Anwendungen der Atomlagenabscheidung

Anwendungen der Atomlagenabscheidung (ALD)

Die Atomlagenabscheidung (ALD, engl. Atomic Layer Deposition) ist ein modifiziertes Verfahren der chemischen Gasphasenabscheidung (CVD, engl. Chemical Vapour Deposition). Die Merkmale des Prozesses sind zwei aufeinanderfolgende, sich selbst begrenzende Oberflächenreaktionen, sodass extrem dünne, defektfreie und äußerst homogene Schichten abgeschieden werden können. Am Fraunhofer IST werden in erster Linie thermisch-aktivierte ALD-Prozesse entwickelt und analysiert.

Silizium-Kugel für die Abscheidung einer hochpräzisen und stöchiometrischen SiO2-Schicht im Rahmen der Neudefinition der Avogadro-Konstante.
© Fraunhofer IST, Falko Oldenburg

Silizium-Kugel für die Abscheidung einer hochpräzisen und stöchiometrischen SiO2-Schicht im Rahmen der Neudefinition der Avogadro-Konstante.

Antireflex-Beschichtung auf einer 12 cm-Vollglaskugel.
© Fraunhofer IST, Falko Oldenburg

Antireflex-Beschichtung auf einer 12 cm-Vollglaskugel.

Vorteile der thermischen ALD-Technologie

Im Vergleich zu herkömmlichen PVD- bzw. (Plasma-) CVD-Prozessen weist die Atomlagenabscheidung eine Reihe von Vorteilen auf:

  • Konforme Beschichtungen von komplexen drei­dimensionalen Oberflächen
  • Geringere Mängel in der Schicht
  • Keine Beschädigung der Schicht durch das Plasma
  • Sehr hohe Homogenität

Anwendungsbeispiel: Entwicklung transparenter leitfähiger Oxidschichten

Im Bereich elektronischer Anwendungen wie der Beschichtung von Solarzellen oder LEDs ist vor allem der Effizienzverlust der beschichteten Bauteile, der durch die Abscheideprozesse entsteht, ein großes Problem. Besonders bei herkömmlichen Sputter-Prozessen wird die Oberfläche der empfindlichen elektronischen Bauteile stark durch das Plasma beschädigt. Darüber hinaus eignen sich solche Sputter-Prozesse nicht, um hochkomplex geformte Oberflächen homogen zu beschichten. Am Fraunhofer IST wurden daher TCO-Schichten entwickelt, die mittels thermischer Atomlagenbeschichtung abgeschieden werden.  

Anwendungsbeispiel: Beschichtung von LEDs

Die mittels ALD abgeschiedenen TCO-Schichten wurden alle erfolgreich im Bereich der LED-Beschichtung geprüft. Einige zeigten im Vergleich zu den alternativ gesputterten Schichten verbesserte Eigenschaften wie beispielweise geringere Durchlassspannungen. Dieser Effekt ist der geringen Beschädigung der Schichten durch das Plasma zuzuschreiben.

Anwendungsbeispiel: Diffusionsbarrieren auf technischen Textilien

Ein weiteres Einsatzgebiet stellen mittels ALD abgeschiedenen Diffusionsbarrieren auf technischen Textilien und Vliesstoffen dar. Dabei verhindert die ALD-Beschichtung ein Ausbluten von Farbstoffen und verringert die Diffusion von Pyrolyseprodukten bei der Verbrennung. Das Ergebnis sind flammschutzhemmende Eigenschaften der Textilien, ohne dass halogenhaltige Chemikalien oder nasschemische Behandlungsschritte eingesetzt wurden.

Anwendungsbeispiel: Optische Funktionsschichten

Neben Anwendungen im Elektronikbereich wurden auch dielektrische Beschichtungen für optische Anwendungen entwickelt. Es können hochqualitative Oxidschichten für Einzelschicht- und Breitbandentspiegelungen für den UV-Vis-NIR-Bereich sowie doppelseitige Beschichtungen hergestellt werden.

Anwendungsbeispiel: Beschichtung von Silizium-Heterosolarzellen

Ein weiteres Anwendungsbeispiel von ZnO-ALD-Schichten sind Silizium-Heterosolarzellen. In diesem Fall wird die ALD-Schicht als zusätzliche Schicht vor der gesputterten TCO-Schicht abgeschieden. Dabei wurde eine Abnahme der Defektdichte deutlich, die durch die erhöhte Lebensdauer der erzeugten Elektronen-Loch-Paare nachgewiesen werden konnte.

Weitere Beiträge aus dem Bereich Energie und Elektronik finden Sie hier.