Ziel der Entwicklung
Bei Drucksensoren mit hohen Anforderungen an die Genauigkeit tritt das Problem der nichtlinearen Abhängigkeit der Kennlinien von der Temperatur auf. Die Problemstellung bezog sich dabei insbesondere auf Drucksensoren die aus polykristallinen Schichten aufgebaut sind. Genutzt werden diese Sensoren bei Anwendungen in einem Temperaturbereich bis zirka 300 °C, wo implantierte Sensoren aus physikalischen Gründen nicht mehr funktionieren. Ziel dieses Projektes war es, die nichtlineare Temperaturabhängigkeit der polykristallinen Drucksensoren zu verkleinern.
Vorteile und Lösungen
Durch die Abscheidung und Implantation der polykristallinen Siliziumschicht wurde die Kennlinie der Drucksensoren variiert. Dabei wurde ein umfangreicher Versuchsplan mit verschiedenen Abscheidetemperaturen und unterschiedlichen Implantationsdosen erstellt. Dieser Versuchsplan ist anschließend auf verschiedenen Designs und Teststrukturen angewandt worden. Damit sollten sowohl die Einflüsse des Designs, als auch die der Technologie ermittelt werden. Ausgehend von der Variantenzahl ergab sich nach der Fertigung die Aufgabe, alle Sensoren in den unterschiedlichen Technologien zu messen und zu bewerten. Dazu mussten teilweise neuartige Darstellungen gefunden werden, um die Unterschiede und Gemeinsamkeiten zwischen den verschiedenen Varianten sichtbar zu machen. Mit Hilfe der Messergebnisse haben wir über eine Modellentwicklung die Materialparameter für die Simulationsmodelle ermittelt. Insbesondere die Ermittlung der piezoresistiven Koeffizienten sind entscheidend für eine verbesserte simulative Vorhersage von Kennlinien für spätere Entwicklungen. Damit konnten die gewonnen Erkenntnisse in den Workflow für die Drucksensor- Entwicklung mit einfließen. Durch die im Projekt gewählten Ansätze haben wir Drucksensoren für die geplanten Ziele entwickelt und dabei durch die unterschiedlichen Varianten viele Erkenntnisse für spätere Anwendungen gefunden.
Zielgruppe und Zielmarkt
Mit Hilfe der entwickelten Technologieplattform können in kundenspezifischen und kundenfinanzierten Projekten MEMS-basierte piezoresistive Si-Drucksensorelemente entwickelt werden. Insbesondere der Bereich zwischen 150°C und 300°C ist für Si-Sensorelemente nicht zugänglich, die auf in den Si-Einkristall implantierte Widerstände basieren. Eine Lösung ist hier der Einsatz polykristalliner Widerstände. Die Sensorelemente werden in Druckmessgeräten für den Einsatz in der Industrie, in der Energieerzeugung sowie im Bereich Mobilität eingesetzt. Mögliche Kunden sind also Gerätehersteller und Anwender von Drucksensorik für den o.g. Einsatzbereich.
