Öffentlich geförderte Projekte

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SAB-Projekt – Atomic Layer Processing (ALP)

© Fraunhofer IKTS
FHR 300 ALD für die Erzeugung nanoskaliger keramischer und metallischer Materialien mit Schichtdicken zwischen 1 und 100 nm und in-situ Charakterisierung. Die Anlage wird im Projekt um ein Modul für Plasma ALD und ALE erweitert.

Das Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme (IKTS) betreibt anwendungs¬orientierte Forschung im Bereich der Hochleistungskeramik. Dafür werden unter anderem verschiedene Dickschicht- und Dünnschichttechnologien genutzt. In der Arbeitsgruppe „Dünnschicht-Technologien“ bestehen langjährige Kompetenzen bei der Chemischen Gasphasenabscheidung (CVD), Atomlagenabscheidung (ALD) und Physikalischen Gasphasenabscheidung (PVD). Arbeitsschwerpunkte waren bisher die Erforschung und Realisierung von Verschleißschutzschichten die Erforschung und Realisierung von thermischen ALD-Abscheidungen für high-k-Dielektrika die Beschichtung von Fasermaterialien zur Herstellung von Kompositwerkstoffen per ALD und CVD sowie die Erforschung und Realisierung von Barriereschichten per ALD und PVD sowie die Herstellung von gerichteten Carbon Nanotubes für verschiedene Anwendungsfelder. Für Forschungsarbeiten im Bereich der Dünnschichttechnologien stehen verschiedene Laboranlagen zur Verfügung. Dazu zählen zwei PECVD-Anlagen, eine thermisch CVD-Apparatur sowie zwei ALD-Anlagen, eine Sputter-Apparatur und eine Beschichtungsanlage, die Prozesskombinationen von thermischen ALD und CVD erlaubt.

Die Schichtbearbeitung im Bereich einzelner Atomlagen gewinnt mit zunehmenden Anforderungen modernster Mikroelektronik aber auch in anderen Branchen mit der Tendenz zur Miniaturisierung an Bedeutung während ihre Anwendungsfelder breiter werden.

Ziel des SAB-Projekts ist die Erforschung von Prozessen und Technologien im Bereich weniger Atomlagen auf der Basis der ALD und des Atomlagenätzens (ALE) sowie der Aufbau und Erweiterung von Kompetenz zur Materialbearbeitung und -charakterisierung im Bereich der Nanotechnologie speziell für diese Techniken in der deutschen Forschungslandschaft von Industrie und Hochschulen.

Der Beitrag dieses Projektes besteht in der Verbesserung der Überleitung von wissenschaftlichen Ergebnissen an Hochschulen und Forschungsinstituten in den anwendungsnahen Forschungsbereich von Betrieben auf dem Gebiet der ALD und ALE. Für diesen Zweck sollen ausgehend von der plasmagestützten Atomlagenabscheidung zwei Ätztechnologien detailliert untersucht werden. An der TU Dresden soll die thermische ALE auf der Basis von HF (Flusssäure) und am IKTS die plasmagestützte ALE bearbeitet werden.

Die vorhandene (Abbildung) FHR ALD 300 des IKTS wird um ein Modul für Plasma ALD und ALE erweitert. Die Kooperation zwischen FHR, FAP und SEMPA konzipiert und realisiert diesen Demonstrator unter technologischer Beratung von IKTS und IHM.

Mit den neu designten Plasmaquellen-Demonstratoren von FAP und FHR sowie der Anlagentechnik und Steuerung von FHR und SEMPA werden Wissenschaftler des IKTS für die Wafergrößen 200 und 300 mm plasma-gestützte ALD und ALE Prozesse untersuchen.

Finanzierung: SAB/EFRE

Projektzeitraum: Oktober 2018 bis September 2021

Projektpartner: TU Dresden, FHR Anlagenbau GmbH, FAP GmbH, SEMPA Systems GmbH

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PAR-ALD: Verminderung von Korrosion und Fouling in Wärmeübertragern durch vollständige Innenbeschichtung

Das Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme (IKTS) betreibt anwendungsorientierte Forschung im Bereich der Hochleistungskeramik. Dafür werden unter anderem verschiedene Dickschicht- und Dünnschichttechnologien genutzt. In der Arbeitsgruppe »Dünnschicht-Technologien« bestehen langjährige Kompetenzen bei der Chemischen Gasphasenabscheidung (CVD), Atomlagenabscheidung (ALD) und Physikalischen Gasphasenabscheidung (PVD). Arbeitsschwerpunkte waren bisher die Erforschung und Realisierung von Verschleißschutzschichten per CVD, die Erforschung und Realisierung von thermischen ALD-Abscheidungen für high-k-Dielektrika, die Beschichtung von Fasermaterialien zur Herstellung von Kompositwerkstoffen per ALD und CVD sowie die Erforschung und Realisierung von Barriereschichten per ALD und CVD sowie die Herstellung von gerichteten Carbon Nanotubes für verschiedene Anwendungsfelder. Für Forschungsarbeiten im Bereich der Dünnschichttechnologien stehen verschiedene Laboranlagen zur Verfügung. Dazu zählen eine thermische CVD-Apparatur sowie zwei ALD-Anlagen, eine Sputter-Apparatur und eine Beschichtungsanlage, die Prozesskombinationen von thermischen ALD und CVD erlaubt.

Die Atomlagenabscheidung (ALD) hat wegen fortschreitender Miniaturisierung in der Halbleitertechnologie eine sehr große Bedeutung. Aber auch außerhalb der Halbleitertechnologie erlangt die Atomlagenabscheidung aufgrund der hervorragenden oberflächenkonformen Schichtabscheidung eine immer größere Bedeutung in vielen verschiedenen Anwendungsfeldern.

Kristallisationsfouling in Wärmeübertragern ist ein relevantes Problem in einem großen Bereich der industriellen Stoff- und Energiewandlung. Die Folge von Foulingschichten an den wärmeübertragenden Flächen ist neben steigenden Druckverlusten eine reduzierte Apparateeffizienz der Wärmeübertrager durch mindestens einen zusätzlichen Wärmeleitwiderstand. In Abhängigkeit der beteiligten Prozessmedien besteht gleichzeitig die Gefahr einer wechselseitigen Verstärkung von Fouling- und Korrosionsprozessen und damit einer Schädigung der Apparate. Das Ziel des SAB-Projekts »PAR-ALD-Innenbeschichtung« besteht in einer Vermeidung von Fouling und Korrosion durch eine vollständige, hochkonforme Innenbeschichtung von Wärmeübertragern mit funktionellen Oberflächen. Am Fraunhofer IKTS soll im Rahmen des Vorhabens die Abscheidung von oxidischen, nichttoxischen Schichten mittels ALD hinsichtlich ihrer Eignung zur Verminderung von Korrosions- und Foulingerscheinungen untersucht werden. Da ALD-Abscheidungsprozesse über den Mechanismus der Chemisorption funktionieren, gestattet diese Abscheidungstechnologie die Beschichtung von extrem komplexen 3D-Geometrien.

Zuwendungsgeber: Sächsisches Staatsministerium für Wirtschaft, Arbeit und Verkehr

Förderkennzeichen: 100348915

Laufzeit: 16.03.2020 bis 31.03.2022

Projektpartner:

  • Technische Universität Dresden, Institut für Verfahrenstechnik und Umwelttechnik, Professur für Energieverfahrenstechnik, Dresden (EVT)
  • Fraunhofer-Institut für Organische Elektronik, Elektronenstrahl- und Plasmatechnik, Dresden (FEP)

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