Si-Optik - Ultrapräzise Silizium Optik - Jena

Die WK-Potenzial-Initiative

Optische Hochleistungskomponenten adressieren zunehmend den gesamten Spektralbereich von kürzeren Wellenlängen (Röntgen) bis hin zu längeren Wellenlängen (Infrarot). Dies ist u. a. durch die Erweiterung der optischen Materialbasis möglich, wobei insbesondere die Silizium-basierte Halbleiteroptik eine bedeutende Rolle spielt.

Im Rahmen der WK-Potenzial-Initiative Si-Optik arbeiten drei mittelständische Unternehmen aus der Optik-Region Thüringen – asphericon GmbH, LAYERTEC GmbH und POG Präzisionsoptik Gera GmbH – gemeinsam mit dem Fraunhofer-Institut für Angewandte Optik und Feinmechanik IOF an der Entwicklung von Teilprozessen einer durchgängigen regionalen Technologieplattform zur Darstellung ultrapräziser Silizium-basierter Komponenten und Systeme. Die drei beteiligten Unternehmen verfügen über langjährige Erfahrungen bei der Bearbeitung und Vergütung von refraktiven und reflektiven Optiken im Spektralbereich von UV (ultraviolett) bis NIR (near infrared). Zum Leistungsspektrum gehören bereits heute anspruchsvolle Optiken, wie z. B. Asphären in Glas. Das Fraunhofer IOF erforscht und entwickelt innovative Lösungen im Bereich der optischen Systemtechnik und besitzt eine langjährige Kompetenz in der Ultrapräzisionsbearbeitung von Metall- und Halbleiterwerkstoffen sowie deren Beschichtung.

Die Ziele

Im Rahmen des Projekts erfolgt der Aufbau und die Verstetigung einer Technologieplattform zur Herstellung von Hochleistungs-Silizium-Optiken im Stückzahlbereich von 5 - 2.500 pro Jahr für unterschiedliche Anwendungsgebiete, insbesondere aber für die Märkte Sicherheits- und Wehrtechnik, Luftfahrt und Astronomie sowie Lithografie. Die Plattform ermöglicht die Herstellung kompakter Silizium-Optiken als reflektive (Spiegel), refraktive (Linse) oder diffraktive (Gitter) Elemente. Entscheidend ist, dass die Technologieplattform hinsichtlich der unterschiedlichen Technologien möglichst flexibel die Spezifikationen der Hochleistungskomponenten erfüllt.

Ein wesentliches Projektziel besteht im Transfer von Kerntechnologien des Fraunhofer IOF zu den beteiligten KMU, die an die speziellen Silizium-bezogenen Fertigungsprozesse zu adaptieren sind. Im Laufe des Projekts wird die Technologieplattform in die Prozess- und Produktportfolios der Projektpartner integriert und dient demzufolge der mittel- und langfristigen Erschließung neuer Märkte auf dem Gebiet der multispektralen Optik.

Die Plattform dient vor allem dazu, die Kompetenz der KMU hinsichtlich Präzision in Form bzw. Rauheit und hinsichtlich der Herstellung kostengünstiger Optiken weiterzuentwickeln. Damit sind die Unternehmen in der Lage, Kundenwünsche in Richtung hybrider optischer Elemente zu erfüllen und beispielsweise kompaktere Systeme im Infrarotbereich für sensorische, sicherheits- und messtechnische Applikationen bereitzustellen.

Die Projekte

Innerhalb der Technologieplattform kann der Werkstoff Silizium abhängig von der spezifizierten Oberflächenqualität mittels ultrapräziser Formgebung durch Diamantwerkzeuge bearbeitet werden. Neben der Ultrapräzisionsbearbeitung werden weitere Technologien genutzt, wie etwa das Magnetronsputtern zur Schichtaufbringung, das hochwertige Polieren zur Rauheits- und Formkorrektur sowie verschiedene Vergütungsverfahren zur Aufbringung von Antireflexionseigenschaften. Folgende zwei Prozessketten werden adressiert:

  • Transmissionsoptiken:
    Für transmittive Silizium-Optiken hoher Präzision und Reproduzierbarkeit ist die technologische Kette dahingehend zu etablieren, dass eine deterministische Bearbeitung in allen Fertigungsschritten erfolgt. So ist beispielsweise der hohe Werkzeugverschleiß während der Bearbeitung von Silizium durch eine spezielle amorphe Silizium-Dickschicht grundsätzlich zu verbessern. Weiterhin besteht ein großer Bedarf diffraktive Strukturen zu integrieren, um die Anzahl der Bauelemente in einem System zu reduzieren.
  • Reflexionsoptiken:
    Für reflektive Optiken müssen einerseits Qualitätsgrenzen diamantgedrehter und polierter Oberflächen überwunden werden, andererseits liegt mit der Silizium-Oberfläche ein für optische Funktionsbeschichtungen stabiles und vorteilhaftes Material vor. Polier- und Korrekturtechniken können synergetisch genutzt werden.

Im Projekt werden folgende Basistechnologien grundlegend bezogen auf die Silizium-basierte Optik erforscht und im Hinblick auf Reproduzierbarkeit entwickelt und verknüpft:

  • Ultrapräzisionsbearbeitung
  • Schleif- und Polierverfahren
  • chemisch-mechanisches Polieren zur Formkorrektur
  • Beschichtungstechniken (Magnetronsputtern)
  • Strukturierung diffraktiver Elemente
  • Montagetechniken

Die Partner

Kontakt

Dr. Ramona Eberhardt
Fraunhofer-Institut für Angewandte Optik und Feinmechanik IOF
Albert-Einstein-Str. 7
07745 Jena
Tel.: (03641) 80 73 12
Fax: (03641) 80 76 04
E-Mail: ramona.eberhardt[at]iof.fraunhofer.de
www.iof.fraunhofer.de 


Laufzeit: 01.01.2010-30.04.2012