|
|||
|
|
Mikro- und Nanostrukturierung für photonische, mikrooptische und optoelektronische AnwendungenEntsprechend dem Auftrag des IOM wird insbesondere in Zusammenarbeit mit industriellen Partnern auf der Basis von relevanten Grundlagenentwicklungen ausgewählten Anwendungen nachgegangen. Die hieraus resultierenden projekt-/anwendungsspezifischen Arbeiten, die neben den spezifischen Forschungsergebnissen den breiten Kenntnishintergrund der Abteilung/des Instituts nutzen, zielen auf die industrielle Umsetzung der entwickelten Techniken und Technologien. Die Schwerpunkte der anwendungsbezogenen Arbeiten korrelieren mit Thematiken der Grundlagenuntersuchungen und zielen auf die schädigungsarme Oberflächen- und Dünnschichtstrukturierung mit lateralen Strukturgrößen im Mikrometer- und Nanometerbereich und Tiefengenauigkeiten bis nahe 1 nm. Die hauptsächlich genutzten Strahlwerkzeuge (Elektronen-, Laser-, Ionenstrahl) werden zur Strukturherstellung durch Direktstrukturierung oder zur Strukturübertragung in innovative Materialien der Hochtechnologien für Anwendungen im Bereich der Photonik, der Optoelektronik und Mikrooptik genutzt. Die folgenden Beispiele repräsentieren das Spektrum der Arbeits- und Zielrichtung. I. Herstellung von Funktionsstrukturen für HalbleiterlaseranwendungenDie zunehmende Miniaturisierung von Informationssystemen erfordert in steigendem Maße auch die Integration von Mikrooptiken in optoelektronische oder mikrotechnische Bauelemente. Mit dem Ziel der Integration von Strahlformungs- und Modenstabilisierungselementen in Halbleiterlaseranordnungen wurden Untersuchungen zur Herstellung von refraktiven und diffraktiven Elementen in Verbindungshalbleiter-Schichtsystemen durchgeführt. Das in Abb. 1 gezeigte Schema sowie der dargestellte Zusammenschnitt von REM-Abbildungen derartiger Funktionsstrukturen gibt einen Eindruck der erreichbaren Genauigkeit.
II. Proportionaltransfer von analogen Mikrostrukturen für OptikenZur Erhöhung der Leistungsfähigkeit von Optiken oder der Vereinfachung ihres Aufbaus bzw. Herstellungen sowie für Mikrooptiken werden am IOM die Prozesse der Herstellung von optisch wirksamen Funktionsstrukturen mittels Proportionaltransfers untersucht. Hierbei werden die Vorteile des Ionenstrahls gezielt genutzt, um diffraktive und refraktive Resiststrukturen mit mikro-/nanaometer-Dimensionen in optische Funktionsmaterialien (Gläser, Fluoride, Halbleiter) mit hoher Präzision zu übertragen. Diese Prozesse sind, wie aus der Abbildung hervorgeht, für die industrielle Fertigung von Hochleistungsoptiken, beispielsweise durch geeignete Kombination mit klassischen optischen Elementen, geeignet.
III. Laserritzen von DünnschichtsolarzellenDie integrierte Verschaltung von großflächig abgeschiedenen Dünnschichtsolarzellen wird mit dem Ziel der Erhöhung der Solarzelleneffizienz und der Anpassung an Nutzungserfordernisse verfolgt und erfordert die technologische Verknüpfung von Strukturierungs- und Beschichtungstechniken. Die Mikrostrukturierung von dünnen Schichten oder Schichtsystemen erfolgt hierbei mit der Zielsetzung, die elektrische Trennung der großflächig abgeschiedenen Schichten durch einen schädigungsarmen Laserritzprozess zu erreichen. Hierfür werden am IOM Strukturierungs- bzw. Ritztechniken unter Verwendung von fs-Lasern entwickelt, die auch für Dünnschichtsolarzellen auf dünnen Folien geeignet sind. In den nachfolgenden Bildern sind das Prinzip der integrierten Verschaltung, die REM-Abbildung einer lasergeritzten CIGS-Dünnschichtsolarzelle sowie eine Rolle-zu-Rolle-Apparatur zum Laserritzen dargestellt.
IV. Direkte Herstellung mikrooptischer ElementeLasergestützte Prozesse zeichnen sich durch ihre Flexibilität und Anpassungsfähigkeit an die Zielsetzung aus und ermöglichen bei bewusster Wahl der Laser-Festkörper-Wechselwirkungsprozesse eine direkte Formgebung und Mikrostrukturierung von optisch relevanten Materialien mit hoher Genauigkeit. Durch jeweils spezifische Strahlformungs- und Strahlrastertechniken lassen sich 3D-Funktionsstrukturen mit lateralen Auflösungen im Mikro- und Sub-Mikrometerbereich, Abmessungen in Millimetergröße und Tiefengenauigkeiten von etwa 20 nm für optische Anwendungen herstellen.
Ausgewählte Publikationen zu diesem Forschungs- und Entwicklungsschwerpunkt
Kontakt
Dr. Klaus Zimmer Siehe auch
|
||
 |
|||
