mit steigender Temperatur schnell zu und erreicht für Oberflächendiffusion bereits bei einem Bruchteil der Schmelztemperatur endliche Diffusionsraten, die relativ schnell zur Zerstörung der Mikrostrukturen an der Oberfläche führen können. Dies betrifft besonders die Oberflächenstruktur der hier eingesetzten Metall- emitter, bei der die Strukturparameter wie Gitter- periode, Strukturtiefe, Füllfaktoren, Profilbeschaffen- heit usw. sehr genau aufeinander abgestimmt sein müssen, um die gewünschte Selektivität der thermischen Emission zu erreichen. Weiterhin kann in der Ober- flächenstruktur eine interne Gefügeumwandlung und Rekristallisation auftreten, die ebenfalls zur Störung der Struktur führt.

Bei der vorliegenden Erfindung wird die, struk- turierte Metalloberfläche mit einer zusätzlichen Schicht aus einem temperaturstabilen Material versehen, das bei einer Temperatur von 900°C, vorzugsweise von 1000° C oder darüber, eine Abdampfrate von < 50 nm pro Jahr aufweist. Durch diese zusätzliche Beschichtung in den Zwischenräumen bzw. zwischen dem Grundkörper und der Oberflächenstruktur wird die thermische Beweg- lichkeit der Metallatome in der Oberflächenstruktur drastisch herabgesetzt. Durch die Verlangsamung der thermisch bedingten Oberflächenumordnung bei hohen Temperaturen wird die Stabilität der Oberflächen- struktur deutlich erhöht. Diese als diffusionshemmende Schicht wirkende Beschichtung, die vorzugsweise eine Schichtdicke von 20 bis 300 nm aufweist, führt daher zu

einer deutlichen Erhöhung der Langzeitstabilität des Metallemitters. In gleicher Weise wird durch die Beschichtung die interne Gefügeumwandlung und Rekris- tallisation gehemmt und somit ebenfalls die Langzeit- stabilität erhöht. Die Beschichtung dient somit zur Formstabilisierung der Oberflächenmikrostruktur im Betriebszustand des Metallemitters und besteht bevorzugt aus einem Material, das bei Betriebs- temperatur formstabiler ist als die Oberflächen- mikrostruktur. Eine möglicherweise auftretende Verän- derung der optischen Eigenschaften des Metallemitters durch die aufgebrachte temperaturstabile Beschichtung kann bei der Dimensionierung der Oberflächenstruktur des Metallemitters bereits berücksichtigt werden.

Die metallische Oberflächenstruktur des Metall- emitters kann bei der vorliegenden Erfindung eine Vielzahl von möglichen Gestaltungsformen aufweisen.

Grundsätzlich stellt diese Oberflächenstruktur eine periodische Mikrostruktur in Form einer Anordnung von Lamellen, Zylindern oder ähnlichen erhabenen Struktur- elementen auf einer ebenen oder annähernd ebenen Fläche dar. Bei thermischer Anregung bilden sich dort Resonan- zen aus, sogenannte Plasmon-Resonanzen, aufgrund derer bestimmte Photonen bevorzugt emittiert werden. Die Oberflächenstruktur, im Folgenden aufgrund der periodischen Ausgestaltung auch als Oberflächengitter bezeichnet, kann direkt mit dem Grundkörper verbunden oder über der erfindungsgemäßen Beschichtung aufge- bracht sein, so dass sie nicht mit dem Grundkörper in Kontakt ist. Grundkörper und Oberflächenstruktur können dabei aus dem gleichen oder auch aus unterschiedlichen Materialien gebildet sein.

Bei einer Ausgestaltung des vorliegenden Metall- emitters ist die Oberflächenstruktur in direktem Kontakt mit dem Grundkörper. In diesem Falle werden die Zwischenräume durch Vertiefungen zwischen einer Viel- zahl von Erhebungen an der Oberfläche des Metall- emitters gebildet. Die zusätzliche Beschichtung aus dem temperaturstabilen Material kann dabei lediglich am Boden der Vertiefungen ausgebildet sein oder die Vertiefungen auch vollständig oder nahezu vollständig ausfüllen. In Kombination mit beiden Alternativen kann die Beschichtung auch auf den Erhebungen aufgebracht sein, wobei dann entweder eine zusammenhängende Be- schichtung der gesamten Oberfläche des Metallemitters oder eine nicht zusammenhängende Beschichtung nur auf den Erhebungen und innerhalb der Vertiefungen vorliegt.

Sämtliche Kombinationen weisen den Vorteil einer Diffusionshemmung der metallischen Oberflächenstruktur auf, so dass sich die Langzeitstabilität eines der- artigen Metallemitters gegenüber den bekannten mikro- strukturierten Metallemittern des Standes der Technik deutlich erhöht.

In einer weiteren Ausgestaltung ist die Ober- flächenstruktur als eine separate mikrostrukturierte Schicht oder Schichtfolge ausgebildet, wobei zwischen dieser Schicht und dem metallischen Grundkörper die Beschichtung aus dem Hochtemperatur-stabilen Material aufgebracht ist. Die Oberfläche der mikrostrukturierten Schicht kann dabei frei liegen oder ebenfalls mit der temperaturstabilen Beschichtung versehen sein, so dass sie vollständig von dieser Beschichtung umgeben ist.

Der letztere Fall stellt eine besonders stabile Ausbildung eines derartigen Metallemitters dar.

Als Materialien für die diffusionshemmende Schicht kommen sämtliche Dielektrika und Halbleitermaterialien in Frage, die sich durch die angegebene geringe Ab- dampfrate bei hohen Temperaturen auszeichnen. Beispiele für derartige Beschichtungsmaterialien sind Metall- oxide, wie beispielsweise Ce02, Hf02, Zr02, Kohlenstoff, viele Carbide, wie beispielsweise HfC, sowie Boride, wie beispielsweise BC oder HfB.

Bei dem vorliegenden Verfahren zur Herstellung des Metallemitters wird ein metallischer Grundkörper mit einer metallischen Oberflächenstruktur versehen, die in periodischer Anordnung Zwischenräume aufweist, so dass bei einer Aufheizung des Metallemitters emittierte Strahlung eine durch die Oberflächenstruktur beein- flusste Intensitätsverteilung über einen Wellenlängen- bereich aufweist. In den Zwischenräumen der metal- lischen Oberflächenstruktur und/oder zwischen der Oberflächenstruktur und dem metallischen Grundkörper wird eine Beschichtung aus dem temperaturstabilen Material auf den Grundkörper aufgebracht, das bei einer Temperatur von 900°C, vorzugsweise von 1000° C oder darüber, eine Abdampfrate von weniger als 50 nm pro Jahr aufweist. Die Erzeugung der metallischen Oberflächenstruktur kann dabei durch direkte Struk- turierung der Oberfläche des metallischen Grundkörpers erfolgen, so dass die bereits erwähnte Struktur aus Erhebungen und Vertiefungen entsteht, bei der die Zwischenräume durch die Vertiefungen gebildet sind. Die Oberflächenstruktur kann auch erst nach dem Aufbringen

der temperaturstabilen Beschichtung auf dem Grundkörper auf diese Beschichtung aufgebracht und entsprechend strukturiert werden, so dass sie keinen direkten Kontakt zum metallischen Grundkörper aufweist. Grund- stätzlich kann die Oberflächenstruktur auch in Form eines so genannten photonischen Kristalls ausgebildet sein.

Neben anderen strukturgebenden Verfahren, wie beispielsweise LIGA, Projektions-oder Kontaktbelich- tungsverfahren, eignet sich zur Erzeugung der perio- dischen Strukturen bzw. Gitterstrukturen der Ober- flächenstruktur insbesondere die Interferenzlitho- grafie. Bei dieser relativ kostengünstigen Technik wird ein Photoresist mit dem Interferenzmuster zweier oder mehrerer sich überlagernder kohärenter Wellenfelder belichtet, wobei sowohl Linien-als auch Kreuzgitter als Mikrostruktur realisiert werden können. Die mit Hilfe eines derartigen photolithografischen Verfahrens nach der Belichtung und Entwicklung des Photoresists erhaltene Mikrostruktur bildet die Ausgangsposition für die weiteren Verfahrensschritte. Die Struktur wird durch einen geeigneten Ätzprozess, wie beispielsweise Plasmaätzen, in den metallischen Grundkörper über- tragen, wobei die Photoresiststruktur oder eine weitere aus dieser gebildete Maske als Ätzmaske dienen kann.

Selbstverständlich lässt sich die Erzeugung der Struktur auch anderweitig, beispielsweise durch galvanisches Aufbringen auf einen Metallmaster und anschließendes Abziehen der aufgebrachten Schicht in Form einer Folie oder durch andere Verfahren, wie beispielsweise CVD, realisieren.

Die Beschichtung mit der temperaturstabilen Schicht kann durch unterschiedliche Prozesse, wie beispielsweise Elektronenstrahlverdampfung, Sputtern, CVD oder durch Aufschleudern einer Emulsion erfolgen.

Eine Erhitzung des metallischen Grundkörpers während der Beschichtung ist dabei nicht erforderlich.

Der erfindungsgemäße Metallemitter lässt sich insbesondere in der Thermophotovoltaik einsetzen, in der durch Realisierung sogenannter Low-Bandgap-Zellen die Möglichkeit einer effizienten Stromerzeugung besteht. Der bevorzugt emittierte Wellenlängenbereich kann in Abstimmung mit der gewählten Photovoltaikzelle beim vorliegenden Metallemitter weitgehend frei gewählt werden. Er hängt primär von den Strukturparametern des Gitters bzw. der Oberflächenstruktur und von der Beschaffenheit und der Dicke der Beschichtung ab.

Auch für den Einsatz von Gassensoren bietet sich der vorliegende Metallemitter an. Gassensoren zur Bestimmung der C02-Konzentration werden beispielsweise eingesetzt, um eine bedarfsgerechte Frischluftzufuhr bei beheizten Gebäuden zu ermöglichen. Auch im Bereich der Prozesskontrolle in der Getränkeindustrie, der chemischen Industrie sowie in der Landwirtschaft werden C02-Konzentrationen überwacht. Eine derartige Über- wachung kann beispielsweise aus Sicherheitsgründen notwendig sein. Durch das exakte Einhalten eines für den Prozess optimalen COs-Gehalts können manche Prozesse außerdem wirtschaftlicher betrieben werden.

Ein breiter Einsatz von C02-Sensoren kann bisher an den hohen Kosten der Sensoren scheitern, da preiswerte und geeignete IR-Strahlungsquellen, die bei der in der

Regel erforlderlichen Wellenlänge von 4,3 Am emit- tieren, kaum erhältlich sind. Replizierte mikrostruk- turierte Metallemitter gemäß der vorliegenden Erfindung stellen eine Möglichkeit dar, relativ kostengünstige, schmalbandige und stabile Emitter für derartige C02- Sensoren zu realisieren.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Zeichnungen nochmals kurz erläutert. Hierbei zeigen : Fig. 1 ein Profil eines eindimensional strukturierten Metallemitters des Standes der Technik vor und nach einer längeren thermischen Behandlung ; Fig. 2 ein Profil eines eindimensional strukturierten Metallemitters mit einer erfindungsgemäß aufgebrachten diffusionshemmenden Beschichtung ; Fig. 3 schematisch mehrere Ausgestaltungs- varianten des vorliegenden Metall- emitters in Querschnittsansicht ; Fig. 4 beispielhafte Verfahrensschritte zur Herstellung des erfindungsgemäßen Metallemitters ; Fig. 5 die Gestalt eines eindimensional strukturierten Metallemitters nach einer längeren Wärmebehandlung ;

Fig. 6 die Struktur eines zweidimensional strukturierten Metallemitters vor und nach einer Wärmebehandlung ; und Fig. 7 ein Vergleich der Reflexionsspektren eines erfindungsgemäßen Metallemitters und einer planen Referenzprobe.

Wege zur Ausführung der Erfindung Fig. 1 zeigt ein Beispiel eines eindimensional strukturierten Metallemitters im linken Teil der Figur, bei dem die Oberflächenstruktur 2 direkt mit dem metal- lischen Grundkörper 1 verbunden ist. Die metallische Oberflächenstruktur 2 ist dabei in der Oberfläche des metallischen Grundkörpers 1 ausgebildet und besteht aus parallelen Stegen als Erhebungen 2b, zwischen denen Zwischenräume 2a Vertiefungen bilden. Durch eine geeignete Wahl der Strukturtiefe und Periode dieser Oberflächenstruktur lässt sich das Emissionsspektrum des Metallemitters gezielt beeinflussen. Im dargestel- lten Beispiel ist eine Periode von etwa 1,4 ßm für die Oberflächenstruktur gewählt. Das Bild repräsentiert einen Metallemitter, wie er aus dem Stand der Technik bekannt ist.

Im Vergleich dazu ist im rechten Teil der Figur ein Bild des gleichen Metallemitters nach einer Glüh- zeit von 32 Stunden bei einer Temperatur von 1200°C im Vakuum zu erkennen. Eine derartige Temperatur ent- spricht in etwa der Betriebstemperatur des Metall- emitters. In der Figur ist die Zerstörung der Oberflächenstruktur deutlich zu erkennen. Das Profil

ist fast vollständig zerstört, so dass auch die gewünschte Beeinflussung des Emissionsspektrums nicht mehr auftritt.

Um die Langzeitstabilität eines derartigen Metall- emitters zu erhöhen, wird beim Metallemitter der vor- liegenden Erfindung eine diffusionshemmende Beschichtung 3 zumindest in die Zwischenräume 2a der Oberflächenstruktur 2 oder zwischen den metallischen Grundkörper 1 und die Oberflächenstruktur 2 gebracht.

Fig. 2 zeigt ein Beispiel für eine derartige Ausge- staltung, in der das Profil eines eindimensional strukturierten Wolfram-Emitters mit einer 50 nm dicken aufgedampften Hafniumdioxidschicht als temperatur- stabile Beschichtung 3 dargestellt ist. Die Figur zeigt lediglich einen Ausschnitt aus einer Vertiefung bzw. einem Zwischenraum 2a zwischen zwei Erhebungen 2b der Oberflächenstruktur 2. Sowohl die ebenen Areale als auch die Flanken der Struktur sind in diesem Beispiel von der dielektrischen Beschichtung 3 bedeckt. Die Beschichtung kann hierbei ohne spezifische Anfor- derungen an die Isotropie des Vorgangs erfolgen.

Wichtig für die Beschichtung ist, dass die periodische Mikrostruktur danach zumindest auf den horizontal verlaufenden Strukturarealen eine geschlossene Bedeckung durch die Beschichtung 3 aufweist.

Fig. 3 zeigt unterschiedliche Ausgestaltungs- varianten des vorliegenden Metallemitters. Die Teil- abbildungen a bis c zeigen hierbei Ausgestaltungen, bei denen die Oberflächenstruktur 2 direkt mit dem metal- lischen Grundkörper 1 verbunden ist. Bei diesen Ausgestaltungen kann die diffusionshemmende Beschich-

tung 3 beispielsweise nur in den Zwischenräumen 2a bzw.

Vertiefungen ausgebildet sein. Bei dieser Ausgestaltung sind die Vertiefungen vorzugsweise nahezu vollständig mit der Beschichtung 3 aufgefüllt (Fig. 3b).

In einer anderen Variante, wie sie in Fig. 3a dargestellt ist, ist die Beschichtung 3 lediglich auf den horizontalen Strukturbereichen, d. h. auf den Erhebungen 2b und im Bodenbereich der Vertiefungen vorgesehen. Die Schicht ist hierbei dünner ausgestaltet als bei der Ausgestaltungsvariante der Fig. 3b.

In einer weiteren Ausgestaltung ist die gesamte Oberflächenstruktur mit der diffusionshemmenden Beschichtung 3 zusammenhängend überdeckt, wie dies durch die Fig. 3c veranschaulicht ist.

In einer anderen Ausgestaltung des vorliegenden Metallemitters ist die metallische Oberflächenstruktur 2 getrennt vom metallischen Grundkörper 1 ausgebildet.

Diese Ausgestaltung ist durch die Fig. 3d und 3e angedeutet. Die metallische Oberflächenstruktur 2 wird hierbei durch eine gesonderte Schicht gebildet, die auf der diffusionshemmenden Beschichtung 3 aufgebracht oder in diese eingebettet ist (Fig. 3d). Bei der Herstellung eines derartigen Metallemitters wird daher zunächst die diffusionshemmende Beschichtung 3 auf den metallischen Grundkörper 1 und anschließend eine metallische Struk- tur auf die diffusionshemmende Beschichtung 3 aufge- bracht, so dass die in Fig. 3d dargestellte Ausge- staltung erhalten wird.

Bei der Ausgestaltung der Fig. 3e wird die Oberflächenstruktur 2, die auch durch einen photonischen Kristall gebildet sein kann, völlig von der Beschichtung 3 umschlossen.

Fig. 4 zeigt beispielhaft verschiedene Verfahrens- schritte zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Metallemitters. Zunächst wird auf einen metallischen Grundkörper 1 aus Wolfram eine Photoresistschicht 4 aufgebracht und mit einem Interferenz-Lithografie- Verfahren belichtet (Fig. 4a). Anschließend wird die Photoresistschicht 4 entwickelt, so dass eine Photo- resistmaske 5 auf dem metallischen Grundkörper 1 zurückbleibt, die die Periode der zu erzeugenden Oberflächenstruktur vorgibt (Fig. 4b). Diese Photo- resistmaske 5 wird mit einer ätzselektiven Maske, im vorliegenden Fall aus Chrom, für einen anschließenden Plasmaätzprozess präpariert (Fig. 4c). Nach dem Lift- Off der Photoresiststruktur 5 bleibt die Ätzmaske 6 als Negativbild der Resiststruktur auf dem Grundkörper 1 zurück (Fig. 4d). Durch Plasmaätzen oder reaktives Ionenätzen, beispielsweise mit SF6, wird die perio- dische Struktur in die Oberfläche des Grundkörpers 1 übertragen. Nach der Entfernung der Ätzmaske 6 liegt ein herkömmlicher selektiver Metallemitter, bestehend aus dem metallischen Grundkörper 1 mit der darauf aufgebrachten metallischen Oberflächenstruktur 2 vor (Fig. 4e). Auf diese Oberflächenstruktur 2 wird schließlich durch Elektronenstrahlverdampfung eine diffusionshemmende Beschichtung 3 aus Hf02 ganzflächig aufgebracht, so dass sowohl die Erhebungen als auch die Vertiefungen der Oberflächenstruktur 2 bedeckt sind (Fig. 4f). Nach diesem Verfahrensschritt ist der

Herstellungsprozes für den erfindungsgemäßen Metall- emitter beendet, der eine Struktur aufweist, wie sie bereits in der Fig. 2 dargestellt wurde.

Fig. 5 zeigt ein Beispiel für eine derart hergestellte Oberflächenstruktur eines Metallemitters, die anschließend einer Temperatur von 1200°C für 186 Stunden im Vakuum ausgesetzt wurde. Die dünne aufge- brachte Schicht 3 kristallisiert dabei aus und es bildet sich eine Granulatstruktur. Nach dieser primären Veränderung stellt sich jedoch ein stabiler Zustand ein. Es findet keine feststellbare Zerstörung des vorhandenen Oberflächenreliefs mehr statt. Lediglich das beschichtete Material an den senkrechten Flanken der Strukturlamellen wandert in die Strukturgräben hinein und bildet dort die typische beobachtete Granulatstruktur. Durch die Beibehaltung der Grund- struktur der Oberfläche wird jedoch auch nach dieser langen Betriebszeit noch immer die gewünschte Beein- flussung des Emissionsspektrums erreicht.

Fig. 6 zeigt schließlich ein Beispiel eines zweidimensional strukturierten Wolframemitters im Originalzustand (in der linken Teilabbildung in Draufsicht) und nach dem Beschichten mit einer 25 nm dicken diffusionshemmenden Schicht 3 aus Hf02 und einem 176 stündigen Glühen bei 1200°C im Vakuum. Auch hierbei ist einerseits die gebildete Granulatstruktur der Beschichtung 3 zu erkennen und andererseits, dass sich die Oberflächenstruktur hierdurch nicht verändert hat.

Fig. 7 zeigt schließlich gemessene Reflexions- spektren einer derartigen Struktur für TM-und TE-

Polarisation in ungetempertem Zustand, nach einer Temperungszeit von 24 Stunden bei 1200°C sowie nach einer Temperungszeit von 176 Stunden bei 1200°C im Vergleich zu einem planen Referenzkörper. Aus der Figur ist einerseits die deutliche Veränderung des Reflexionsspektrums eines Metallemitters mit einer mikrostrukturierten Oberfläche im Vergleich zu einer planen Referenzprobe zu erkennen. Andererseits wird durch diese Messung deutlich, dass sich die Emissions- eigenschaften bzw. die Emissionsspektren des selektiven Metallemitters auch nach der langen Temperungszeit relativ zur planen Referenzprobe nur unwesentlich ändern. Der hierbei vermessene Metallemitter weist somit eine große Langzeitstabilität auf.

BEZUGSZEICHENLISTE 1 Metallischer Grundkörper 2 Metallische Oberflächenstruktur 2a Zwischenräume bzw. Vertiefungen 2b Erhebungen 3 Diffusionshemmende Beschichtung 4 Photoresistschicht 5 Photoresistmaske 6 Ätzselektive Maske