Ziel der Entwicklung
Konventionell produzierte piezoresistive Siliziumdrucksensoren weisen eine hervorragende Messleistung auf, sind jedoch in ihrer Einsatztemperatur stark eingeschränkt. Um Medien bei T>150°C messen zu können muss auf sehr aufwendige Aufbaulösungen zurückgegriffen werden, die die Gebrauchseigenschaften verschlechtern und den Systempreis steigern. Innerhalb des Projekts wurden daher Sensoren entwickelt, die die Leistung bisher angebotener Sensoren in ihrem Einsatztemperaturbereich übertreffen und bis über 300°C messfähig bleiben. Die Leckströme bei 300°C konnten, verglichen mit Standardsensoren, um mehr als sechs Größenordnungen gesenkt werden. Mit diesen Sensoren wird es möglich sein, die Komplexität der Messsysteme deutlich zu senken und deren Leistung, speziell die Dynamik durch den Wegfall von Druckmittlern, wesentlich zu steigern.
Vorteile und Lösungen
Die innerhalb des Förderprojekts entwickelten Drucksensoren besitzen eine nachgewiesene maximale Einsatztemperatur von 300°C, auch ~400°C scheinen nach jetzigen Erkenntnissen möglich. Die bisherigen Sensoren waren nur bis zirka 150°C einsetzbar, nun kann der Einsatzbereich deutlich erweitert oder der Aufbauaufwand erheblich gesenkt werden.
Es konnte mit den neu entwickelten Sensoren eine einseitige Kennlinienabweichung <0,02% Full Scale erzielt werden. Die Stabilität bei 135°C ist mit Abweichungen kleiner als 0,0018%FS, bei dem Aufbau als SDB-Wandler und mit kleiner 0,005% FS beim Aufbau als anodisch gebondeter Sensor verglichen mit dem Stand der Technik exzellent. Es konnte eine Sensorstabilität von <0,03% Full Scale bei 300°C erzielt werden. Die Sensoren sind daher nicht nur für Hochtemperaturanwendungen einsetzbar, sondern bieten bereits in niedrigeren Einsatztemperaturbereichen einen Gewinn an Messstabilität.
Zielgruppe und Zielmarkt
Das CiS wird die innerhalb des Projekts HotDru entstandenen Sensoren direkt vermarkten. Mit diesen piezoresistiven Sensoren ist es möglich die Leistung der bereits angebotenen kapazitiven Hochtemperaturdrucksensoren zu übertreffen und somit Marktanteile zu akquirieren.
Ein weiterer Schritt wird die Diversifizierung der Ergebnisse auf weitere Messbereiche sein, um ein weites Spektrum an Anwendungen abdecken zu können. Die erarbeiteten Substratherstellungsverfahren werden in die Entwicklung und Fertigung neuer MEMS und MOEMS Bauteile eingehen und auch in anderen Anwendungen eine Möglichkeit zur Steigerung der Einsatztemperatur bieten. Das entwickelte Metallisierungsverfahren kann für die Entwicklung von neuen impedimetrischen Sensoren eingesetzt werden. Ein innerhalb des Projekts entwickeltes alternatives Montageverfahren führte bereits mit zur Akquise eines Industrie-FuE-Projekts und wird darin auf andere Bauteile übertragen.