Prozessentwicklung
nung der Wechselwirkungszone bei der Deposition eines Titanatoms mit einer kinetischen Energie von 10 eV..
Arbeitsschwerpunkte
- Prozessentwicklung auf dem Gebiet der optischen Dünnschichttechnologie für Anwendungen der Präzisionsoptik, Lasertechnik und Konsumoptik
- Thermisches Verdampfen im Vakuum
- Reaktive ionengestützte Prozesskonzepte (IAD, Ion Assisted Deposition)
- Ionenstrahlzerstäuben (IBS, Ion Beam Sputtering)
- Optimierung von Beschichtungsverfahren, Erprobung neuer Prozessansätze, z. B. für Rugate-Filter mit kontinuierlichem Brechzahlverlauf
- In-situ-Prozesskontrolle, Sensorik
- Adaptierung von Prozesskomponenten, z. B. Ionenquellen (Plasmaanalytik)
- Qualifizierung neuer Materialien, z. B. Mischmaterialien, Kunststoffe, multifunktionale Schichten: photokatalytische Aktivität („Selbstreinigung“)
- Software-Tools: Design, Simulation, Qualitätssicherung
- Umsetzung und Beratung für die industrielle Fertigung, Technologiestudien
Aktuelle wissenschaftliche Arbeiten und Projekte
Modellierung des Schichtwachstums
Mit dem Ziel eines tiefgreifenden Prozessverständnisses, wird im Rahmen des BMBF Projekts PluTO das Wachstum dünner optischer Funktionsschichten auf atomarer Ebene simuliert. Aus den modellierten Strukturen sollen relevante Schichtparameter, wie Dichte und Rauheit, aber auch optische Eigenschaften, wie der Brechungsindex, abgeleitet werden.
2010 standen hier vor allem molekulardynamische (MD) Simulationen des Wachstums von Titandioxid im Vordergrund, für das bereits semiempirisch gewonnene Wechselwirkungspotentiale verfügbar sind. Diese klassischen Potentiale sind Voraussetzung für die Untersuchung der zeitlichen Dynamik eines aus mehreren tausend Atomen bestehenden Ensembles aus Sauerstoff und Titan. MD-Simulationen ermöglichen es unter anderem, die Deposition von gesputterten Targetatomen
auf dem bereits abgeschiedenen Schichtsystem zu simulieren. Außerdem erlaubt es diese Methode, den Einfluss der kinetischen Energie der auf die Oberfläche auftreffenden Teilchen auf die Schichtstruktur genauer zu untersuchen. Hierbei finden insbesondere die bei dem IBSProzess auftretenden charakteristischen Energie- und Winkelverteilungen Berücksichtigung.
Parallel zu den theoretischen Arbeiten werden die Eingangsgrößen für die Simulation mit vielfältigen in-situ-Charakterisierungsmethoden in IBS-Prozessumgebungen experimentell bestimmt.
Schichtdickenbestimmung und Prozesskontrolle
Im Jahr 2010 konnte das am LZH entwickelte Breitband Monitoring System (BBM) zur hochpräzisen Prozesskontrolle in seiner Funktionalität deutlich erweitert werden. Das BBMFunktionsprinzip basiert auf breitbandigen Transmissionsspektren, die während des Prozesses direkt an den zu beschichtenden Substraten aufgenommen werden.
Neben dem weiterentwickelten Grundmodul, das eine in-situ-Schichtdickenbestimmung ermöglicht, wurde eine Simulationsumgebung geschaffen, in der Schichtdesigns maximaler Stabilität selektiert werden können. Mit Hilfe einer dritten Komponente wurde außerdem die Ausbeute signifikant erhöht: Eine automatisierte Reoptimierung analysiert laufend die Abweichungen der Schichtdicken im Nanometerbereich und übernimmt nach dem Auftreten von kritischen Schichtdickenfehlern die Anpassung des verbleibenden Schichtdesigns.
Mit ihren drei aufeinander abgestimmten Modulen ermöglicht die BBM-Kontrolle die Herstellung hochkomplexer Schichtsysteme für neue wissenschaftliche und wirtschaftliche Anwendungsfelder.
