Willkommen beim Kurs "Fundamentals of Vacuum and Plasma Process Technologies"
Vakuum- und Plasmaprozesse sind das technische Fundament für die Herstellung von Dünnschicht-Bauelementen. Mit Plasmen können Oberflächen in ganz unterschiedlicher Weise behandelt werden.
Das Spektrum umfasst die Reinigung für nachfolgende Prozessschritte, wie das Packaging in der Mikroelektronik oder die Sterilisation von Blutbeuteln. Die nächste Kategorie ist die Funktionalisierung von Oberflächen, um etwa das Benetzungsverhalten zu ändern, aber auch, um Oberflächen so zu gestalten, dass spezifische chemische Gruppen gebunden werden können. Die klassischen Anwendungen aber sind das Beschichten und Strukturieren von Oberflächen. Multilagen-Schichtsysteme finden sich in vielfältiger Art in optischen Systemen, etwa zu Wärmedämmung und Sonnenschutz von Architekturglas, aber auch in jeder Art von Optoelektronik und Mikroelektronik Baugruppen, häufig hergestellt und strukturiert mittels Vakuum- und Plasmaverfahren.
Der Kurs bietet einen Einblick in die hier verwendeten Technologien und gliedert sich in die folgenden Bereiche:
- Vakuum-Technologien: Wir klassifizieren die verschiedenen Vakuum-Technologien und beschreiben die eingesetzten Pumpen, Komponenten und Messsysteme.
- Modellbasierte Beschreibung von Vakuum-Prozessen: Ausgehend von der kinetischen Gastheorie führen wir eine modellbasierte Beschreibung von Vakuumsystemen ein. Hier verwenden wir die am Fraunhofer IST entwickelte Methode der Direct-Simulation-Monte-Carlo Modellierung, welche auf dem am Fachgebiet vorhandenen 96 Prozessor Linux-Cluster implementiert ist.
- Zur Schichtabscheidung kommen häufig Verdampfungsverfahren und Sputterverfahren zum Einsatz. Diese Methoden sind das Herz der Physikalischen Gasphasenabscheidung (physical vapor deposition, PVD). Bei Sputterverfahren, dem Billardspielen mit Atomen, benötigen wir in der Regel Plasmen, um den notwendigen Energie- und Impulstransfer zu erreichen. Ähnlich auch bei der Chemischen Gasphasenabscheidung (chemical vapor deposition, CVD), wo die Gasphase entweder thermisch oder mittels Plasmen angeregt wird. Plasmen, der vierte Aggregatzustand der Materie, sind hier die zentrale Einheit und wir betrachten deren Entstehung und Charakterisierung im Hinblick auf die hier relevanten technischen Anwendungen und deren technische Beschichtungssysteme.
- Auch Plasmaprozesse lassen sich modellbasiert auslegen. Hier sind es Particle-in-Cell Simulationen, die wir für den Technologievergleich von DC- und Radiofrequenz-Plasmen einsetzen.
- Die Vorlesung schließt mit einem Überblick zum aktuellen Stand der Technik in der Vakuum- und Plasma-Prozesstechnik. Wir betrachten Verfahren wie etwa das Hochleistungs-Impuls-Magnetronsputtern (HIPIMS), bei welchem die Beschichtungen nicht mehr aus neutralen Teilchen sondern aus Ionen gebildet werden. Damit können auch bei Raumtemperatur kristalline Materialien abgeschieden werden, etwas auf Glas, welches danach bei hoher Temperatur gebogen wird. Das Ergebnis kann dann die Frontscheibe eines Elektroautos sein, welche ganz ohne jede Art von Heizung im Winter eisfrei bleibt.
Die Vorlesung wird mit einer mündlichen Prüfung abgeschlossen. Je nach Kenntnisstand der Teilnehmer ist die Vorlesung entweder auf Deutsch oder auf Englisch.
Die Vorlesung findet montags von 14 bis 16 Uhr im Raum HFT 512 statt, beginnend am 14. April 2024.
Viele Grüße, Bernd Szyszka
- Trainer/in: Bernd Szyszka