Untersuchung des selektiven laserinduzierten Ätzens im Volumen von Saphir

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Ingomar Kelbassa, seit 8/2013
• Fachliche Zuordnung: Mechanische Eigenschaften von metallischen Werkstoffen und ihre mikrostrukturellen Ursachen ; Experimentelle Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung von 2013 bis 2017
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 237381150

Ultrakurz gepulste Laserstrahlung (t = 500 fs) wird in das Volumen von Saphir fokussiert. Durch nichtlineare Absorptionsprozesse wie Tunnel- und Multiphotonenabsorption im Fokusvolumen der Laserstrahlung wird Energie im Festkörper deponiert. Aufgrund von elektronischen und thermischen Prozessen führt dies zu einer Änderung der Materialstruktur und damit einhergehend zu einer Änderung der Materialdichte und des Brechungsindex. Die durch Femtosekunden-Laserstrahlung induzierten Modifikationen sind selektiv nasschemisch ätzbar, wohingegen das unmodifizierte Material von der Ätzflüssigkeit nahezu unbeeinflusst bleibt. Durch die schreibende Herstellung und den anschließenden Ätzprozess ist es denkbar, dass komplexe Hohlstrukturen im Inneren eines transparenten Materials gefertigt werden.In diesem Vorhaben soll durch eine systematische Variation der Prozessparameter das grundlegende Prozessverständnis zum selektiven laserinduzierten Ätzen (ISLE) von Saphir erarbeitet werden, um basierend auf einem identifizierten Prozessfenster und einem quantifizierbaren Vor-hersagemodell der Ätzbarkeit eine nachfolgende Verfahrensentwicklung für dreidimensionale Strukturen zu ermöglichen. Dabei wird zum einen die Auswirkung der Prozessparameter auf die Kristallstruktur, wie z.B. eine Amorphisierung, und zum anderen die Auswirkung auf die Ätzbarkeit von Saphir aufgrund der induzierten Modifikationen untersucht. Eine quantifizierbare Korrelation zwischen den applizierten Prozessparametern und der Ätzbarkeit, wie beispielsweise eine auftretende Deformation des Fokusvolumens aufgrund von sphärischen Aberrationen bei der Fokussierung, die Bildung von periodischen Nanostrukturen sowie das Auftreten von Wärmeakkumulation, sollen experimentell bestimmt werden. Zudem wird der Einfluss des bereits modifizierten Materials und der damit einhergehenden Brechungsindexmodifikation auf die nachfolgenden Pulse der La-serstrahlung untersucht, um den Einfluss der bereits induzierten Brechungsindexmodifikationen auf die Fokusgeometrie sowie das Absorptionsverhalten der Laserstrahlung beschreiben zu können. Bei diesem Vorhaben wird eine holistische Vorgehensweise gewählt, um eine nachfolgend zielgerichtete Verfahrensentwicklung für dreidimensionale Strukturen im Volumen von Saphir mittels des selektiven laserinduzierten Ätzens zu ermöglichen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Ehemalige Antragstellerin: Dr. Dagmar Schaefer, bis 8/2013