Atomlagenabscheidung

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Funktionsnachweis der Technologie im Labor(-maßstab) auf Systemebene

Beschreibung

Die Atomlagenabscheidung ist bereits seit den 1970er bekannt. Wurde die Technologie ursprünglich unter dem Namen Atomlagenepitaxie (atomic layer epitaxy, ALE) geführt und mit dem Ziel entwickelt, hochwertige Schichten auf großflächigen Substraten beispielsweise für Dünnfilmelektrolumineszenz-Displays (TFEL) herzustellen, gewinnt sie heute auch in der Automobilindustrie an Bedeutung.

Bei der Atomlagenabscheidung handelt es sich um ein verändertes CVD-Verfahren, bei dem die Reaktanten in eine Vakuumkammer geleitet werden. Während die CVD auf einer Reaktion zweier reaktiver chemischer Vorstufen in der Gasphase beruht, die sich als Produkt auf einem Substrat abscheiden, wird der Prozess im Falle der ALD in einer zyklischen Weise bzw. in separate Stufen aufgeteilt. Ein Wachstumszyklus umfasst dabei normalerweise die vier Schritte „Einwirkung der ersten Vorstufe“, „Spülen der Reaktionskammer“, „Einwirkung der zweiten Vorstufe“ und „Zweites Spülen der Reaktionskammer“. Dieser Zyklus wird so oft wiederholt bis die gewünschte Filmdicke erreicht ist.

Mittels ALD können neuartige Nanostrukturen erzeugt und zusätzliche physikalische Eigenschaften (z.B. optische Aktivität oder mechanische Stabilität) in bestehende Nanostrukturen eingebracht werden. Im Kontext der Automobilindustrie forscht das Startup Forge Nano unter dem Begriff „Atomic Armor“ an der Skalierung der ALD-Technologie und plant konkret den Bau einer Fabrik im Gigawattstunden-Maßstab, in der ab 2026 entsprechend beschichtete Batteriezellen produziert werden sollen. Durch Anwendung der ALD-Technologie sollen die Energiedichten von Batteriezellen erhöht, ihre Sicherheit verbessert und ihre Lebensdauer verlängert werden. Seitens der Automobilhersteller ist der Volkswagen-Konzern seit 2019 mit 10 Millionen US-Dollar in das Startup investiert.

Chancen
  • Präzise kontrollierbarer Beschichtungsvorgang hinsichtlich Dicke und Zusammensetzung
  • Möglichkeit zur Erzeugung neuartiger Nanostrukturen mit zusätzlichen physikalischen Eigenschaften
  • Im Hinblick auf die Beschichtung von Batteriezellen kann die ALD-Technologie zur Erhöhung der Energiedichte, Verbesserung der Sicherheit und Verlängerung der Lebensdauer beitragen
Herausforderungen
  • Forschungen auf dem Gebiet der Nanostrukturen und im Speziellen bei der Atomlagenabscheidung stehen noch am Anfang
  • Wichtige Parameter, wie die tatsächliche Prozessdauer, Möglichkeiten der Materialauswahl und Beschränkungen hinsichtlich des Substrats, stellen sich ggf. erst bei der Fertigung im industriellen Maßstab heraus
Quellen:

Trend

[dazugehoerige-techprozesstrends]
[dazugehoerige-techprodukttrends]
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Funktionsnachweis der Technologie im Labor(-maßstab) auf Systemebene