Technologie

Komplex geformte Optiken präzise beschichten

11.04.2022 - Neue Spatial ALD-Anlage am Laser-Zentrum Hannover erzielt höhere Auftragsraten als bisher möglich.

Mithilfe der ALD-Technologie lassen sich sehr dünne, qualitativ hochwertige Schichten herstellen. Bisher wird das ALD-Verfahren vor allem genutzt, um zum Beispiel dünne Funktions­schichten in der Halb­leiter­industrie herzu­stellen. Die in Kooperation mit der Firma Beneq neu entwickelte Spatial-ALD-Anlage des Laser-Zentrums Hannover macht jetzt eine weitere, industriell stark nach­ge­fragte Anwendung wirt­schaftlich: Mit ihr können die Wissen­schaftler der Gruppe Optik-Integration am LZH viel schneller als bisher Schicht­systeme gleich­mäßiger Dicke zum Beispiel auf stark gekrümmten und struktu­rierten Optiken herstellen. Bisher verwendete Methoden, wie die Elektronen­strahl­ver­dampfung oder das Ionen­strahl­sputtern sind hier stark limitiert.

Die Spatial ALD-Anlage erzielt hohe Auftrags­raten bei der Herstellung ultra­dünner Schicht­systeme für Optiken und ermöglicht die gleich­mäßige Beschichtung komplex geformter Oberflächen. Interessant ist das zum Beispiel für die Bereiche Automotive-Lighting oder auch Augmented Reality/Virtual Reality, wo drei­dimen­sional geformte Beleuchtungs­elemente essentiell sind. Da die Anlage plasma­basiert ist, kann sie mit niedrigen Tempera­turen unter hundert Grad Celsius arbeiten – dadurch ist sie insbesondere für die Beschichtung von temperatur­empfind­lichen Polymer­optiken geeignet, die häufig für Displays verwendet werden.

Der ALD-Prozess basiert auf selbst­limitie­renden chemischen Reaktionen zwischen gasförmigen Precursoren und Substrat­ober­flächen. In bisher üblichen Anlagen werden die Prozess­reaktionen nach­ein­ander durch­geführt, was einen zeit­auf­wändigen Gasaustausch der gesamten Reaktions­kammer nötig macht. Anders in der Spatial ALD-Anlage am LZH: Hier laufen die Prozess­zyklen räumlich getrennt ab. Die Anlage hat vier einzelne, durch Druck und Stickstoff abgetrennte Prozess­kammern, in denen jeweils ein ALD-Reaktions­schritt abgeschlossen wird. Anschließend rotieren die Substrate in die nächste Kammer. So erreichen die Wissen­schaftler Auftrags­raten, die bisher nur mit anderen Beschichtungs­verfahren möglich waren. Das macht das Verfahren besonders wirt­schaft­lich und ermöglicht gleich­zeitig einen hohen Durchsatz bei der optischen Beschichtung.

Erste Forschungs­ergebnisse mit der neuen Anlage haben die Wissen­schaftler in einem Konferenz­beitrag auf der dies­jährigen Photonics West vorgestellt. Zurzeit arbeiten sie außerdem im EUROSTARS-Verbund­projekt INTEGRA daran, mit der Spatial ALD-Anlage optische Beugungs­gitter zu beschichten. Darüber hinaus ist das LZH offen für neue Heraus­forderungen mit der Spatial ALD-Anlage im Rahmen von weiteren Industrie- und Forschungs­kooperationen.

LZH / RK

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