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 50 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 Xe-Lampe mit 750 mm Arc-Länge
Max. Leistung 80 kW
Pulsdauer 1 ... 10 ms
Energiedichte 1 ... 50 J/cm²
Max. Substratabmessungen
1200 × 600 mm²
Substrattransport Vertikal In-Line
Atmosphären in-vacuo an der ILA 900

In-line Vakuum Anlage ILA 900 / FLA-Teststand

Versuchsanlage ILA 900
  • Untersuchung von FLA in Kombination mit PVD-Beschichtung im industriellen Pilot-Maßstab
  • Untersuchungen von FLA von Probenserien (statisch oder inline)
  • Technologische Grundlagenuntersuchungen zum FLA-Prozess

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

Highly productive low temperature annealing of ITO coatings

 

Objectives

  • Annealing of ITO coatings
  • High throughput inline process
  • Low temperature process


Technology

  • PVD coating of ITO thin films adapted to flash lamp annealing
  • In-line flash lamp annealing


Resistivity: 16 Ω ± 10%
Size: 600 × 1200 mm2
Transport speed 0,50 m/min --> 2,5 min


 

Flash Lamp Annealing of Vanadium oxide VOx

 

Objectives

Annealing of VOX to thermochromic VO2

  • Tetragonal VO2 on ultra-thin glass
  • No seed layer


Technology

  • HiPIMS coating in combination with flash lamp post annealing in-vacuo

Flash Lamp Annealing on Flexible Materials

 

Objectives

Annealing of transparent conductors

  • Enhancement of optical or electrical properties


Technology

  • In-line PVD coating of ITO thin films adapted to flash lamp annealing
  • In-line flash lamp annealing

Highly productive low temperature nano-particle synthesis

 

Objectives

Synthesis of nano-particles

  • High throughput inline process
  • Low temperature process


Technology

  • PVD coating in combination with inline flash lamp annealing in vacuo

 

Transport speed 0.40 m/min
Substrate temperature < 120°C
NP size and distribution adjustable

Förderhinweise

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

  • T. Preußner, M. Neubert, U. Reichmann, K. Täschner, J. Neidhardt: „Recent developments in inline flash lamp annealing for ultra-fast thermal annealing of large substrate areas“, Conference on Plasma and Surface Engineering, Erfurt, September 2022.
  • J. Neidhardt, T. Preußner: „In-vacuo Integration einer Blitzlampentemperstation in eine Durchlaufbeschichtungsanlage – form Lab to Fab“, Blitzlab, Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf, April 2022.
  • T. Preußner, K. Täschner, M. Neubert, M. Junghähnel, W. Langgemach, U. Reichmann: „Recent developments in inline flash lamp annealing of ultra-fast thermal annealing of large substrat areas“, LOPEC 21, March 2021.
  • 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).