Forschungsprojekt Neue Herstellungsmethode für ultradünne Metallfilme
So dünne Metallschichten zu produzieren ist, wie einen Floh auf die Spitze des Kölner Doms zu setzen. Mit einer modernen Methode und neuer Chemie soll es trotzdem gelingen.
Ein neues Verfahren für die Produktion von transparenten ultradünnen Metallschichten wollen Forscherinnen und Forscher der Bergischen Universität Wuppertal und der RUB entwickeln. Die Metallfilme könnten unter anderem als durchsichtige Kontaktschichten für Solarzellen und Leuchtdioden dienen. Die Deutsche Forschungsgemeinschaft fördert das Projekt mit 600.000 Euro für drei Jahre. Prof. Dr. Thomas Riedl vom Wuppertaler Lehrstuhl für Elektronische Bauelemente leitet das Vorhaben zusammen mit Prof. Dr. Anjana Devi aus der Bochumer Arbeitsgruppe Chemie Anorganischer Materialien.
Solarzellen und Leuchtdioden benötigen zum Betrieb elektrische Kontaktschichten, die Elektroden. Dabei muss mindestens eine der Elektroden nicht nur leitfähig, sondern auch teilweise lichtdurchlässig sein, um eine hohe Effektivität zu gewährleisten. Besonders dünne Metallfilme können diese Anforderungen erfüllen. Sie dürfen dazu jedoch nicht dicker als zehn Nanometer sein. „Im Größenvergleich mit dem Trägermaterial, auf das diese Schicht üblicherweise aufgebracht wird, entspricht das in etwa einem Floh, der auf der Spitze des Kölner Doms sitzt“, erklärt Thomas Riedl.
Eine einzige Lage Atome
In dem neuen Projekt wollen die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler die Atomlagenabscheidung, kurz ALD, nutzen, um die Metallfilme zu erzeugen. Mit dem Verfahren können sie große Flächen gleichmäßig beschichten, wobei auch Schichten möglich sind, die die Dicke einer einzigen Lage Atome besitzen. Für die Herstellung von keramischen Dünnschichten ist die ALD bereits industriell etabliert, für Metalle wie Silber und Kupfer hingegen noch nicht. In Vorarbeiten hat das Team des Lehrstuhls für Elektronische Bauelemente an der Bergischen Universität einen Anlagenprototyp zur plasmaunterstützten räumlich sequenziellen ALD bei Atmosphärendruck entwickelt.
Neue chemische Vorstufen benötigt
Eine wesentliche Herausforderung stellen die für die ALD erforderlichen chemischen Vorstufenmoleküle dar. „Diese müssen thermisch stabil sein, einen hohen Dampfdruck aufweisen und sich in Kombination mit einem geeigneten Reaktionspartner bei niedrigen Temperaturen vollständig in einen Metallfilm umwandeln“, sagt Nils Boysen, Doktorand in der Arbeitsgruppe Chemie anorganischer Materialien der RUB. Die Gruppe gehört zu den weltweit führenden für die Entwicklung und Synthese der Vorstufenmoleküle.
„Für die ALD von metallischen Dünnschichten sind bisher nur wenige chemische Vorstufen bekannt“, erläutert Anjana Devi. „Wir wollen neue geeignete Vorstufen entwickeln, um erfolgreich metallische Dünnschichten abscheiden zu können.“
Die enge Kooperation der beiden Arbeitsgruppen führte schon vor der genehmigten Förderung des Projektes zu einer Publikation in der Fachzeitschrift Angewandte Chemie und legte damit den Grundstein für das Forschungsprojekt und weitere Ergebnisse.
