Fraunhofer-Institut für Elektronenstrahl-Energieeffizientes In-Line Blitzlampen-Tempern von angepassten Schichtsystemen im Vakuum
In-vacuo Blitzlampen-Tempern (Flash lamp annealing, FLA) wurde erfolgreich in eine vertikale Inline-Beschichtungsanlage integriert und im Rahmen des öffentlich geförderten Technologieprojekts INNOFLASH im Industriemaßstab von 1200 × 600 mm2 demonstriert.
In dem vom Sächsischen Staatsministerium für Wirtschaft, Arbeit und Verkehr geförderten Projekt INNOFLASH wurde die Technologie des Blitzlampentemperns aufskaliert, um ein energieeffizientes Verfahren zum effektiven Kurzzeittempern von großflächigen Substraten mit Xenon-Blitzlampen bereitzustellen. Damit werden Oberflächen und Schichten schnell und mit geringer Eindringtiefe erhitzt, ohne das gesamte Substrat thermisch zu belasten. Dies wurde einerseits durch Blitzlampen von 750 mm realisiert, die die gesamte Substratbreite überspannen, und andererseits durch die Bereitstellung ausreichender Energiedichten z. B. für die Nachkristallisation von ITO-Dünnschichten bei nachgewiesenen industriell relevanten Lebensdauern der Lampen.
Der Schlüssel hierzu ist die Entwicklung eines innovativen Stromversorgungskonzepts zusammen mit unserem Projektpartner Rovak GmbH, das folgende Parameter gewährleistet:
- Hohe Energiedichte > 25 J/cm2
- Einstellbare Pulsdauer (zwischen 1 ms und 10 ms)
- Hohe Wiederholungs-(Blitz-) Frequenz (bis 2 Hz)
- Langfristig stabiler und reproduzierbarer FLA-Prozess (1 Million Blitze).
Dieses neue Stromversorgungskonzept bewältigt zuverlässig die hohen Ströme und Spannungen, die im Millisekunden-Bereich im FLA-Prozess auftreten, und ermöglicht eine präzise und effektive Prozesssteuerung, wie sie für den Einsatz von FLA in industriellen großflächigen Inline-Anwendungen erforderlich ist, z. B.
- Zur Aktivierung von Dotierstoffen für transparente leitfähige Oxide wie ITO: Der Schichtwiderstand von ungeheizt gesputterten ITO-Schichten einer Dicke von 150 nm auf Floatglas wurde durch FLA reduziert von 600 µΩcm auf 215 µΩcm bei gleichzeitiger Erhöhung der Transmission um 10 % auf 87 % (TVIS nach DIN EN410).
- Zur Kristallisation von dünnen Schichten, z. B. für Thermochromie (Vanadiumoxid) oder kristalline optische oder photokatalytische Schichten (TiO2).
- Zur kontrollierten in-vacuo Entnetzung von dünnen Metallinsel-Schichten (z. B. Cu und Ag), für Biozidanwendungen.
Im Vergleich zum konventionellen Tempern weist FLA eine höhere Energie- und Prozesseffizienz auf, was zu einer Senkung sowohl der Investitions- als auch Betriebskosten der Oberflächentechnologien führt.
FLA empfiehlt sich auch für die Behandlung empfindlicher oder innovativer Substratmaterialien, wie z. B. temperatur-empfindlicher Polymere oder ultradünner flexibler Gläser mit deren speziellen Wärmeleiteigenschaften und bietet damit ein hohes Zukunftspotential für viele Anwendungen.
