Durchbruch in der Fertigungstechnik

Atomic Layer Deposition bei Raumtemperatur

26. Januar 2021, 10:52 Uhr | Heinz Arnold
Eine Maschine für die Beschichtung mit Hilfe der PE-SALD-Technik bei atmosphärischem Druck und Raumtemperatur.
Eine Maschine für die Beschichtung mit Hilfe der PE-SALD-Technik bei atmosphärischem Druck und Raumtemperatur.
© SALD

Ein neues Verfahren erlaubt es erstmals, dreidimensionale atomare Beschichtungen bei Raumtemperaturen durchzuführen. ICs, Solarzellen und Optik profitieren.

Das in Eindhoven ansässige Startup-Unternehmen SALD hat ein neuartiges Verfahren entwickelt, um dreidimensionale atomare Beschichtungen (Spatial Atomic Layer Deposition, kurz SALD) in einem Plasma herzustellen. Dieses »Plasma Enhanced SALD« (PE-SALD) stellt einen Durchbruch dar, weil es nun in die Massenproduktion Einzug halten kann. Denn die Plasmaumgebung erlaubt es, die Beschichtung bei atmosphärischem Druck und Raumtemperatur ab 25 °C statt bei 150 °C durchzuführen.

Das reduziert die Kosten für SALD um ein Vielfaches und eröffnet neue Anwendungsmöglichleiten in der Halbleiterfertigung, der Solarzellenproduktion, der Fertigung von optischen Linsen und in der Verpackungsindustrie. Mit Hilfe von PE-SALD lassen sich beispielsweise Solarzellen effizienter als bisher machen, optische Filter und Anti-Reflektionsbeschichtungen verbessern, Displays für Smartphones robuster machen und hauchdünne Verpackungsfolien herstellen, die sich rückstandsfrei entsorgen lassen.

»Wir bringen die atomare Beschichtungstechnologie aus dem Labor in die Industrie, „From Lab to Fab“«, freut sich Frank Verhage, CEO von SALD. PE-SALD hat seine Wurzeln in der Atomic Layer Deposition (ALD). Mit Hilfe der ALD lassen sich Schichten abscheiden, die nicht dicker sind als eine Atomlage (rund 1,1 Angström bzw. 0,00000011 mm).

PE-SALD erschließt weites Funktionsspektrum

Im Spatial-ALD-Verfahren (SALD) wird ein Trägermaterial dreidimensional mit mehreren atomdünnen Schichten aus unterschiedlichen Materialien überzogen. Bei den Oberflächen-materialien kann es sich beispielsweise um Metalle, Oxide, Nitride, Sulfide, Fluoride oder andere Stoffe handeln. Durch die Vielzahl der möglichen Kombinationen ergibt sich ein beinahe unendliches Funktions¬spektrum, je nachdem, welche Materialien in welcher Reihenfolge und in wie vielen Schichten aufgetragen werden. In dem dreidimensionalen Multilayerverfahren lassen sich auf beinahe beliebigen Oberflächen funktional völlig unterschiedliche Substanzen, komplexe Verbindungen, Polymere und hybride organische und anorganische Materialien erzeugen.

Daraus resultiert das breite industrielle Einsatzfeld der SALD-Technologie von der Chipfertigung über Batteriezellen, Solarpanels, Textilien, Membranen und Medizinprodukte bis hin zu hauchdünnen reißfesten Folien für Verpackungen in der Lebensmittel- und Konsum-güterindustrie. Trotz der hohen Funktionalität sind die entstehenden Oberflächen dünn: Neun aufeinander aufgebrachte Schichten besitzen eine Dicke von etwa 1 nm. Damit sind diese Schichten fünfmal kleiner als die Chipstrukturen in Apples neuester Prozessorgeneration.

Plasma macht den Unterschied

Durch die Plasmaumgebung kann die Fertigung der Nanobeschichtungen bei atmosphärischem Druck und Raumtemperaturen ab 25 Grad Celsius erfolgen. Bislang war für die industrielle Fertigung derart dünner Oberflächenstrukturen eine Produktionstemperatur von mindestens 150 Grad Celsius erforderlich.

Dank der Absenkung können neue Stoffe als Trägermaterial zum Einsatz gelangen, so dass sich völlig neue Anwendungsgebiete erschließen lassen und SALD in viele Industriezweige Einzug halten kann.

Bisher stieß die Technologie beispielsweise beim Auftragen von Siliziumdioxid (SiO2) auf Hindernisse, es sei denn, ein spezieller Siliziumausgangsstoff wurde in Kombination mit einem bestimmen Reaktionspartner (Co-Reaktanten) verwendet. Diese Einschränkung überwindet PE-SALD, weil das Plasma hochreaktive Gase wie Ozon, atomaren Sauerstoff und Stickoxid erzeugen kann, die beim SALD-Prozess als Reaktionspartner fungieren.

Darüber hinaus ermöglicht PE-SALD die Herstellung hauchdünner Beschichtungen aus Edelmetallen wie Silber und Platin sowie Metallnitriden. In der Entwicklung des PE-SALD-Verfahrens arbeitet die SALD eng mit der Softal Corona & Plasma in Hamburg zusammen, die seit über 60 Jahren als weltweite Spezialfirma für die Oberflächenbehandlung aktiv ist.


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