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Heiße, preiswerte Sensoren

07.12.2006
Elektronik und Sensoren auf der Grundlage von Siliziumkarbid (SiC) können in rauen Umgebungen funktionieren, wo dies für herkömmliche, Silizium (Si) basierende Elektronik unmöglich ist. Das steigert ihr Potenzial für Mikroelektronikgeräte im Hochtemperaturbereich sowie für biomedizinische Anwendungen. Im Zuge des FLASiC-Projekts entwickelte man auf der Grundlage von elektrostatischen Resonatorstrukturen neue SiC-Massensensoren für hohe Temperaturen.

Siliziumkarbid kristallisiert in zahlreichen verschiedenen Variationen (Polylypes). Das 3C-SiC (kubische Elementarzelle) ist besonders für SiC-basierte Geräte interessant, da es auf preisgünstigen Si-Substraten gezüchtet werden kann, wodurch auch eine stoßweise Herstellung möglich wird. Dennoch entstehen während der Produktion auf Grundlage von 3C-SiC bzw. Si häufig Fehler bei den 3C-SiC-Filmen, was die Leistungsfähigkeit von aus solchen Filmen hergestellten elektronischen Geräten beeinträchtigt. Um die Fehlerdichte zu reduzieren, entwickelte man im Rahmen des FLASiC-Projekts ein neues Verfahren zur epitaxialen und massenhaften Produktion von 3C-SiC auf Substraten aus Si oder "Silizium auf Isolator" (SOI).

Das FLASiC-Verfahren mit seinem Material ermöglichte die Entwicklung von neuen Sensoren mit einer höheren Leistungsfähigkeit hinsichtlich der Resonanzfrequenz, Resonanzamplitude und des Qualitätsfaktors. Diese Sensortypen eignen sich für den Einsatz bei der Gas- oder Molekülerkennung. Man kann sie für die Überwachung und Kontrolle von Emissionen unter hohen Temperaturen nutzen, was zu mehr Energieeffizienz und einem eingeschränkten Ausstoß von Gasen in die Atmosphäre führt. Zudem können die aus der Abgasmessung mit diesen Sensoren gewonnenen Informationen die Optimierung des Wirkungsgrades der inneren Verbrennungsmotoren oder Reaktoren begünstigen.

Während der gesamten Fertigungsphase dieser Geräte richtete man mehrere technische Verfahren mit Schwerpunkt auf dem SiC-Tiefätzverfahren ein. Das induktiv gekoppelte Plasmaätzverfahren (ICP - Inductively Coupled Plasma Etching) wies die optimalen Ätzeigenschaften auf. Weiterhin entwickelte und optimierte man ein Verfahren der Dotierung und Kontaktbildung auf der SiC-Schicht. Das angewendete Verfahren der Bildung einer SiC-Membran eignet sich auch für die Herstellung von unabhängigen Resonatoren für die Gaserkennung oder für Druck- bzw. Beschleunigungsmesssensoren auf SiC-Membranen.

Durch ihre hervorragenden Eigenschaften und die geringen Kosten erscheinen die neuen Sensoren sehr attraktiv für eine künftige Vermarktung. Der Nachweis ihrer langfristigen Zuverlässigkeit und die Fertigung einer Hochtemperaturverpackung für ihre Integration in finalen Anwendungssystemen sollen als nächste Schritte in diese Richtung erfolgen.

Philippe Godignon | ctm
Weitere Informationen:
http://www.cnm.es

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