Navigation

 
 

Star

Strahlungsaktivierte reaktive Prozesse mit Open Foam

Prof. Dr. rer. nat. Alfred Kersch
Fakultät für angewandte Naturwissenschaften und Mechatronik


Komplexe Prozesse und Verfahren in physikalisch-chemische Modelle abzubilden und anschließend zu simulieren stellt einen methodischen Entwicklungssprung dar, welcher über das Verständnis grundlegender Zusammenhänge sowohl zur Optimierung und Qualitätssicherung führt, als auch Ansätze für Forschung und Entwicklung bietet. Diese Entwicklung ist in vielen großen Unternehmen bereits vollzogen, jedoch für kleine und mittlere Unternehmen (KMU) nicht ohne weiteres möglich. Die für Modellentwicklung und Simulation (M&S) erforderliche Kompetenz liegt im Bereich physikalisch-chemischer Grundlagen und numerischer Simulation und damit üblicherweise außerhalb der Kernkompetenz der KMU. Die Entwicklung der Methoden ist zumindest in der Vorbereitung personalintensiv und langfristig angelegt.


In dem vorgeschlagenen Projekt sollen Verfahrens-Modelle für Strahlungsaktivierte Reaktive Prozesse über 1900°C entwickelt werden. Mit Hilfe der Simulation eines im Labormaßstab demonstrierten Verfahrens - dem Silizium Gegendruckverfahren beim Hochtemperaturanneal von SiC - soll der Einsatz auf eine Fertigungsanlage extrapoliert werden und damit die Möglichkeit eines wirtschaftlichen Einsatzes abgeschätzt werden. Die Neuigkeit der dazu erforderlichen Modelle besteht in der Reaktionskinetik im extremen Temperaturbereich von bis zu 1900°C und der Modellierung der Temperaturverteilung unter strahlungsdominierten Bedingungen. Es sollen hierbei Modelle in einer verallgemeinerten Form entwickelt werden, um weitere Arbeitsgebiete erschließen zu können.


Mit den beantragten Projektmitteln soll an der Hochschule München eine Infrastruktur für M&S von Verfahren für Abscheideprozesse aus der Gasphase bei hohen Temperaturen aufgebaut werden (Verfahrenssimulation). Hierbei sollen die Computational-Fluid-Dynamics (CFD) mit Finite Volumen und Teilchenmethoden angewendet werden. Die verwendete Software soll frei verfügbar sein (OpenFoam). Aber auch die beste derartige kommerzielle Software (CFD-ACE+) ist in der ersten Phase erforderlich. Das Anwendungsgebiet soll thermisch aktivierte chemische Abscheideprozesse (Chemical Vapour Deposition - CVD) betreffen. Die KMU sollen aus dem Bereich Equipment Herstellung und Prozess Entwicklung für Halbleiterherstellung, Photovoltaik und generell für die Abscheidung neuartiger Materialien sein.


Das Ergebnis des Projektes sollen Modelle in einer freien Software (OpenFoam) sein, welche die Simulation von strahlungsdominierten Hochtemperaturprozessen ermöglichen sowie speziell die Simulation des Silizium Gegendruckverfahrens. Die Modelle werden in einer (gegenüber den bisher verfügbaren Modellen) verallgemeinerten Form verfügbar gemacht werden, so daß weitere Arbeitsgebiete erschlossen werden können. Des Weiteren soll als Ergebnis an der Hochschule eine „kritische Masse von Know-How“ entstehen, mit einer Reihe von Kompetenzträgern (Projektleiter, wissenschaftlicher Mitarbeiter, Masterstudenten, Bachelorstudenten) sowie einer Reihe von erfolgreichen Abschlussarbeiten als Referenz. Die Abschlussarbeiten sollen sich in der wissenschaftlichen Untersuchung einer industriellen Anwendung mit Hilfe von M&S auszeichnen. Dieses Know-How kann entweder an die KMU transferiert werden oder in Form von weiteren F&E Projekten zur Verfügung gestellt werden.


Der Schwerpunkt des Projektes soll in der Modellierung und Simulation des Silizium Gegendruckverfahrens liegen, ein CVD artiger Prozess bei extrem hohen Temperaturen.


Ein entscheidender Punkt in dem Projekt soll die Implementierung der Modelle in freie Software sein. Daher ist ein beträchtlicher Programmieraufwand erforderlich.


Das Forschungsprojekt wurde vom 01.05.2012 bis 30.12.2015 durch das Bayerische Staatsministerium für Bildung und Kultus, Wissenschaft und Kunst gefördert.