Ziel der Entwicklung
Ziel des Projektes war die Entwicklung einer skalierbaren thermisch isolierten Membran-basierten Technologieplattform zur Anwendung in thermischen Sensoren wie Durchflussmesser, Gassensoren, IR-Detektoren, Strahlungsbolometern, Mikrokalorimetern oder Mikroreaktoren. Die Realisierung in Form von zirka ein bis fünf µm dünnen Membranen, welche in einem Siliziumrahmen aufgespannt werden, ermöglicht verschiedene, auf Temperaturunterschieden zwischen aktiver Membran und kaltem Chiprahmen basierende Sensorkonzepte. Die geringe thermische Masse bei gleichzeitig hohem Wärmeleitwiderstand der Membran ermöglich hochdynamische und empfindliche Sensoren. Die Plattform wurde so entwickelt, dass unter Verwendung von ausschließlich CMOS/MEMS-kompatiblen und zugleich kostengünstigen Materialen für die Trägermembran, Heizelemente, Temperatursensoren und thermische Isolation weitere Applikationsfelder erschlossen werden können. Der Einsatz mit Temperaturen bis 350°C ist möglich. Die notwendige Herstellungstechnologie wurde in die sensortypischen Prozessketten (Wafer Processing, Assembly) reproduzierbar eingebunden.
Vorteile und Lösungen
Die auf diverse Sensorlösungen erweiterungsfähige Technologieplattform weist gute thermoelektrische Eigenschaften auf. Diese konnten durch die Durchführung diverser Tests auf Wafer-, Chip- sowie Demonstrator-Ebene nachgewiesen werden. Die Grundlage für die Entwicklung stellten vor allem das gut überlegte Design und die wirksame und zugleich einfache Herstellungstechnologie dar, die auf den einschlägigen Erfahrungen des CiS Forschungsinstitutes beruhen. Mit den Ergebnissen der Projektarbeit wurde die Datenbank thermo-elektrisch relevanter Materialeigenschaften deutlich erweitert, was die Grundlage für die modellgestützte Entwicklung applikationsspezifischer neuer Sensoren darstellt. Mit den erreichten Ergebnissen können nun mit überschaubarem Restrisiko verschiedene Sensorkonzepte und Layoutanpassungen für spezifische Anforderungen umgesetzt werden. Auch Kombinationen verschiedener Sensorkonzepte in einem Multi-Sensor-Chip bzw. Modul sind damit nun möglich.
Zielgruppe und Zielmarkt
Die entwickelte Technologieplattform zielt auf Sensoren, die mithilfe thermo-elektrischer Effekte verschiedene Anwendungen adressieren können. Dazu zählen ohne Anspruch auf Vollständigkeit:
- Infrarot optische und fotoakustische Gassensoren, insbesondere in tragbaren Gasmessgeräte,
- thermischen Durchflusssensoren,
- Windsensoren,
- Vakuumsensoren,
- Wärmeleitfähigkeitsdetektoren,
- Mikrokalorimeter
Zielgruppe für den Transfer der erreichten Projektergebnisse stellen Sensor- und Gerätehersteller dar – insbesondere aus dem Umfeld kleiner und mittlerer Unternehmen. Für solche Akteure besteht mit der entwickelten Plattform nun die Möglichkeit, neue Sensoren und Konzepte schnell und risikoarm in Kooperation mit dem CiS Forschungsinstitut zu entwickeln und zu fertigen.
