Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Die hohe Kunst des Ätzens

01.06.2011
Sie sehen mehr als das Auge und könnten den Straßenverkehr sicherer machen: miniaturisierte Wärmebildsensoren. Doch sie lassen sich industriell nur schwer fertigen. Jetzt haben Forscher eine neue Anlage entwickelt. Auf ihr können spezielle mikroelektromechanische Systeme hergestellt werden – mit der richtigen Ätztechnik.

Eine kurvige Landstraße – es ist dunkel, dicker Bodennebel hat sich gebildet. Vorsichtig fährt der Autofahrer in die nächste Kurve, als plötzlich eine Warnleuchte blinkt – ein gestürzter Motorradfahrer liegt auf der Straße.


Im MST-Lab&Fab Reinraum werden MST – winzige, in Halbleiter-Chips eingebunden Sensoren – hergestellt. Eine Forscherin bedient die Fertigungsmaschine. (© Fraunhofer IMS)

Dank des intelligenten Assistenten ist der Fahrer gewarnt und kann rechtzeitig bremsen. Infrarotkameras sehen mehr als das bloße Auge und könnten den Straßenverkehr sicherer machen. Zwar sind Wärmebildkameras schon für bestimmte Anwendungen im Einsatz, etwa in der Bauindustrie oder beim Militär. Im mobilen Bereich aber, etwa bei Sicherheitssystemen in Fahrzeugen, sind solche Infrarotkameras bisher kaum verfügbar. Der Grund: Mikrosensoren für den Fern-Infrarotbereich lassen sich industriell bisher nur schwer produzieren.

Forscher des Fraunhofer-Instituts für Mikroelektronische Schaltungen und Systeme IMS in Duisburg bieten nun eine Lösung an. Am 22. Juni eröffnen sie eine neue Anlage, in der die Herstellung solcher Mikrosystemtechnik, kurz MST, möglich ist. MST sind winzige Sensoren, Ventile oder andere mechanische Bauteile, die in Halbleiter-Chips eingebunden sind. In Airbags etwa dienen sie als Bewegungsmelder und sind nicht dicker als ein menschliches Haar. Sollen MST auf Halbleiter gebracht und integriert werden, muss man – wie die IMS-Forscher – die Kunst des Ätzens beherrschen.

Um MST auf einem Halbleiter aufzubringen, legt man drei Schichten aufeinander. Unten das Substrat, also den Silizium-Wafer, in der Mitte eine Opferschicht, die als Distanzhalter dient, und oben die Funktionsschicht. Anschließend ätzt man die Opferschicht so weg, dass die gewünschte Sensorstruktur erhalten bleibt. Das Problem: »Mit herkömmlichen Ätzprozessen können wir nur vertikal in die Schichten ätzen«, erklärt Dr. Marco Ruß, Projektleiter am IMS. »Doch für die mechanische Funktion vieler MST sind freitragende Strukturen entscheidend.« Mit anderen Worten: Der Ätzvorgang muss nicht nur vertikal funktionieren, sondern gleichmäßig in alle Richtungen. Experten nennen das »isotropes Ätzen«. Auf diese Weise frisst sich die Ätzsubstanz nicht nur vertikal bis zum Substrat. Vielmehr bohrt sie sich auch unter der Funktionsschicht wie ein Tunnel hindurch. Übrig bleibt eine freitragende Struktur der Funktionsschicht, nur hundert Nanometer dünn, die lediglich über bestimmte Aufhängungspunkte mit dem Substrat verbunden ist.

»Eine übliche Methode ist das Ätzen mit Flüssigkeiten«, sagt Ruß. Doch beim Trocknen der Ätzflüssigkeit können Kapillarkräfte entstehen. Die Folge: Die filigranen Membranen kleben am Substrat fest oder werden gar zerstört. Zudem erlauben die meisten Ätzflüssigkeiten nicht beliebige Materialkombinationen für die Funktions- und Opferschicht. »Mit unserer neuen Anlage umgehen wir diese Probleme«, sagt Ruß. Der Clou: »Statt einer Flüssigkeit können wir in den Prozesskammern der Maschine zweierlei Gase verwenden.« Diese sind hochselektiv: Wasserstofffluorid (HF) wirkt stark ätzend auf Siliziumdioxid, hat aber keinen Einfluss auf Silizium. Genau umgekehrt verhält es sich mit dem Gas Xenondifluorid (XeF2).

»So können wir wählen, welches Material als Funktionsschicht besser geeignet ist«, sagt Ruß. Die neue Anlage könnte die Herstellung von MST revolutionieren, da der Prozess im industriellen Maßstab hochpräzise funktioniert. Und: Ob thermische Detektoren, Beschleunigungs- und Drucksensoren oder Mikromaschinen – viele MST-Strukturen lassen sich so herstellen.

Dr. rer. nat. Marco Ruß | Fraunhofer Mediendienst
Weitere Informationen:
http://www.fraunhofer.de/presse/presseinformationen/2010-2011/18/aetzen-waermebildsensoren-halbleiterchips.jsp

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Energie und Elektrotechnik:

nachricht Forscher entwickeln effizientere Systeme für Brennstoffzellen und Kraft-Wärme-Kopplung
19.04.2017 | EWE-Forschungszentrum für Energietechnologie e. V.

nachricht Forscher entwickeln Elektrolyte für Redox-Flow-Batterien aus Lignin aus der Zellstoffherstellung
18.04.2017 | Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e.V.

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Energie und Elektrotechnik >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Immunzellen helfen bei elektrischer Reizleitung im Herzen

Erstmals elektrische Kopplung von Muskelzellen und Makrophagen im Herzen nachgewiesen / Erkenntnisse könnten neue Therapieansätze bei Herzinfarkt und Herzrhythmus-Störungen ermöglichen / Publikation am 20. April 2017 in Cell

Makrophagen, auch Fresszellen genannt, sind Teil des Immunsystems und spielen eine wesentliche Rolle in der Abwehr von Krankheitserregern und bei der...

Im Focus: Tief im Inneren von M87

Die Galaxie M87 enthält ein supermassereiches Schwarzes Loch von sechs Milliarden Sonnenmassen im Zentrum. Ihr leuchtkräftiger Jet dominiert das beobachtete Spektrum über einen Frequenzbereich von 10 Größenordnungen. Aufgrund ihrer Nähe, des ausgeprägten Jets und des sehr massereichen Schwarzen Lochs stellt M87 ein ideales Laboratorium dar, um die Entstehung, Beschleunigung und Bündelung der Materie in relativistischen Jets zu erforschen. Ein Forscherteam unter der Leitung von Silke Britzen vom MPIfR Bonn liefert Hinweise für die Verbindung von Akkretionsscheibe und Jet von M87 durch turbulente Prozesse und damit neue Erkenntnisse für das Problem des Ursprungs von astrophysikalischen Jets.

Supermassereiche Schwarze Löcher in den Zentren von Galaxien sind eines der rätselhaftesten Phänomene in der modernen Astrophysik. Ihr gewaltiger...

Im Focus: Deep inside Galaxy M87

The nearby, giant radio galaxy M87 hosts a supermassive black hole (BH) and is well-known for its bright jet dominating the spectrum over ten orders of magnitude in frequency. Due to its proximity, jet prominence, and the large black hole mass, M87 is the best laboratory for investigating the formation, acceleration, and collimation of relativistic jets. A research team led by Silke Britzen from the Max Planck Institute for Radio Astronomy in Bonn, Germany, has found strong indication for turbulent processes connecting the accretion disk and the jet of that galaxy providing insights into the longstanding problem of the origin of astrophysical jets.

Supermassive black holes form some of the most enigmatic phenomena in astrophysics. Their enormous energy output is supposed to be generated by the...

Im Focus: Neu entdeckter Exoplanet könnte bester Kandidat für die Suche nach Leben sein

Supererde in bewohnbarer Zone um aktivitätsschwachen roten Zwergstern gefunden

Ein Exoplanet, der 40 Lichtjahre von der Erde entfernt einen roten Zwergstern umkreist, könnte in naher Zukunft der beste Ort sein, um außerhalb des...

Im Focus: Resistiver Schaltmechanismus aufgeklärt

Sie erlauben energiesparendes Schalten innerhalb von Nanosekunden, und die gespeicherten Informationen bleiben auf Dauer erhalten: ReRAM-Speicher gelten als Hoffnungsträger für die Datenspeicher der Zukunft.

Wie ReRAM-Zellen genau funktionieren, ist jedoch bisher nicht vollständig verstanden. Insbesondere die Details der ablaufenden chemischen Reaktionen geben den...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Smart-Data-Forschung auf dem Weg in die wirtschaftliche Praxis

21.04.2017 | Veranstaltungen

Baukultur: Mehr Qualität durch Gestaltungsbeiräte

21.04.2017 | Veranstaltungen

Licht - ein Werkzeug für die Laborbranche

20.04.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Intelligenter Werkstattwagen unterstützt Mensch in der Produktion

21.04.2017 | HANNOVER MESSE

Forschungszentrum Jülich auf der Hannover Messe 2017

21.04.2017 | HANNOVER MESSE

Smart-Data-Forschung auf dem Weg in die wirtschaftliche Praxis

21.04.2017 | Veranstaltungsnachrichten