Flash Lamp Annealing

Alternativ: pulsed light, photonic sintering, photonic curing

Blitzlampentemperung

Blitzlampentemperung (engl.: flash lamp annealing (FLA) oder auch pulsed light, photonic sintering, photonic curing) ist ein thermisches Nachbehandlungsverfahren, bei dem Oberflächen im Bruchteil einer Sekunde aufgeheizt werden. Typische Behandlungszeiten liegen im Bereich von einigen Mikrosekunden bis zu einigen Millisekunden. Die Oberfläche wird mit einem oder mehreren hochenergetischen Blitzen einer Blitzlampe behandelt. Damit können Veränderungen der Materialeigenschaften erzielt werden ohne das darunterliegende Substrat thermisch zu belasten. Die Nutzung temperaturempfindlicher Substrate wird dadurch möglich.

 

Im Vergleich zum herkömmlichen Tempern im Ofen ist die Blitzlampentemperung schneller und nicht so kostenintensiv. Außerdem verursacht sie kaum thermische Spannungen im Substrat und Diffusionsprozesse werden durch die kurze Prozessdauer verringert.

Anwendungsgebiete

Temperprozesse sind in der Halbleiter- und Dünnschichttechnologie nötig, um z. B. elektrische und optische Materialeigenschaften sowie Kristall- und Phaseneigenschaften in Abhängigkeit vom Anwendungsbereich gezielt zu modifizieren. Am Fraunhofer FEP bieten wir unsere Kompetenz bei der Behandlung transparenter leitfähiger Oxide, optischer Dünnschichten und Dünnschichtelektronik an.

Anwendungsbeispiele:

  • Behandlung von Schichtsystemen (z. B. lowE, optisches Filter, …)
  • (Re-) Kristallisation dünner Schichten (z. B. ITO, IZO, ZnO:Al, TiO2 …)
  • Dünnschichtelektronik (Display, Photovoltaik, Halbleiterdotierung, TFT, TTFT, ...)
  • Druckbare Elektronik / Schaltungen (auf temperatursensiblen Substraten)

Anlagentechnik

Wir verfügen über ein In-Line Blitzlampenmodul zur dynamischen Temperung von Proben mit einer Maximalgröße von 1200 × 600 mm² und einer Blitzleistung von maximal 40 J/cm². Das Modul ist in die Vakuumbeschichtungsanlage ILA 900 integriert und ermöglicht somit die Blitzlampentemperung unter verschiedenen Umgebungsbedingungen. Neben der Temperung im Vakuum ist die FLA-Behandlung an Luft, inerter oder reaktiver Atmosphäre möglich. Damit besteht bei uns die einmalige Möglichkeit, Versuche dynamisch, auf großer Fläche und mit hohen Leistungsdichten unter industrienahen Bedingungen durchzuführen.

 

Lampe 2 überlappende Xe-Lampen mit 360 mm Arclänge
Max. Leistung 18 kW
Pulsdauer 300 µs – 2,7 ms
Energiedichte 5 – 40 J/cm²
Max. Substratabmessungen
1200 × 600 mm²
Substrattransport Vertikal In-Line
Atmosphären Vakuum, Luft, inerte oder reaktive Atmosphäre

Unsere Leistungen

  • Forschung und Entwicklung von Dünnschichtprozessen mit Temperung durch FLA
  • Machbarkeitsstudien
  • Temperung von Kleinserien
  • Entwicklung von FLA-Prozessen für funktionale Dünnschichten oder Schichtstapel im Pilotmaßstab
  • Entwicklung von Konzepten, Technologietransfer und Prozessintegration

Weitere Informationen

Innovative Pulsmodulation zum Betrieb von Hochleistungsblitzlampen.
Fördergeber: Sächsisches Staatsministerium für Wirtschaft, Arbeit und Verkehr
Förderkennzeichen: 100349243
Laufzeit: 01.09.2018 – 31.08.2020

Im Rahmen des geförderten Projektes InnoFlash (Fördergeber: Sächsischen Staatsministerium für Wirtschaft, Arbeit und Verkehr | Projektnummer 100349243/3698) wird die Blitzlampentemperung für großflächige Anwendungen untersucht und weiterentwickelt.

Veröffentlichungen

  • S. Weller: „Blitzlampentemperung von transparenten leitfähigen Oxidschichten”, Dissertation, Technische Universität Bergakademie Freiberg, Fakultät für Werkstoffwissenschaft, 2018.
  • W. Walther: „Untersuchung des Einflusses der Blitzlampentemperung auf die Eigenschaften verschiedener Gläser und Dünnschicht-Glas-Systeme“, Diplomarbeit, Technische Universität Bergakademie Freiberg, Fakultät für Maschinenbau, Verfahrens- und Energietechnik, 2018.
  • M. Junghähnel, J. Westphalen: „Processing on Flexible Glass – Challenges and Opportunities“, SVC Bulletin Fall/Winter, S. 31-39, 2017.
  •  J. Westphalen, M. Junghähnel, G. Lorenz, F. Naumann: „Influence of thin-film properties on the reliability of ultra-thin glass”, 60th Annual SVC Technical Conference, 2017.
  • S. Weller, M. Junghähnel: „Flash Lamp Annealing of ITO thin films on ultra-thin glass“, Vakuum in Forschung und Praxis 27 (4), S. 29-33, 2015.
  • M. Junghähnel, S. Weller, T. Gebel, „P-65: Advanced Processing of ITO and IZO Thin Films on Flexible Glass,” SID Symposium Digest of Technical Papers 46 (1), S. 1378–1381, 2015.
  • J. Westphalen: „Untersuchung der Eigenschaften von gesputterten ZnO:Al-Schichten auf flexiblem Glas, Masterarbeit, Technische Universität Ilmenau, Fakultät für Mathematik und Naturwissenschaften (2015).