Fejlesztők a Dünschnicht-gázérzékelők számára a fűtött szubsztrát platformból profitálnak

Fotó egy tesztalapról fűtési szerkezettel a Fraunhofer IPMS-től. © Fraunhofer IPMS / Kép egy tesztalapról fűtési szerkezettel a Fraunhofer IPMS-től. © Fraunhofer IPMS

Például hőképi felvétel egy vákuumos szívóval tartott fűtött tesztalapról a Fraunhofer IPMS-től. © Fraunhofer IPMS / Példa hőképi felvétel egy fűtött tesztalapról, amelyet vákuumos szívóval tartanak a Fraunhofer IPMS-től. © Fraunhofer IPMS

Fotó tesztalapokról, balra egy fűtési szerkezettel, méretben egy eurócenttel összehasonlítva. © Fraunhofer IPMS

A Fraunhofer Intézet a Fotonikus Mikroszisztémák IPMS egyedi, fűthető teszt-chipeket fejleszt és gyárt új anyagok gázérzékelő képességének jellemzésére. Ezekre az anyagokra lerakódott érzékelő rétegek és azok alkalmazás-specifikus paraméterei, mint például érzékenység és szelektivitás, így céltudatosan vizsgálhatók. Az egyedileg gyártható chip-tervezések lehetővé teszik ezen vékony rétegek optimális és magas pontosságú jellemzését.

A gázok, például NO2, NH3, CO, H2S vagy illékony szerves vegyületek (VOC), mint az Aceton, Formaldehid és Metanol kimutatása rendkívül fontos az esetleges egészségkárosodás értékeléséhez.

A gázérzékelők, amelyek egyedi komponenseken alapuló fémoxidokat és szénalapú anyagokat tartalmaznak, jelenleg még korlátozásokkal küzdenek, például alacsony érzékenység alacsony ppm- és ppb-szinteken, valamint korlátozott élettartam miatt, ami megnehezíti azok széleskörű alkalmazását magas teljesítményű gázérzékelőként. Ezért további fejlesztések szükségesek az elektromos és hőmérsékleti tulajdonságok javítására, magas érzékenység, gyors reagálási idő, magas szelektivitás és gyors ismételhetőség mellett.

Ezeknek a fejlesztéseknek a keretében a szenzitív rétegek jellemzése döntő szerepet játszik az alkalmazott anyagok célzott gyártásában és felhasználásában. A Fraunhofer IPMS fejleszt és gyárt vezetőképesség- és egyedi tranzisztorstruktúrákat az innovatív anyagok értékeléséhez. Ezek az aljzatok felhasználhatók a vékony réteg-gázérzékelők elektromos anyagi jellemzőinek jellemzésére. Emellett ezek az aljzatok alapként szolgálhatnak további termékfejlesztésekhez is.

„Gyakran szükséges, hogy a gázérzékelőket meghatározott hőmérsékleten üzemeltessük. Az általunk fejlesztett aljzatok lehetővé teszik a réteg hőmérsékletének céltudatos beállítását, így az anyagokat könnyen és hatékonyan vizsgálhatjuk. Ide tartozik a stabilitás és a drift vizsgálata különböző időtartamokon. Emellett a viselkedés már a réteg lerakodása során is vizsgálható. Az egyedi technológia további fejlesztése érdekében partnereket keresünk, és akár előre tervezett chip-eket is kínálhatunk mérésre” – magyarázza Dr. Alexander Graf, a Gázérzékelők és Rendszerek csoport vezetője.

A Fraunhofer IPMS aljzatainak előnyei

A Fraunhofer IPMS által gyártott chip-aljzatok magas pontosságú struktúrákat és nagy teljesítményű anyagokat kínálnak, így ígéretes alapot nyújtanak a reprodukálható anyagértékeléshez kutatás-fejlesztési kérdések és minősítési folyamatok keretében. Az aljzatok lehetővé teszik az ügyfél-specifikus tervek alkalmazását. Elektrodstruktúrák, például különböző csatornaméretű és -hosszúságúak felvihetők egy chipre, így alkalmazás-specifikusan használhatók az ideális paraméterek.

A gyártás rendszeresen történik tisztatérben szilíciumlapokra, melyeken termikus szilícium-dioxid (SiO2) található, további oxidok, például hafnium-dioxid (HfO2) dielektromos anyagként állnak rendelkezésre. A szenzorfejlesztés során a szenzitív anyagok határozzák meg a teljes érzékelő teljesítőképességét. Anyag- és folyamatfejlesztők oldatból vagy kémiai (CVD) vagy fizikai (PVD) gázfázisú lerakási eljárásokkal vihetik fel az anyagokat a aljzatokra. Az elektromos jellemzés lehetővé teszi a karakterisztikák felvételét és értékelését vezetőképesség, töltéshordozó mobilitás és más teljesítményparaméterek alapján. Amint egy gázérzékeny anyag érintkezésbe kerül az analitával, ez megváltoztatja elektromos tulajdonságait.

A Fraunhofer IPMS aljzatok egyszerű módot kínálnak ezek mérésére. Ezáltal a szenzoranyagokat például érzékenység és drift szempontjából értékelhetjük, majd például a lerakási paraméterek módosításával optimalizálhatjuk azokat. A wafer szintű gyártástechnológia révén az aljzatok érdekes alapot jelentenek termékorientált fejlesztésekhez is.

Az általunk kifejlesztett mérőberendezéssel egyszerűen érintkezhetünk és mérhetjük a tesztrendszereket.