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Plasma-Enhanced LTPS-Annealing

Das hier vorgestellte Verfahren bietet eine Effizienzsteigerung bei der Lasereinkopplung zur Kristallisierung einer amorphen Halbleiterschicht. Eine Effizienzsteigerung wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass ein Laserstrahl mit homogen ausgeleuchtetem Strahlquerschnitt in Wechselwirkung mit einem Normaldruckplasma, z.B. in Form einer Plasmaschicht, in unmittelbarer Nähe zum Werkstoff tritt.

Problemstellung

Für die möglichst effiziente und kostengünstige Herstellung von Bildschirmen mittels Low Temperature Poly Silicon (LTPS) Verfahren mit Bildschirmdiagonalen größer 42 Zoll im industriellen Maßstab, ist es erforderlich den Kristallisationsprozess von amorphen Silizium möglichst homogen auf einer möglichst großen Fläche mit gleichzeitig möglichst geringem Energieeintrag in das Trägermaterial zu realisieren. Die Zielsetzung der vorgestellten Erfindung war deshalb, die Strahlungsenergie des Lasers effizienter innerhalb der zu bearbeitenden Halbleiterschicht in thermische Energie umzuwandeln, um so eine großflächige Prozessierung auch ohne kostenintensive und aufwendige Optik- und Hochleistungs-Lasersysteme zu ermöglichen.

Unsere Lösung

Es konnte gezeigt werden, dass bei einem Annealingprozess, bei dem zusätzlich zur Laserstrahleinwirkung ein mit der Halbleiteroberfläche und dem Laserstrahl wechselwirkendes Normaldruckplasmas bereitgestellt wird, eine deutliche Effizienzsteigerung bei der Umwandlung der Strahlenenergie des Laserstrahls in Wärmeenergie innerhalb der belichteten Halbleiterschicht realisiert werden kann. Dabei ist es hilfreich, dass die Plasmaschichtdicke nicht größer als 5 mm und die Elektronendichte sehr viel kleiner als die cut-off Dichte für die entsprechende Laserwellenlänge ist, um verlustbehaftete Wechselwirkungen zwischen dem Laserstrahl und dem Plasma bei kleiner 1 % zu halten.

Vorteile

  • Effizienzsteigerung und Kostenreduzierung bei der Herstellung von großen LTPS-Bildschirmen
  • Reduzierung der Laserintensität bei gleichzeit homogenerer Verteilung der Kristallstruktur
  • Nachrüstbar an bestehenden Anlagen
  • Arbeiten unter Normaldruck (keine Niederdruckkammern notwendig)

 

Anwendungsbereiche

Herstellung von großflächigen auf polykristallinem Silizium basierenden technischen Bauteilen wie beispielsweise TFT-Dünnfilmtransistoren.

 

Entwicklungsstand

Funktion nachgewiesen.

 

Patentsituation

Deutsches Patent: DE102009050680B4
Koreanisches Patent: KR101736520B1

Patentmitinhaber:
Hochschule für angewandte Wissenschaft und Kunst Hildesheim/Holzminden/Göttingen (HAWK)

 

Weiterführende Informationen

Increase in Generation of Poly-Crystalline Silicon by Atmospheric Pressure Plasma-Assisted Excimer Laser Annealing, Gredner et al., Journal of Materials Science and Engineering (2013).

Plasma-Enhanced Laser Materials Processing, Gerhard, Viöl, Wieneke, (2016), DOI: 10.5772/61567

 

Kontakt

Dr. Ireneusz Iwanowski
Lizenzmanager Physik, Technologie und Software
E-Mail: iiwanowski(at)sciencebridge.de
Tel.: +49 (0) 551 30 724 153
Referenz: CPA-1240-LLG

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