Eine neuartige Dünnschicht- und Überprüfungstechnologie
Dünnschichten, oder Schichten mit einer Dicke im Nanomaßstab, sind inzwischen allgegenwärtig und finden in der Elektronik- und Schutzbeschichtungsindustrie immer häufiger Anwendung. In Anbetracht ihrer einzigartigen Eigenschaft, höhere Spannungen bewältigen zu können als silizium-basierte Elektronik, ihrer Beständigkeit bei hohen Temperaturen, ihrer Transparenz und Umweltfreundlichkeit sind Oxid-Dünnschichten inzwischen ein wesentlicher Schwerpunkt in der Elektronikindustrie. Europäische Forscher planten die Entwicklung eines neuartigen kosteneffizienten, flexiblen und nachhaltigen Verfahrens für die Dünnschicht-Abscheidung mithilfe von Fördermitteln für das 3D-DEMO-Projekt. Obwohl es zahlreiche Techniken für die Abscheidung von Dünnschichten gibt, ist die Fähigkeit multi-komponente Oxide mit 3D-Strukturierung während der Abscheidungungsphase in nur einem Schritt in großen Mengen herzustellen, derzeit unerreichbar aber gleichzeitig bedeutsam für zukünftige Geräteentwürfe. Forscher entwickelten die Dünnschichtabscheidung durch chemische Strahlepitaxie (CBE, Chemical Beam Epitaxy), um die 3D-Strukturierung in nur einem Schritt durchführen zu können. Die Ergebnisse wurden mit dem Verfahren des Laserstrahlverdampfens (PLD, Pulsed Laser Deposition) verglichen, das eine schnelle zuverlässige Entstehung von Dünnschichten, allerdings in kleineren Mengen, ermöglicht. Zusätzlich entwickelten Forscher eine Modifikation der optischen Rasternahfeldmikroskopie (NSOM, Near-field Scanning Optical Micrsoscopy), die heterodyne interferometrische NSOM (H-NSOM), um die Strukturierung und die optische Gleichmäßigkeit besser untersuchen zu können. Beim Metall-PLD von Dünnschichten zeigten sich problematisches elektromagnetisches Verhalten und eine raue unstabile Oberfläche bei hohen Temperaturen, welche zu Rissen führte. Dagegen waren die auf Magnesiumoxid (MgO) aufgebrachten CBE-Dünnschichten aus 101-ausgerichtetem Lithiumniobat (LiNbO3) gleichmäßiger und konnten bei geringeren Temperaturen aufgebracht werden, hier zeigte sich die Überlegenheit des CBE-Verfahrens. Wellenleiter, eine spezielle Art von elektromagnetischen Übertragungsleitungen, waren auch unter den getesteten Geräten. Zusätzlich zur erfolgreichen Einführung des CBE-Verfahrens für die Herstellung, wendeten die Forscher H-NSOM für eine bessere Bestimmung der spektralen Eigenschaften von LiNbO3/MgO-Dünnschicht-Wellenleitern an. Das Projekt 3D-DEMO entwickelte eine neue Technologie für die 3D-Strukturierung von Dünnschicht-Oxiden in einem einzigen Schritt sowie optische Mikroskopiemethoden für die Auswertung der spektralen Eigenschaften der Dünnschichten. Die Umsetzung der Ergebnisse könnte wichtige Auswirkungen auf die europäische Elektrogeräteindustrie haben, da dadurch Kosten verringert und Möglichkeiten zur Massenproduktion verbessert werden.
