Atomlagenabscheidung (ALD) / Atomlagenepitaxie (ALE)

Fein zerstäubte Tröpfchen einer Beschichtungslösung werden auf ein geheiztes Substrat aufgebracht, worauf das Lösungsmittel verdampft und die molekularen Vorstufen thermisch zersetzt werden. Je nach Temperatur lassen sich somit kristalline, teilkristalline und amorphe Beschichtunen erhalten. Durch die Konzentration der Beschichungslösung und Anzahl der Beschichtungszyklen lässt sich die Schichtdicke zielgenau einstellen.

Details

In einer industriellen Sprühdüse wird eine Precursorlösung bzw. Dispersion mit Druckluft oder Inertgasen (Stickstoff, Argon) vernebelt und der Sprühnebel auf ein temperiertes Substrat gerichtet. Nach dem Verdampfen des Lösungsmittels zersetzt sich die molekulare Vorstufe thermisch auf der Oberfläche. Durch Verfahrung des Sprühkopfes über das Substrat können sowohl homogene als auch Gradientschichten erzeugt werden. Die Schicktdicke lässt sich über die Beschichtungsdauer kontrollieren.

Neben klassischen Sprühdüsen können auch Ultraschalldüsen eingesetzt werden, durch die eine deutlich feinere Vernebelung erreicht werden kann, was den Precursorverbrauch signifikant reduziert und Dünnschichten (d < 100 nm) mit hoher Homogenität (in Abhängigkeit von der Oberflächengüte des zu beschichtenden Substrats) realisierbar macht. [/av_toggle] [av_toggle title='Substrate' tags='' custom_id='' av_uid='av-9d7xvs'] Als Substrate eignen sich am besten planare Materialien (Platten, Bleche, Flachgläser, etc.), welche den Prozessierungstemperaturen standhalten (Polymere, Metalle, Gläser, Keramiken). Auch kompliziertere Geometrien sind möglich, was die Anforderungen an eine homogene Temperierung des Werkstücks, sowie gleichmäßigen Precursorauftrag erhöht.

Neben meist alkoholischen oder wässrigen Lösungen molekularer Vorstufen oder Salze können auch Partikeldispersionen als Tinten in diesem Prozess eingesetzt werden. Hierbei muss die Wahl des Lösungsmittels auf die verwendeten Vorstufen (Löslichkeit, Stabilität), sowie das Substrat (Benetzbarkeit) und Prozessbedingungen (Temperatur) abgestimmt werden. Je nach  nach Prozessbedingungen eine können amorphe, teilkristalline oder kristalline Beschichtung realisiert werden.

Eigenschaften

Homogenität
Geschwindigkeit
Skalierbarkeit
Kosten
  • Temperaturbereich
    40 - 500 °C
    Substrattemeratur
  • Dimensionen
    10 x 10 cm2
    maximale Substratgröße
  • Schichtdicke
    50 nm - 100 µm