Dünnschichtprüfung

Charakterisierung von Dünnschichten mittels Wirbelstromprüfverfahren

Funk­tio­na­le Dünn­schich­ten auf GlasFo­li­e 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.

Transparente Leitfähige Dünnschichten

Schichtwiderstandsbestimmung

Berühungslose Messung von Schichtwiderstand und Schichtdicke

Einzelpunkt-, Mapping- und Inline-Messgeräte

Leitfähigkeitsmapping

Berührungslose Messung der Leitfähigkeit von Volumenmaterialien  

Optische Transparenz

 

Simultane Messung der elektrischen Leitfähigkeit und optischen Transparenz

Anisotropie

Messung des anisotropen Schichtwiderstand von Draht- und Netzstrukturen 

Messung von Schichtwiderstand

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. 

SURAGUS-Schichtwiderstand

Ap­pli­ka­tio­nen der Schicht­wi­der­stand Mes­sung

Leitfähige flächige Funktionsschichten werden in zahlreichen Branchen verwendet. Verbreitete Materialien für sind:

Trans­pa­ren­te Elek­tro­den Me­tal­li­sche Elek­tro­den
  • TCO (ITO, FTO, AZO, ATO)
  • CNT (Koh­len­stoff Nan­odräh­te)
  • Me­tal-Nan­odräh­te, Git­ter­net­ze, dün­ne Me­tall­fil­me im nm-Be­reich
  • Gra­phen-Schich­ten
  • Na­no­par­ti­kel Schich­ten
  • Alu­mi­ni­um
  • Mo­lyb­dän
  • Zink
  • Sil­ber
  • Gold
  • Kup­fer
  • Ti­tan
  • Ma­gne­si­um
  • Le­gie­run­gen

 

 

 

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.

Eddy current testing of conductive printed test structures
Wafer mit Dickenschwankungen und Rissen

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. 

graphic_optical-transparency-sheet-resistance.png

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.

SURAGUS_Hybrid_Systeme_Schichtwiderstand_und_optische_TRansparenz.png

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 von 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
Anisotropie 2.png

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.

Martina Grießbach Leiterin Dünnschichtprüfung
Stephan Adam
Leiter Dünnschicht-Prüfung

+49 (0) 351 32 111 521
info@suragus.com

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Weitere Information eingeben
Welcher physikalische Parameter soll charakterisiert werden? Schichtwiderstand Schichtdicke von leitfähigen Schichten
Zusatzmessung Optische Transparenz Anisotropie Substratdickenmessung
Welchen Messgerättyp suchen Sie? Einzelpunktmessgerät Mapping Messgerät In-line System
Randbedingungen

wie Glas, Folie, Wafer

(in Ohm/sq)

Kommentar

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