Mikrostrukturierung

Für die Erzeugung von Mikrostrukturen verfügen die Institute des Fraunhofer-Verbunds Light & Surfaces über vielfältige Strukturierungstechniken und –verfahren. Neben klassischen lithographischen Techniken sind hier vor allem die laserbasierten Mikrostrukturierungsverfahren mit Nanosekundenlasern, zunehmend aber auch Pikosekunden- und Femtosekundenlasern zu nennen. Vor allem letztere eröffnen durch die beinahe athermische Verfahrensführung vielfältige Anwendungsmöglichkeiten in unterschiedlichen industriellen Bereichen.

Laser-Mikrostrukturieren

Bedingt durch die einzigartigen Prozesscharakteristika, wie dem verdampfungsdominierten Materialabtrag, sowie dem minimalen Wärmeeintrag ins Werkstück können mikro- und nanoskalige Strukturen auf nahezu beliebigen Oberflächen erzeugt werden. Insbesondere im Themenfeld der funktionalen Oberflächen für tribologische, optische oder biologische Anwendungen ist diese Art der Strukturierung Grundlage für zukünftige Produkte aus zahlreichen Industriezweigen. Durch den Einsatz spezieller Interferenzoptiken können selbst Nanostrukturen mit Abmessungen unterhalb des eigentlichen Fokusdurchmessers hergestellt werden, die sich für Anwendungen in der Sicherheitstechnik eignen.

Ultrakurzpulslaser mit Pulsdauern von wenigen Piko- oder Femtosekunden besitzen hohes Einsatzpotenzial zur hochpräzisen Strukturierung von verschiedenen Materialien, insbesondere von Metallen, Gläsern, Halbleitern und biologischem Gewebe. Die an den Instituten Fraunhofer ILT und Fraunhofer IOF entwickelten Ultrakurzpulslasersysteme bieten hohe Pulswiederholraten bei hoher Leistung und hervorragender Strahlqualität. Die vom Produktionsprozess geforderten kurzen Prozesszeiten lassen sich somit realisieren.

Die umfangreiche und moderne Ausstattung sowie das fundierte Know-how, insbesondere an den Fraunhofer-Instituten Fraunhofer ILT, Fraunhofer IOF und Fraunhofer IWS zur Ultrakurzpulsbearbeitung ermöglichen angewandte Forschung zur Mikro- und Feinbearbeitung mit Laserstrahlen für die Miniaturisierung von Funktionselementen im Maschinen-, Anlagen-, Fahrzeug- und Gerätebau sowie in der Bio- und Medizintechnik.

Lithographische Mikrostrukturierung

Neben den laserbasierten Mikrostrukturierungsverfahren bieten die Institute darüber hinaus weitere Technologien zur Erzeugung funktionaler Oberflächen und Komponenten. So erlaubt die am Fraunhofer IOF vorhandene technologische Basis, wie z. B. Photo-,  Laser- oder Elektronenstrahllithographie sowie reaktives Ionenätzen, die Fertigung und Charakterisierung von High-End mikro- und nanooptischen Elementen höchster Auflösung auf bis zu 12"-Substraten, auch auf gekrümmten Oberflächen.

Dünnschicht-Strukturierung

Am Fraunhofer IST werden Dünnschichtsensoren für die Messung von Kraft und Temperatur in stark belasteten Zonen entwickelt. Basis für die Sensorik sind die piezoresistiven Eigenschaften von diamantähnlichen Kohlenstoffschichten (DLC). Die Sensorschichten werden direkt auf das Werkzeug oder Bauteil aufgebracht und mittels Laser oder Photolithografie strukturiert.

Am Fraunhofer IPM können Sensoren in Bulk- oder Hotplate-Technologie durch Tiefenstrukturierungen von einigen Mikrometern mittels RIE- und ICP-Ätzanlagen oder nasschemischen Ätzprozessen hergestellt werden. So lassen sich beispielsweise Feuchte-, Temperatur- und Gassensorik auf einem Chip integrieren. Mikrostrukturierte Oberflächen ermöglichen modulierbare IR-Strahler, beispielsweise für mikrooptische Anwendungen.

OLED-Technologie

Am Fraunhofer FEP liegt dagegen eine große Erfahrungsbasis auf dem Gebiet der Verarbeitung organi­scher Halbleiter-Materialien vor, aus denen mittels Beschichtung und Mikrostrukturierung organische Leuchtdioden (OLED) und OLED-Mikrodisplays entwickelt werden. Die Strukturierung organischer Schichten stellt eine der größten Herausforderungen dar, die mittels Elektronenstrahltechnologie am Fraunhofer FEP realisiert werden kann. Elektronenstrahl-Mikrostrukturierung ermöglicht es, die OLED-Emission direkt hochauflösend zu strukturieren oder über einen thermischen Eintrag Material lokal zu verdampfen.