UV-Laser ermöglichen leistungsfähigere Oberflächen

Die Nachbildung der Mikrostrukturen, wie sie z.B. auf dem Mottenauge zu finden sind, ermöglicht unter anderem die Entspiegelung moderner Optiken. Die Übertragung des Lotuseffekts ermöglicht die Herstellung schmutzabweisender Oberflächen. UV Laser und Kurzpulslaser erzeugen kurze und sehr energiereiche Lichtimpulse im Wellenlängenbereich von 193nm bis 355nm.

Durch die hohe Photonen- und Impulsenergie lassen sich diese Laser sehr effizient zum Modifizieren von Oberflächen sowie zum Deponieren oder Abtragen dünner Schichten einsetzen. Ein Beispiel für die Modifikation von Oberflächen ist das Umkristallisieren oder Annealing von Siliziumschichten für die Herstellung von LCD’s und OLED-Displays bei 308nm. »Die einige 10 nm dicken amorphen Siliziumschichten werden mit einem Excimerlaser aufgeschmolzen und kristallisieren danach wieder. Bei richtiger Wahl der Parameter erhält man polykristallines Silizium mit sehr viel höherer Elektronenmobilität. Eine Technologie zum Aufbringen funktionaler Schichten ist die gepulste Laserabscheidung (Pulsed Laser Deposition), kurz PLD. Durch den Einsatz von Excimerlasern mit der hohen Photonenenergie der UV-Strahlung bei 248nm oder 308nm können Materialien aus dem Verbund eines Targets gezielt verdampft werden. Damit können auch mehrkomponentige Ausgangsmaterialien unter Beibehaltung der stöchiometrischen Verteilung kontrolliert auf dem Substrat aufgebracht werden.

Um den Austausch zwischen den Industrieanwendern und Forschern zu verbessern, fand am 30. März ein offener Workshop zu aktuellen Aspekten der Charakterisierung, Strukturierung bzw. Modifikation von Oberflächen statt. Nach der Vorstellung des PhotonicNet erläuterte Dr.-Ing. Thomas Fahlbusch die grundsätzliche Idee hinter den regionalen Kompetenznetzen Optische Technologie sowie deren deutschlandweiten Zusammenschluss im OptecNet Deutschland e.V.. Nachfolgend stellte Dr. Ihlemann vom Laser Laboratorium Göttingen e.V. das Thema „Periodische Oberflächenstrukturen auf Metallen und Halbleitern durch UV-Femtosekunden- und Pikosekunden-Laserbearbeitung“ vor.

Aktuelle Markt- und und Produktentwicklungen aus dem Bereich der Excimerlaser für die Oberflächenbearbeitung wurden von Herrn Pätzel erläutert. Insbesondere für die flächige Umkristallisierung von Silizium für AMLCD und OLED Displays wird die Erhöhung der Leistung von Lasersystemen und damit eine Reduktion der Taktzeit in der industriellen Fertigung dar verfolgt. Herr Pätzel stellte in diesem Zusammenhang die Technologie hinter dem neuen VYPER Laser aus dem Hause Coherent vor.

Der Preisträger des letzten Berthold Leibinger Innovationspreises, Dr. Usoskin von der Bruker HTS GmbH aus Alzenau, erläuterte in seinem Vortrag „Pulsed Laser Deposition for Coated Conductors“ die Massenproduktion von Hochtemperatur-Supraleitern der zweiten Generation für energietechnische Anwendungen. Auch hier kann durch neue Entwicklungen im Bereich der Lasertechnologie eine Aufskalierung des industriellen Fertigungsprozesses erreicht werden. Die verwendete Technologie ist unter dem Titel „Pulsed Laser Deposition“ (PLD) bekannt.

Mit der PLD-Technologie können ebenfalls besonders harte und verschleißfreie Schichten produziert werden, wie sie zur Verbesserung der Standfestigkeit von spanend arbeitenden Werkzeugen benötigt werden. Hier stellte Herr Böttcher von der Hochschule Mittweida die Forschungsergebnisse der Arbeitsgruppe um Prof. Weißmantel vor. Die Kombination der PLD-Technologie mit einer zusätzlichen UV-Lasermikrostrukturierung der erzeugten Oberfläche führt hier zu deutlich geringerem Verschleiß des Werkzeugs.

Aus der Beleuchtungstechnik für LCD-Fernseher und Automobile sind LEDs nicht mehr wegzudenken. Die aktuellen Anforderungen sind zum einen energieeffizientere LEDs zum anderen eine weitere Reduktion der Herstellungskosten. Dr. Kunzer vom Fraunhofer-Institut für Angewandte Festkörperphysik aus Freiburg veranschaulichte in seinem Vortrag „Laser Processing of III-Nitride Light Emitting Diodes“ einen Ansatz für ein behutsames Ablösen der LED vom Saphirwafer durch die Laser-Lift Off Methode (LLO) mit dem Excimerlaser bei 248nm.

Das genaue Verständnis des Laserkristallisationsprozesses bei der Herstellung von Silizium-Germanium-Solarzellen und die Rolle des Wasserstoffs dabei wurde von Prof. Nickel vom Helmholtz Zentrum Berlin erläutert.

Veranstalter war das niedersächsische Kompetenznetz für Optische Technologien PhotonicNet in Kooperation mit dem Laserhersteller Coherent. Seit 2004 kommen Experten aus Industrie und Wissenschaft regelmäßig in diesem Forum zusammen, um sich über neueste Trends und Entwicklungen im Bereich der Oberflächenbearbeitung auszutauschen. Die Treffen dienen als Diskussionsplattform und haben es sich zur Aufgabe gemacht, wichtige Impulse für Innovationsprozesse und F&E – Kooperationen im Bereich der Oberflächenbearbeitung zu geben.

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