Zeitaufgelöste Mikroskopie und simulationsgestützte Analyse der Ablation dünner transparenter leitender Schichten mittels räumlich und zeitlich geformter ultrakurzgepulster Laserstrahlung

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Arnold Gillner; Professor Dr. Heinz Paul Huber; Professor Dr. Wolfgang Schulz
• Fachliche Zuordnung: Produktionsautomatisierung und Montagetechnik
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 423531130

In diesem Vorhaben soll ein grundlegendes Verständnis der sogenannten partiellen und indirekt induzierten Laserablation von transparenten, leitfähigen Schichten mittels ultrakurz gepulster Laserstrahlung am Beispiel von ITO (IndiumZinnOxid) erarbeitet werden. Im Ergebnis soll eine Beschreibung in Form eines Metamodells vorliegen, das aus Daten von Simulationen und Experimenten gewonnen wird. Durch den selektiven Einsatz dieser laserinduzierten Ablation können elektrisch leitfähige Strukturen separiert oder strukturiert werden und so funktionale Oberflächen für Bauteile, wie Frontelektroden einer Leuchtdiode hergestellt werden. Da die Endbauteile häufig aus mehreren Dünnschichten mit Schichtdicken im Bereich einiger 10 bis 100 Nanometer bestehen, können Defekte wie Aufwürfe des Randbereichs der abgetragenen ITO-Schicht zu Kurzschlüssen und folglich zum Versagen des Bauteils führen. Um diese Aufwürfe und andere Defekte gezielt manipulieren oder verhindern zu können, ist zwingend ein tiefgehendes Verständnis des Abtragprozesses und der involvierten physikalischen Wechselwirkungen notwendig. Um diese Wirkmechanismen, die wesentlich treibenden Kräfte des Abtragprozesses zu identifizieren und die Entwicklung eines mathematisch-physikalischen Modells zu leiten, werden experimentelle Prozessobservablen untersucht, die sowohl die Dynamik als auch die Energetik des Prozesses beschreiben. Die simulativ und experimentell gewonnenen Ergebnisse werden zur iterativen Entwicklung eines Metamodells herangezogen. Ein Metamodell ist die numerisch auswertbare, kontinuierliche Approximation des Zusammenhangs von Parametern und Kriterien (Prozesslandkarte). Im Vergleich zur Analyse von Daten aus einzelnen Simulationsläufen oder realen Experimenten erlaubt das Metamodell eine globale Analyse mit rigorosen, mathematischen Methoden auf interpolierten, beliebig dichten Daten. Am Ende des Projektes soll das entwickelte Metamodell messbare und verifizierbare Zielgrößen wie Grathöhen, Schädigungen des Substrates, Isolationswiderstände und Risslängen in Abhängigkeit der Prozessparameter vorhersagen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen