Lokalisierte elektroneninitiierte Laserabsorption (LEILA)

• Antragsteller: Dr. Kristian Cvecek
• Fachliche Zuordnung: Fügetechnik und Trenntechnik
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 504166000

Die Fähigkeit, Strukturen im Bereich von wenigen Nanometern auf dielektrischen Materialien erzeugen zu können ist mittlerweile für viele moderne Anwendungen in der Optik und Elektronik unerlässlich geworden. Hierzu werden typischerweise Verfahren wie z.B. die EUV- oder die Elektronenstrahl-Lithographie verwendet. Diese sind jedoch aufgrund ihrer Komplexität sehr kostspielig oder aufgrund ihrer geringen Effizienz sehr langsam. Demgegenüber steht die laserbasierte Materialbearbeitung, die aufgrund des Remoteprinzips flexible und effiziente fertigungstechnische Lösungen zur Strukturerzeugung bietet, aber durch die Beugungsbegrenzung des Lichts in ihrer erzielbaren Auflösung der Strukturen begrenzt ist.In diesem Vorhaben soll eine Methode zur Oberflächenstrukturierung entwickelt werden, um kleinste Strukturen mit der Strukturierungseffizienz eines Lasers und einer Fertigungsgenauigkeit, wie sie von der Elektronenstrahl-Lithographie bekannt ist, zu erzeugen. Dazu erzeugt der Elektronenstrahl eines Rasterelektronenmikroskops (REM) aufgrund inelastischer Stöße eine lokal erhöhte Elektronendichte in einem Dielektrikum, z.B. Quarzglas. Der Elektronenstrahl wird so eingestellt, dass die erhöhte Elektronendichte zu keiner Materialmodifikation führt. Ein Laserpuls, dessen Fluenz ebenfalls unterhalb der Modifikationsschwelle des Materials liegt, interagiert mit dem vom Elektronenstrahl lokal erzeugten Plasma so, dass mittels Lawinenionisation die vorhandene Elektronendichte dramatisch erhöht wird, wodurch das Material an diesem Ort abgetragen oder modifiziert werden kann. Durch die extrem hohe Auflösung des Elektronenstrahls und die lokalisierte Elektronendichte können so Bearbeitungsauflösungen im Nanometerbereich erzielt werden, ohne komplexe Lithographie- sowie Ätzprozesse und insbesondere keine chemischen Prozesse einsetzen zu müssen.Der Machbarkeitsnachweis für diesen Prozess soll experimentell anhand der Ablation an Quarzglas und eines ultrakurzgepulsten Lasers bei 1064 nm erbracht werden. Dafür wird ein Versuchsaufbau mit einem REM zur Elektronenstrahlerzeugung realisiert, um die verschiedenen Einflüsse von Parametern wie z.B. Verzögerung zwischen Elektroneninjektion und Laserpuls, Beschleunigungsspannung der Elektronen und Laserpulsenergie auf den Prozess zu untersuchen. Die möglichen Prozesscharakteristika werden hinsichtlich der erzielbaren Auflösung, Bearbeitungseffizienz und -geschwindigkeit sowie Prozessstabilität bei einzelner als auch multipler Durchführung des LEILA-Prozesses analysiert.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen