Fraunhofer-Institut für Elektronenstrahl-
und Plasmatechnik FEP
Fraunhofer-Institut für Elektronenstrahl-
und Plasmatechnik FEP

Flash Lamp Annealing

Alternativ: pulsed light, photonic sintering, photonic curing

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Blitzlampentemperung

Blitzlampentemperung (engl.: flash lamp annealing (FLA) oder auch pulsed light, photonic sintering, photonic curing) ist ein thermisches Nachbehandlungsverfahren, bei dem Oberflächen im Bruchteil einer Sekunde aufgeheizt werden. Typische Behandlungszeiten liegen im Bereich von einigen Mikrosekunden bis zu einigen Millisekunden. Die Oberfläche wird mit einem oder mehreren hochenergetischen Blitzen einer Blitzlampe behandelt. Damit können Veränderungen der Materialeigenschaften erzielt werden ohne das darunterliegende Substrat thermisch zu belasten. Die Nutzung temperaturempfindlicher Substrate wird dadurch möglich.

 

Im Vergleich zum herkömmlichen Tempern im Ofen ist die Blitzlampentemperung schneller, energieeffizienter und mit einem wesentlich geringeren Anlagenfootprint verbunden. Daher zeichnet sich dieses Ultra-Kurztemper-Verfahren durch einer geringe Kostenintensität aus. Weiterhin verursacht sie kaum thermische Spannungen im Substrat und Diffusionsprozesse werden durch die kurze Prozessdauer verringert.

Anwendungsgebiete

Temperprozesse sind in der Halbleiter- und Dünnschichttechnologie nötig, um z. B. elektrische und optische Materialeigenschaften sowie Kristall- und Phaseneigenschaften in Abhängigkeit vom Anwendungsbereich gezielt zu modifizieren. Auch Druck- und Sinterprozesse profitieren von Temperverfahren, da hierbei Verdichtungs- sowie Vernetzungseffekte eintreten.

Am Fraunhofer FEP bieten wir unsere Kompetenz bei der Behandlung unterschiedlicher Oberflächen und Substrate an. Diese können transparente leitfähige Oxide, optische Dünnschichten, Dünnschichtelektronik und vieles mehr umfassen..

Anwendungsbeispiele:

  • Behandlung von Schichtsystemen (z. B. lowE, optisches Filter, …)
  • (Re-) Kristallisation dünner Schichten (z. B. ITO, IZO, ZnO:Al, TiO2 …)
  • Dünnschichtelektronik (Display, Photovoltaik, Halbleiterdotierung, TFT, TTFT, ...)
  • Druckbare Elektronik / Schaltungen (auf temperatursensiblen Substraten)

Anlagentechnik

Wir verfügen über ein In-Line Blitzlampenmodul zur dynamischen Temperung von Proben mit einer Maximalgröße von 1200 × 600 mm² und einer Blitzleistung von maximal 50 J/cm². Das Modul ist in die Vakuumbeschichtungsanlage ILA 900 integriert und ermöglicht somit die Blitzplampentemperung großer Flächen in Kombination mit PVD-Prozessen. Neben der Temperung im Vakuum ist die FLA-Behandlung an Luft, inerter oder reaktiver Atmosphäre möglich. Damit besteht bei uns die einmalige Möglichkeit, Versuche dynamisch, inline, in Kombination mit PVD-Prozessen, auf großer Fläche in einem großen Energiedichtebereich unter industrienahen Beding ungen durchzuführen.

Weiterhin verfügen wir über einen kleineren Teststand, in dem Anhiebsversuche zur Klärung grundlegender prinzipieller Fragestellungen stattfinden können. Ebenso ist es möglich hier Grundlagenuntersuchungen zum FLA-Prozess als auch -Hardware durchzuführen.

 

Lampe Xe-Lampe mit 750 mm Arc-Länge
Max. Leistung 80 kW
Pulsdauer 1 ... 10 ms
Energiedichte 1 ... 50 J/cm²
Max. Substratabmessungen
 1200 × 600 mm²
Substrattransport Vertikal In-Line
Atmosphären in-vacuo an der ILA 900

In-line Vakuum Anlage ILA 900 / FLA-Teststand

Versuchsanlage ILA 900
FLA Teststand
  • Untersuchung von FLA in Kombination mit PVD-Beschichtung im industriellen Pilot-Maßstab
  • Untersuchungen von FLA von Probenserien (statisch oder inline)
  • Technologische Grundlagenuntersuchungen zum FLA-Prozess

Unsere Leistungen

  • Forschung und Entwicklung von Dünnschichtprozessen mit Temperung durch FLA
  • Machbarkeitsstudien
  • Temperung von Kleinserien
  • Entwicklung von FLA-Prozessen für funktionale Dünnschichten oder Schichtstapel im Pilotmaßstab
  • Entwicklung von Konzepten, Technologietransfer und Prozessintegration

Hochproduktives Niedertemperatur-Tempern von ITO-Schichten

 

Zielsetzung

  • Tempern von ITO-Schichten
  • Inline-Prozess mit hohem Durchsatz
  • Niedertemperatur-Prozess


Technologie

  • PVD-Beschichtung von ITO-Dünnschichten, angepasst an die Blitzlampenglühung
  • Inline-Blitzlampen-Glühung


Widerstandswert: 16 Ω ± 10%
Größe: 600 × 1200 mm2
Transportgeschwindigkeit 0,50 m/min --> 2,5 min

 

Flash Lamp Annealing von Vanadiumoxid VOx

 

Zielsetzung

Tempern von VOX zu thermochromem VO2

  • Tetragonales VO2 auf hauchdünnem Glas
  • Keine Keimschicht


Technologie

  • HiPIMS-Beschichtung in Kombination mit Blitzlampen-Post-Tempern in-vacuo

Blitzlampentempern an flexiblen Materialien

 

Zielsetzung

Glühen von transparenten Leitern

  • Verbesserung der optischen oder elektrischen Eigenschaften


Technologie

  • In-line PVD-Beschichtung von ITO-Dünnschichten für die Blitzlampentemperung
  • In-line Blitzlampentempern

Hochproduktive Niedertemperatur-Nanopartikelsynthese

 

Zielsetzung

Synthese von Nanopartikeln

  • Inline-Prozess mit hohem Durchsatz
  • Prozess bei niedriger Temperatur


Technologie

  • PVD-Beschichtung in Kombination mit Inline-Blitzlampentemperung im Vakuum

Anwendung

  • Biozide Oberflächen
  • Plasmonische Beschichtungen

 

Transport speed 0.40 m/min
Substrate temperature < 120°C
Nano-particle size and distribution adjustable

Förderhinweise

Innovative Pulsmodulation zum Betrieb von Hochleistungsblitzlampen.
Fördergeber: Sächsisches Staatsministerium für Wirtschaft, Arbeit und Verkehr
Förderkennzeichen: 100349243
Laufzeit: 01.09.2018 – 30.11.2021

Im Rahmen des geförderten Projektes InnoFlash (Fördergeber: Sächsischen Staatsministerium für Wirtschaft, Arbeit und Verkehr | Projektnummer 100349243/3698) wird die Blitzlampentemperung für großflächige Anwendungen untersucht und weiterentwickelt.

Veröffentlichungen

  • T. Preußner, M. Neubert, U. Reichmann, K. Täschner, J. Neidhardt: „Recent developments in inline flash lamp annealing for ultra-fast thermal annealing of large substrate areas“, Conference on Plasma and Surface Engineering, Erfurt, September 2022.
  • J. Neidhardt, T. Preußner: „In-vacuo Integration einer Blitzlampentemperstation in eine Durchlaufbeschichtungsanlage – form Lab to Fab“, Blitzlab, Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf, April 2022.
  • T. Preußner, K. Täschner, M. Neubert, M. Junghähnel, W. Langgemach, U. Reichmann: „Recent developments in inline flash lamp annealing of ultra-fast thermal annealing of large substrat areas“, LOPEC 21, March 2021.
  • S. Weller: „Blitzlampentemperung von transparenten leitfähigen Oxidschichten”, Dissertation, Technische Universität Bergakademie Freiberg, Fakultät für Werkstoffwissenschaft, 2018.
  • W. Walther: „Untersuchung des Einflusses der Blitzlampentemperung auf die Eigenschaften verschiedener Gläser und Dünnschicht-Glas-Systeme“, Diplomarbeit, Technische Universität Bergakademie Freiberg, Fakultät für Maschinenbau, Verfahrens- und Energietechnik, 2018.
  • M. Junghähnel, J. Westphalen: „Processing on Flexible Glass – Challenges and Opportunities“, SVC Bulletin Fall/Winter, S. 31-39, 2017.
  •  J. Westphalen, M. Junghähnel, G. Lorenz, F. Naumann: „Influence of thin-film properties on the reliability of ultra-thin glass”, 60th Annual SVC Technical Conference, 2017.
  • S. Weller, M. Junghähnel: „Flash Lamp Annealing of ITO thin films on ultra-thin glass“, Vakuum in Forschung und Praxis 27 (4), S. 29-33, 2015.
  • M. Junghähnel, S. Weller, T. Gebel, „P-65: Advanced Processing of ITO and IZO Thin Films on Flexible Glass,” SID Symposium Digest of Technical Papers 46 (1), S. 1378–1381, 2015.
  • J. Westphalen: „Untersuchung der Eigenschaften von gesputterten ZnO:Al-Schichten auf flexiblem Glas, Masterarbeit, Technische Universität Ilmenau, Fakultät für Mathematik und Naturwissenschaften (2015).