Ziel der Entwicklung
Die Entwicklung zielte auf eine vereinfachte Struktur eines "microelectromechanical System"-Infrarot Strahlers, welche ohne zusätzliche Hochtemperaturmetalle und Beschichtungstechnologien auskommt. Entgegen anderen Lösungen soll hier das dotierte Silizium selbst als thermischer, schwarzkörperartiger Emitter agieren und neben vereinfachten und damit kostengünstigeren Prozessabfolgen auch bekannte Defizite der etablierten Lösungen wie Anfälligkeit auf Elektromigration und eingeschränkte Emissivität umgehen. Darüber hinaus wurde die Hausung der so realisierten Bauelemente auf Waferebene verfolgt. Ziel war es hier, eine "Surface-mounted device"-fähige, hermetisch gehauste Baugruppe durch Stapeltechnologien auf Waferebene zu erreichen. Dies ermöglicht sowohl deutlich kleinere und einfach in Systeme integrierbare Bauteile, als auch signifikante Kostensenkungen.
Vorteile und Lösungen
Um auf metallische Strukturen im aktiven Emittergebiet verzichten zu können, wurde hochdotiertes Bor in einen Siliziumwafer implantiert und diese Struktur als Membran freigeätzt. Stromdurchflossene Metallstrukturen leiden unter dem Einfluss von Elektromigration, was zu kürzeren Betriebslebensdauern der Bauteile führen kann. Zudem ergibt sich der Nachteil, dass die Mehrzahl hochtemperaturstabiler Metalle nicht Complementary Metal Oxide Semiconductor kompatibel ist und somit nicht mit anderen Technologien kombiniert werden können. Die Verwendung von hochdotierten Heizbahnstrukturen ist dagegen weiterhin Complementary Metal Oxide Semiconductor beziehungsweise Reinraum kompatibel. Gleichzeitig ergibt sich ein vereinfachter und damit kostengünstigerer Prozessablauf. Mit dem parallel zur Emittertechnologie verfolgten Wafer Level Packaging ergeben sich weitere technische Vorteile und auch Kostensenkungen. Etabliert ist die Einzel Chip Montage mit Drahtbondung auf Transistor Outline Sockel oder in keramischen Gehäusen, bei der jeder einzelne Chip gesetzt, angeschlossen und mit einem Fenstermaterial in der Kappe abgeschlossen werden muss. Das Wafer Level Packaging setzt hingegen auf das Stapeln ganzer Wafer, wobei viele Tausend Surface mounted device fähige und hermetisch verschlossener Einzelbaugruppen gleichzeitig realisiert werden, die anschließend nur noch vereinzelt werden müssen. Dadurch werden die Bauteile gleichzeitig auch deutlich kompakter als alle etablierten Standard-Packages.
Zielgruppe und Zielmarkt
Microelectromechanical System Infrarot Emitter werden als Lichtquelle in kompakten Nichtdispersiver Infrarotsensor Gasmesszellen und für Partikelmessgeräte verwendet. Diese kommen für die Erfassung zahlreicher Gase in verschiedenen Anwendungen zum Einsatz. Die Zielmärkte sind unter anderem die Umweltsensorik, vorwiegend für die Überwachung von Kohlenstoffdioxid, Stickoxiden, Wasserdampf und anderer umweltrelevanter Spezies. Desweiteren die Industrielle Sicherheitsmesstechnik, zum Beispiel in Sensoren und Geräten für Leckerkennung oder Prozessüberwachung. Auch die Gebäudeüberwachung und Steuerung, zum Beispiel Sensoren für CO2 und Feinstaub, die zur Steuerung von Belüftungsanlagen eingesetzt werden zählen zu den Zielmärkten. Solche Sensoren entwickeln sich vor allem im asiatischen Raum bereits zum Standard für Wohn- und Bürogebäude. Ein weiterer Absatzmarkt ist die Medizintechnik bei der Atemgasanalyse, neben Kohlenstoffdioxid Messung im Zusammenhang mit Beatmungsgeräten können auch Aceton und Alkohol nachgewiesen werden, die für weitere diagnostische Zwecke nutzbar sind. Zuletzt ist auch der Automobilbereich zu nennen mit der Möglichkeit, Alkohol in der Atemluft nachzuweisen. Diese Möglichkeit wird in zukünftigen Fahrzeugen als Fahrer-Monitoring genutzt. Das CiS Forschungsinstitut entwickelt und fertigt hierfür insbesondere die Halbleiterbauelemente sowie deren Aufbautechnik und Verbindungstechnik, mit denen Systementwickler und Gerätehersteller Lösungen für konkrete Anwendungsszenarien entwickeln.
