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Dünnschichtprüfung – Charakterisierung von Dünnschichten mittels Wirbelstromprüfverfahren
Funktionale Dünnschichten auf Glas, Folie und Wafer werden für vielfältige Anwendungen benötigt. Die eingesetzten Schichten und Schichtsysteme wandeln sich aufgrund der wachsenden Anforderungen und dem Bedarf. Wesentliche Zielstellungen sind:
- Leistungsfähigeren Schichtsystemen je nach Funktion (z.B. höhere Transparenz bei niedrigem Widerstand, bessere Emissivität)
- Erhöhung der Schichthomogenität
- Materialkostensenkungen durch Prozessoptimierung/-regelung
- Optimierung der Prozessdurchlaufzeit und Maschinenauslastung
- Steigerung der Substratgröße und Abscheidegeschwindigkeit
Zur Erreichung dieser Ziele bietet SURAGUS Inline- und Offline-Schichtcharakterisierungssysteme an. Wesentlicher Fokus liegt auf der Bestimmung des Schichtwiderstands, der Schichtdicke von Metallschichten und in vielen Fällen die parallele Messung der optischen Eigenschaften und der elektrischen Leitfähigkeit.
Eine Übersicht über die Anwendungen finden Sie hier für folgende Branchen:
- Halbleiter
- Gedruckte Elektroniken
- Transparente leitfähige Materialien
- Glas
- Touchscreens und Flachbildbildschirme
- OLED und LED
- Smarte Gläser
- Transparente antistatische Folien
- Photovoltaik
- Enteisen und Heizen
- Batterien und Brennstoffzellen
- Verpackungsmaterialien
Messung des Schichtwiderstands
Der Schichtwiderstand einer elektrisch leitfähigen Schicht wird mittels berührungslosem Wirbelstromverfahren gemessen.
Der Schichtwiderstand, oft auch als Flächenwiderstand bezeichnet, beschreibt die Fähigkeit einer quadratischen Schicht einen bestimmten Strom zu leiten. Dieser Eigenschaft ist der wichtigste Qualitätsparameter für Flächenelektroden und wird während der Schichtherstellung oder für die Qualitätssicherung von leitfähigen Dünnschichten bestimmt. Der Schichtwiderstand wird in Ohm/sq oder OPS angegeben, um eine Unterscheidung zum spezifischen Widerstand, welcher in Ohm angeben wird, zu erreichen.
Applikationen der Schichtwiderstand Messung
Leitfähige flächige Funktionsschichten werden in zahlreichen Branchen verwendet. Verbreitete Materialien für sind:
| Transparente Elektroden | Metallische Elektroden |
|---|---|
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Optimierungspotenziale
Kosten
- Günstigere Materialien und Materialkombinationen
- Größere Substratgrößen / Lückenlose Produktion / R2R
- Höherer Machinendurchsätze durch höhere Abscheideraten / Wachstumsrate
- Kostengünstigere Prozesse: Atmosphärendruck, niedrige Temperatur
- Optimierte Material / Zielnutzung
Widerstand
- Werkstoff Variation / kombinierter Schichten
- Zusätzliche Schichtbehandlung
- Dotieren
- Tempern / Annealen / Ausheizen
- Anisotrope gemäß Layout
SURAGUS bietet mit der EddyCus TF Serie Qualitätssicherungssysteme für die Ermittlung der elektrischen Leitfähigkeit an. Dazu wird die berührungsfrei arbeitende Wirbelstromtechnologie genutzt, um empfindliche oder verkapselte Schichten zu messen. Die Prüftechnik ist dabei automatisierbar und wird individuell den Kundenbedürfnissen angepasst.
Die Nutzung der Systeme erlaubt die
- Überwachung des Schichtwiderstandes und der Homogenität
- Maximierung des Maschinendurchsatzes
- Verringerung des Materialeinsatzes (hohe Targetausbeute)
- Wareneingangs-/Warenausgangskontrolle
Übersicht Produkte Schicht- und Flächenwiderstand
Leitfähigkeitsmapping und Fehlerstellenidentifikation von Dünnschichten
Leitfähige Schichten dienen in verschiedenen Applikationen als:
- Elektrische Funktionsschicht
- Mechanische Schutzschicht
- Chemische Funktionsschicht (z.B. Passivierung oder Aktivierung)
- Optische Schicht.
Mittels ortsaufgelöster Wirbelstromprüfung und/oder Impedanzspektroskopie können elektrische, dielektrische und ferromagnetische Eigenschaften analysiert und die Homogenität von Schichten bewertet werden. Neben der Homogenität deuten detektierte lokale Leitfähigkeitssenken auf Schichtdefekte hin.
Anwendung finden die Systeme in u.a. bei der Detektierung von:
- Schichtdickenschwankungen
- Schwankungen der Materialzusammensetzung z.B. Oxidgehaltsänderungen
- Änderungen von Gefüge und Spannungszuständen
- Rissen, Brüchen, Einschlüssen und Störstellen
- Starken Delaminationen
Besonders sensitiv ist das Wirbelstromverfahren für Effekte, welche den induzierten Stromfluss lateral unterbrechen. So lassen sich auch sehr kleine Risse detektieren.
Die Nutzung der Systeme erlaubt die Qualitätssicherung für
- Wareneingangskontrolle und Vermeidung unnötiger Produktionskosten
- Vermeidung von Fehlerfolgekosten
- Sicherstellung der Funktionalität
- Erkennung von potentiellem Materialversagen
Produktübersicht Leitfähigkeitsmapping
Optische Transparenz und Schichtwiderstand messen
Die optische Transparenz beschreibt die Fähigkeit von Licht einer bestimmten Wellenlänge (typischerweise im sichtbaren Bereich) eine bestimmte Stoffschicht zu durchdringen, ohne reflektiert, absorbiert oder gestreut zu werden. Sie wird in % der Intensität des auf die Schicht eingestrahlten Lichts gemessen.
Eine andere Möglichkeit die optische Transparenz (OT) zu beschreiben ist die optische Dichte (OD), die durch Verwendung der folgenden Formel berechnet werden kann: OD = -log_10OT
Die Qualität einer transparenten Elektrode wird beschrieben durch die elektrischen und optischen Eigenschaften. Daher sind für die Entwicklung und die Qualitätssicherung transparenter leitfähiger Schichten immer beide Kenngrößen von Bedeutungen. Der technologische Trend führt dabei zu immer besser leitfähigen Schichten mit sehr hoher optischer Transparenz. Da oft beide Größen gemessen werden müssen und die Messung mittels mehreren Messsystemen zeitaufwändig, kapital- und platzintensiv ist, wurde die EddyCus hybrid Serie als Universalprüfsystem entwickelt.
Anwendungen
Viele Arten funktioneller Schichten müssen transparent für sichtbares Licht sein:
- Transparente Elektroden
- optische Schichten
- Kratzschutzschichten
- Barriereschichten
- beschichtete Polymerfolien
- leitfähige Polymere
- Low-E-Beschichtungen
Der technologische Trend führt dabei zu immer besser leitfähigen Schichten mit sehr hoher optischer Transparenz.
Nutzung der Systeme
Die berührungslos messenden Schichtwiderstandsmessungsgeräte von SURAGUS können mit einem zusätzlichen Sensor zur Messung der Lichtdurchlässigkeit bei einer Einzelwellenlänge oder mit Spektralen Messeinheiten ausgestattet werden. Diese kombinierten Hybrid-Messvorrichtungen ermöglichen die schnelle und einfache Messung des Schichtwiderstandes und der optischen Transparenz.
Produkte zur Messung von Schichtwiderstand und optischer Transparenz
Messung der Schichtwiderstand-Anisotropie
Die Schichtwiderstands-Anisotropie beschreibt eine Änderung des Schichtwiderstands einer dünnen Schicht in Abhängigkeit von der Stromflussrichtung. Die Anisotropie des Schichtwiderstands beruht direkt auf einer elektrischen Anisotropie der leitfähigen Dünnschicht.
So kann zum Beispiel die Leitfähigkeit einer Schicht aus einheitlich gerichteten Nanodrähten kann sehr hoch in Längsrichtung der Drähte sein, senkrecht dazu jedoch wesentlich geringer.
Elektrisch anisotrope Schichten sind äußerst interessant, da diese eine bestimmte Leitfähigkeit in eine gewünschte Vorzugsrichtung gewährleisten und gleichzeitig durch weniger Materialeinsatz eine hohe optische Transparenz der Schicht beibehalten.
SURAGUS produziert und vertreibt vielseitig einsetzbare, berührungslose Prüfgeräte für elektrische Anisotropie und optische Transparenz. Die berührungslose Messung der Schichtwiderstand-Anisotropie bietet eine genaue und tiefgreifende Analyse der Richtung, Ausprägung und Qualität der elektrischen Anisotropie. Die abgeleiteten Ergebnisse erlauben eine erweiterte Analyse des Produktionsprozesses, schnelle Prozesskontrolle und zuverlässige Qualitätssicherung.
Anwendungen
Die Messung der elektrischen Anisotropie ist dort relevant, wo die hohe Leitfähigkeit einer dünnen Schicht in eine bestimmte Richtung gewährleistet sein soll und dabei eine hohe optische Transparenz der Schicht erhalten bleiben soll.
Dies ist besonders wichtig für:
- transparente Elektroden
- organische Photovoltaik
- Touchscreens
- Displays
- Smart-Glass
- Enteisungsschichten
Nutzung der Systeme
SURAGUS produziert und vertreibt vielseitig einsetzbare, berührungslose Prüfgeräte für elektrische Anisotropie und optische Transparenz. Die berührungslose Messung der Schichtwiderstand-Anisotropie bietet eine genaue und tiefgreifende Analyse der Richtung, Ausprägung und Qualität der elektrischen Anisotropie. Die abgeleiteten Ergebnisse erlauben eine erweiterte Analyse des Produktionsprozesses, schnelle Prozesskontrolle und zuverlässige Qualitätssicherung.
