Lokale eingegrenzte, laserinduzierte Plasmen zum schädigungsarmen, direkten Schreiben von Strukturmustern durch präzises reaktives Ätzen

• Antragsteller: Dr.-Ing. Klaus Zimmer
• Fachliche Zuordnung: Herstellung und Eigenschaften von Funktionsmaterialien
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 392226212

Mit zunehmender Integration und Miniaturisierung zur Erweiterung der Funktionalität von Oberflächen und Dünnfilmen sind neue Materialien erforderlich. Notwendig werden aber auch neue, innovative Technologien zur lokalen Modifikation, Strukturierung und Abscheidung. In den letzten Jahren wurden Lasertechnologien dahingehend entwickelt, um die Präzision der Laserbearbeitung zu erhöhen und um neue Anwendungen zu ermöglichen. Aktuelle Lasermaterialbearbeitungstechniken nutzen vor allem physikalische Prozesse wie laserinduziertes Schmelzen und Verdampfen sowie Ablation.Ziel des vorgeschlagenen Projektes ist es, laserinduzierte reaktive Plasmen (LIP) zu untersuchen und sie für die Mikrobearbeitung von Oberflächen mit einer extrem hohen Qualität und einer geringen Defektdichte zu qualifizieren. Der Wechselwirkungsmechanismus zwischen LIP und Oberflächen kann chemischer oder physikalischer Natur sein. Allerdings sind bisher insbesondere physikalische Wechselwirkungen untersucht worden. Daher konzentrieren wir uns hier auf die Erzeugung von angeregten chemischen reaktiven Radikalen durch laserinduzierte Plasmen, die für das lokale chemische Radikalätzen unterhalb des Brennpunkts des definiert geformten Laserstrahls genutzt werden sollten.Die zu beantwortenden Hauptfragen erstrecken sich über die Bereiche (i) der Führung des hochintensiven, gepulsten Laserlichtes entlang der Oberfläche ohne eine Oberflächenschädigung zuzulassen und gleichzeitig eine oberflächennahe Bildung eines laserinduzierten Plasmas zu ermöglichen, (ii) Erzeugung von reaktiven Radikalen durch derartige laserinduzierte Plasmen in einem Gasgemisch mit geeigneten Vorläufermolekülen bei vorzugsweise Atmosphärendruck und (iii) Transport und chemische Reaktion der LIP-erzeugten reaktiven Spezies mit der Probenoberfläche.In den experimentellen Arbeiten soll durch Untersuchungen der Modifizierung und des Ätzens der Oberfläche in Abhängigkeit von Charakteristika der laserinduzierten Plasmen und durch das Studium der Bildung, des Transports und des Zerfalls von reaktiven Produkten, insbesondere durch optische in-situ-Diagnostik, Erkenntnisse gewonnen werden, die es ermöglichen die beteiligten Prozesse aufzudecken und einen Mechanismus des laserinduzierten Plasmaätzens zu etablieren. Die Simulation ausgewählter Prozesse soll dazu beitragen die Relevanz dieser Prozesse und Mechanismen zu überprüfen. Derartige laserinduzierte reaktive Plasmen ermöglichen eine örtlich aufgelöste, chemisch unterstützte Bearbeitung von Oberflächen für eine Vielzahl von Anwendungen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: China
• Partnerorganisation: National Natural Science Foundation of China
• Kooperationspartner: Professor Dr. Ri-Hong Zhu