LaNa-Sax

LaNa-Sax

Erzeugung superharter amorpher und komplexer kristalliner dünner Schichten mittels Burst-Modus-Femtosekunden-Laserpulsabscheidung

Das Teilprojekt widmete sich der technischen Umsetzung, experimentellen Nutzung und systematischen Weiterentwicklung laserbasierter Beschichtungsverfahren unter besonderer Berücksichtigung von Prozessstabilität, Schichtqualität und Partikelreduktion. Zentrales Arbeitspaket war zunächst der umfangreiche Umbau und die Verlagerung einer bestehenden Beschichtungsanlage an den Standort eines Burst-Modus-Femtosekundenlasers. Neben der Neuinstallation der Gas-, Kühl- und Steuerinfrastruktur umfasste dies den vollständigen Neuaufbau des Laserstrahlengangs, die Anpassung des Sicherheitskonzepts sowie eine umfassende technische Requalifizierung der Anlage. Nach erfolgreicher Inbetriebnahme konnten erste Prozesstests durchgeführt werden, die die grundsätzliche Funktionalität bestätigten.

Darauf aufbauend wurden systematische Parameterstudien zur Abscheidung dünner Kohlenstoffschichten durchgeführt. Untersucht wurden Abtragsraten, Schichtwachstum, Härte, Morphologie und Stöchiometrie in Abhängigkeit verschiedener Burst-Modi. Mit der Integration eines leistungsstärkeren Lasers konnten zusätzliche Prozessfenster erschlossen werden. Dabei traten leistungsabhängige Effekte wie Veränderungen am Einkoppelfenster und Inhomogenitäten im Targetabtrag auf, die analysiert und prozessseitig minimiert wurden.

Die gewonnenen Erkenntnisse flossen unmittelbar in weiterführende Untersuchungen zur Abscheidung von Li₇La₃Zr₂O₁₂-Schichten ein. Da der Burst-Modus nicht die erwartete Partikelreduktion zeigte, wurde für vertiefende Studien auf eine Spintronik-PLD-Anlage gewechselt. Nach umfassender Überholung, Erweiterung und Optimierung – insbesondere des Magnetfilterungsmoduls – konnten schließlich nahezu partikelfreie Borcarbidschichten reproduzierbar hergestellt werden. Insgesamt belegt das Teilprojekt die erfolgreiche Weiterentwicklung der Anlagentechnik sowie ein vertieftes Prozessverständnis, das eine belastbare Grundlage für zukünftige material- und anwendungsspezifische Beschichtungsstudien schafft.