Cluster-Tool zum lokalen Materialwachstum unter Einsatz von Laserstrahlung und Reaktivgas

• Fachliche Zuordnung: Materialwissenschaft
• Förderung: Förderung in 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 439445370

Das beantragte Gerät dient der Herstellung von Nano- bis Millimeterstrukturen, d.h. dem lokalen Materialwachstum, wobei die Prozesse zum Teil Laser-unterstützt und/oder in Reaktivgasatmosphäre ablaufen. Aufgrund seiner kombinierten Funktionen kann es als Cluster-Tool der nächsten Generation bezeichnet werden und so eine wegweisende Rolle für zukünftige Technologien einnehmen. Wo im klassischen Cluster-Tool Vakuumkammern mit verschiedenen Sputtertargets oder Aufdampfquellen zusammenkommen, wird im neuen Gerät auf die Kombination von Tintenstrahldrucken mit Laser-unterstützen Prozessen zur additiven und subtraktiven Fertigung gesetzt. Unter den Laser-unterstützten Prozessen werden zusammengefasst die Multiphoton-Polymerisation für kleinste Strukturen, sowie Laserabtrag und Laserumwandlung zusätzlich auf größerer Skala. Eine Besonderheit ist dabei die Möglichkeit der Laserprozessierung in einer Reaktionskammer, welche die Verwendung reaktiver Gase zur Materialumwandlung / -synthese erlaubt. Dieser Prozess kann bei leichtem Unterdruck erfolgen, während das Cluster-Tool der nächsten Generation sonst vakuumfrei läuft und damit die kostengünstige Fertigung erlaubt. Durch die Kombination der verschiedenen Prozesse lassen sich schließlich im gleichen System komplette Bauteile wachsen. Dabei finden zwischen den Schritten, sozusagen in-line, strukturelle und opto-elektronische Untersuchungen mittels Raman- und zeitaufgelöster Photolumineszenz-Messungen statt.Ausgangspunkt der Anwendung des beantragten Gerätes ist das Gebiet der erneuerbaren Energien, speziell die Photovoltaik, mit dem Ziel maximale Energieumwandlung mit minimalem Materialeinsatz zu gewährleisten. Im Hinblick auf effiziente Energieumwandlung wird hierbei auf Nano- bis Millimeterstrukturen gesetzt, die durch ihre optischen und elektrischen Eigenschaften die Lichtführung und Ladungsträgersammlung steuern. Ultradünne Solarzellen mit integrierten photonischen Nanostrukturen oder Mikrometer-große Solarzellen zum Betrieb unter Lichtkonzentration sind hierfür zwei konkrete Beispiele. Weiterführende Anwendungsmöglichkeiten finden sich im Bereich der Energieumwandlung z.B. auf den Themengebieten der Solaren Brennstoffe oder der Thermoelektrika. Hierzu tragen nicht nur opto-elektronische Funktionalitäten von Nano- und Millimeterstrukturen bei, sondern auch ein zugänglicher erweiterter Materialraum: das Materialsystem der Chalkogenide stellt dabei einen Ausgangspunkt mit breitem Potential der Weiterentwicklung hinsichtlich variabler Bandlücken aber ebenso Richtung 2D-Materialien dar. Auf der anderen Seite bieten 3D Nanostrukturen Funktionalitäten auch im phononischen oder piezoelektrischen Bereich. Durch die verschiedenen im Cluster-Tool der nächsten Generation verfügbaren Prozesse werden vielfältige Strukturen zugänglich, die eine Forschung an höchst aktuellen Themen ermöglicht.

• DFG-Verfahren: Forschungsgroßgeräte
• Großgeräte: Cluster-Tool zum lokalen Materialwachstum unter Einsatz von Laserstrahlung und Reaktivgas
• Gerätegruppe: 0910 Geräte für Ionenimplantation und Halbleiterdotierung
• Antragstellende Institution: Universität Duisburg-Essen
• Leiterin: Professorin Dr. Martina Schmid