Fertigungstechnik

Fertigungsverfahren

  • Auf der Ebene des Sensorelementes sind Verfahren für

    • Materialaufbringung/-abscheidung,
    • Materialabtrag und
    • Strukturierung erforderlich

  • Verfahren sind zunächst unabhängig davon, ob dem Sensorelement ein struktur- oder materialbasierter Effekt zugrunde liegt, bezüglich:

    • Kontaktierung,
    • Zuleitungen,
    • Elektroden,
    • definierte Größen aktiver Komponenten

  • Bei Betrachtung integrierter Sensoren kommt der Bereich Aufbau- und Verbindungstechnik/Packaging mit weiteren typischen Fertigungsprozessen hinzu

  • System-in-Foil-Technologien für die Materialintegration besonders geeignet

Fertigungsverfahren

Mikrosystemtechnische Sensoren

Mikrosystemtechnische Sensoren integrieren mikroelektronische und senorische/aktorische Komponenten und nutzen dafür (Fertigungs-)Methoden der Mikroelektronik und Halbleitertechnologie.

  • Der klassische Werkstoff (als Substrat und/oder als Funktionsmaterial) der Mikrosystemtechnik ist Silizium.

  • Andere Materialien können z. B. durch die bereits erwähnten Abscheideverfahren eingebracht werden und das Spektrum der umsetzbaren Funktionalitäten und Eigenschaftsprofile erweitern.

  • Aufgrund der geringen Strukturgrößen erfordern Prozesse der Mikrosystemtechnik wie der Mikroelektronik in der Regel Reinräume.

Fertigungsverfahren

Reinräume

  • Wegen der Feinheit der Strukturen ist Schutz vor Verunreinigungen unerlässlich!
  • Ein ruhig sitzender Mensch erzeugt ca. 300000 Partikel/Minute.
  • Verschiedene Arbeitsschritte in der Mikrosystemfertigung bedürfen verschiedene abgetrennte Bereiche

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Fertigungsverfahren

Silizium

Silizium als zentraler Werkstoff

  • Verfügbarkeit: Silizium gibt es wie Sand am Meer
  • Einkristallin und in höchster Reinheit herstellbar
  • Halbleiter, p- und n-Dotierung möglich mit Bor respektive Phosphor oder Arsen, Leitfähigkeitseinstellung
  • Oxidation: Ausbildung von Isolationsschichten & Diffusionssperren
  • Chemisch inert gegenüber vielen Materialien
  • Mit alkalischen Medien anisotrop ätzbar
  • Hohe Wärmeleitfähigkeit
  • Geringe thermische Ausdehnung

Fertigungsverfahren

Wafer-basierte Prozesse

  • Verarbeitung von Silizium geht einher mit Wafer-basierten Prozessen.

  • Dies bedeutet u. a. Batch-Prozesse sowie eine in erster Näherung zweidimensional orientierte Vorgehensweise bei der Herstellung von sensorischen, aktorischen oder elektronischen Komponenten.

  • Die Vergrößerung der Wafer-Fläche bietet Kostenvorteile und hängt ab vom Durchmesser der prozessstabil herstellbaren Si-Einkristalle