Ziel der Entwicklung
Gegenstand des Projektes war die Entwicklung einer Technologie zur Herstellung von flachen Dotierungsprofilen (< 50 Nanometer) in Verbindungshalbleitern mittels einer innovativen Kurzzeittemperanlage (Flash Lamp Anealing). Insgesamt vier Xenon-Blitzlampen liefern eine Strahlungsleistung bis zu 10.000 Watt pro Quadratzentimeter innerhalb von 500 Mikrosekunden bis 3 Millisekunden Impulsdauern. Absorbierende Materialschichten können je nach Schichtaufbau und -dicken in dieser kurzen Zeit auf Temperaturen bis 1.000 Grad Celsius erhitzt werden. Dagegen erwärmt sich die Rückseite des Substrates bzw. des Materials (wafer) deutlich geringer. Die Temperaturführung für Dotierungssprozesse lassen sich über die Prozessparameter Energiedichte und Impulsdauer sowie über die Vorheiztemperatur gezielt einstellen. Unmittelbar nach der kurzeitigen Aufheizung setzt im Schichtaufbau ein ebenso schneller Abkühlungsprozess der Proben über die Wärmeleitung ein, so dass flache Dotierungsprofile entstehen können.
Vorteile und Lösungen
Mit dem entwickelten Kurzeitemperprozess lassen sich prinzipiell zum Beispiel drei Mikrometer dünne Absorberschichten für Dünnschichtsolarzellen modifizieren. In einem A3B5-Halbleiter (p-InP) wurde mittels der Kurzzeittempertechnologie die Erzeugung von flachen Zink-Dotierzonen (< 50 Nanometer) demonstriert. Diese Technologie zur Erzeugung flacher Dotierungsprofile in A3B5-Halbleitern stellt einen großen Fortschritt gegenüber der bisher einzig verwendeten Implantationstechnologie dar. In einem Demonstrator auf der Basis von hochdotiertem InP:Zn-Substraten wurde eine oberflächennahe Zinkkonzentration von 10^21 cm^-3 innerhalb einer Eindringtiefe von 50 Nanometer erreicht.
Zielgruppe und Zielmarkt
Kurzzeittemperverfahren mittels gepulsten Xenon-Blitzlampen erlauben es, dass innovative Dünnschichttechnologien, wie zum Beispiel Aufsprühen und Drucken, zur Oberflächenveredelung und zur Herstellung von gedruckter Elektronik auf organischen und wärmeempfindlichen Trägermaterialien (Polymerfolien, Papier) in Rolle-zu-Rolle-Prozessen eingesetzt werden können. Innerhalb von Milli- und Mikrosekunden lassen sich gezielt die elektrischen, optischen und mechanischen Eigenschaften von „kalt“ aufgetragenen Funktionsschichten einstellen oder optimieren. Aktuell besteht großes Interesse in der Glasbeschichtungsindustrie, mittels Xenon-Blitzlampen thermische Nachbehandlungen durchzuführen, um zum Beispiel optische und elektrische Eigenschaften von TCO-Materialien auf großflächigen Glasscheiben gezielt zu verbessern. Dieses Verfahren bietet die Möglichkeit einer erheblichen Reduzierung von Energie- und Anlagenkosten gegenüber den konventionellen Ofentemperverfahren.