Die Atomlagenabscheidung (Atomic Layer Deposition, ALD) ist eine etablierte Beschichtungstechnologie, die unter anderem bereits mit Erfolg in der Halbleiterindustrie eingesetzt wird. Das O2C-Lab arbeitet daran, diese Technologie auch für die optische Beschichtungsindustrie zugänglich zu machen. Im Fokus steht die Entwicklung von neuen Prozessen, Materialien und Effekten.

ALD ist ein chemisches Gasphasenverfahren zur Abscheidung von besonders dünnen Schichten. Das Potenzial für optische Anwendungen liegt vor allem in der exakten Kontrolle der Schichtdicke und der Möglichkeit, komplexe 3D-Strukturen gleichmässig zu beschichten. Seit 2020 verfügt RhySearch über eine eigene ALD-Anlage, mit der bereits zahlreiche industrielle und wissenschaftliche Projekte realisiert werden konnten.

Präzision auf atomarer Ebene
ALD ist ein chemisches Gasphasenverfahren zur Abscheidung von dünnen Schichten, das in den 1970er-Jahren entwickelt wurde und sich mittlerweile als Standardprozess in der Halbleiterproduktion etabliert hat. Mit ALD können unterschiedlichste Materialien hochpräzise abgeschieden werden. Ein typischer ALD-Zyklus besteht aus vier Schritten: Zunächst wird ein gasförmiger Precursor in die Beschichtungskammer eingebracht. Nach einer selbstlimitierenden Oberflächenreaktion erfolgt eine Spülung, um überschüssige Moleküle zu entfernen. Anschließend reagiert ein Korreagenz mit der Oberfläche, wodurch die gewünschte Schicht entsteht. Zum Schluss wird erneut gespült, bevor der Zyklus wiederholt wird. Durch dieses Verfahren lassen sich ultradünne, homogene Schichten mit hoher Wiederholgenauigkeit aufbauen.

Von EmerALD zu UniCoRN
Mit dem Innosuisse-Projekt EmerALD (Emerging ALD Technology for the Swiss Optics Industry) wurde 2024 ein Projekt abgeschlossen, in dem sechs Industriepartner zusammengearbeitet haben. Ziel war die Entwicklung kosteneffizienter, konformer ALD-Beschichtungen für Freiformoptiken. Im Rahmen dieses Projekts wurden neue Materialien evaluiert, Anwendungsszenarien getestet und erste marktfähige Prozesse etabliert.
Die vielversprechenden Erkenntnisse, die im Rahmen von EmerALD gesammelt wurden, fliessen nun in ein neues Innosuisse-Projekt ein, bei dem RhySearch gemeinsam mit zwei Industriepartnern den nächsten Schritt macht: UniCoRN (Uniform Coatings for 3D Optical Components by Reactive Nano-coating technique) hat das Ziel, eine innovative Batch-Plasma-Enhanced-ALD-Anlage zu entwickeln, mit der qualitativ hochwertige Beschichtungen erreicht werden können – sowohl auf grossen dreidimensionalen optischen Komponenten als auch zur gleichzeitigen Beschichtung vieler optischer Bauteile (Batch-Prozess). Dabei soll ein In-situ Optisches Überwachungssystem implementiert werden, um den Beschichtungsprozess noch präziser zu steuern.

Interdisziplinäre Entwicklungen erweitern die ALD-Anwendungsmöglichkeiten
Mit Projekten wie EmerALD und UniCoRN leistet RhySearch einen entscheidenden Beitrag zur Weiterentwicklung der ALD-Technologie und zur Stärkung der Innovationskraft der Schweizer Optikindustrie.
RhySearch arbeitet auch laufend mit weiteren Industrieunternehmen und akademischen Partnern an Entwicklungsprojekten und Prototypen. Neben dem Schwerpunkt Optik und der Entwicklung optischer Materialien arbeitet das O2C-Lab auch an neuen funktionellen Beschichtungen wie superhydrophoben und superhydrophilen Materialien, Schutzschichten und Materialien für die Mikroelektronik und Energiespeicherung (z.B. Akkumulatoren). Diese interdisziplinären Entwicklungen erweitern die Anwendungsmöglichkeiten der ALD-Technologie über den optischen Bereich hinaus.
Eine besonders enge Zusammenarbeit besteht mit dem Reinraum der OST – Fachhochschule Ostschweiz in Buchs, mit dem ein intensiver Austausch zu neuen Beschichtungsverfahren und Anwendungen stattfindet.

Projektlaufzeiten:

• EmerALD: 2020 - 2024, 6 lokale Industriepartner
• UniCoRN: 2025 - 2028, 2 lokale Industriepartner