DRIE-System (Deep Reactive Ion Etching-System
Zusammenfassung der Projektergebnisse
SFB 653 „Gentelligente Bauteile im Lebenszyklus“ Teilprojekt S1 – „Modulare, mehrfunktionale Sensorik“: Das Hauptziel des Forschungsvorhabens ist die Entwicklung einer neuartigen Technologie, welche es gestattet, modulare Mikrosensoren zu fertigen, die auf dünnen Trägerfolien oder völlig ohne Substrat zum Einsatz kommen. Auf Grund des geringen Volumens dieser Bauteile bieten sich neuartige Möglichkeiten bei der Systemintegration unter begrenzten Platzverhältnissen. Vor diesem Hintergrund werden Drucksensoren und gedünnte Sensoren, ähnlichem einem „Abziehbild“ unter Einbezug einer anisotrop arbeitenden Prozesstechnologie entwickelt und gefertigt. Die Drucksensoren bestehen aus einer Membranstruktur, welche mittels anisotropen Ätzens hergestellt werden. Die Vorteile eines Trockenätz- gegenüber einem nasschemischen Prozess, liegen in der Möglichkeit der Fertigung von Strukturen mit hohem Aspektverhältnis von bis zu 30:1 unabhängig von der Kristallorientierung. Durch den Wegfall des Böschungswinkels von 54° und der geringen Unterätzung der Masken lassen sich Flankensteilheiten von 90° ± 2° sowie eine enorme Flächeneinsparung erzielen. Darüber hinaus zeichnet sich das verwendete Deep Reactive Ion Etching (DRIE)-Verfahren durch seine hohe Selektivität und Ätzraten von bis zu 20 µm/min aus. Ein weiteres Teilziel ist die Entwicklung von gedünnten Sensoren, bei denen das Trägersubstrat des Sensors auf die gewünschte Dicke abgetragen wird. Somit kann die Gesamtdicke des Sensors frei eingestellt werden und die Mindesthöhe des Sensors ist lediglich durch die Höhe der erforderlichen Funktionsschichten gegeben. Für die Herstellung dieser Sensorik ist somit eine Trockenätzanlage erforderlich, die eine gezielte Strukturierung von Silizium erlaubt. Ein zweites Hauptziel des Vorhabens besteht in der Weiterentwicklung von bisher entwickelten Sensoren und deren Einsatz als Zeilen und Arrays. Als Demonstrator dient hierbei ein System, welches sowohl Dehnung als auch Temperatur messen kann. DFG Sachbeihilfe - „Innenohrmikrowandler zur Anregung der Perilymphe bei Schwerhörigkeit“: Das Ziel des Projektes ist die Entwicklung eines Mikrosystems, welches als implantierbares Hörgerät der Verbesserung des Hörvermögens dient. Hierfür soll ein elektromagnetischer Mikrowandler über die Rundfenstermembran die Perilymphe der Cochlea mittels eines Stößels anregen. Das Einsatzgebiet zielt auf mittlere Innenohrschwerhörigkeit, Schallleitungsschwerhörigkeit und kombinierte Schwerhörigkeit ab. Im ersten Antragszeitraum des Fördervorhabens erfolgten dabei grundlegende Arbeiten zur Geometrie des Mikrowandlers, dessen Auslegung mittels Simulationen und Felsenbeinstudien. Des Weiteren wurden Fertigungstechnologien sowie Prozessparameter festgelegt. Ein Hauptaugenmerk liegt auf der Fertigung und Charakterisierung funktionstüchtiger Mikrowandler nach Implantation, Belastungsuntersuchungen in humanen Felsenbeinen sowie Langzeitstudien am Tiermodell. Nach Charakterisierung der Wandlereigenschaften mittels eines zu entwickelnden Testverfahrens ist das Design des Mikrowandlers optimiert und eine Fertigung der optimierten Mikrowandler durchgeführt worden. Hierbei sind die erzielten Erkenntnisse aus den experimentellen Untersuchungen hinsichtlich Physiologie und Biokompatibilität bei der Verbesserung des Wandlers eingeflossen. Für die Herstellung der erforderlichen Membranstruktur wurde in diesem Projekt die DRIE-Anlage eingesetzt. Weitere wissenschaftliche Arbeiten: Herstellung von Linsen aus UV-aushärtenden Klebstoff: Für die Herstellung von Linsen aus UV-aushärtenden Klebstoffen unter Ausnutzung der Oberflächenspannung wurden Si-Formen mittels DRIE hergestellt. Hierzu wurden kreisrunde Strukturen durch einen Si-Wafer geätzt. Der geätzte Wafer wurde auf einen zweiten Wafer temporär gebondet und die Löcher mit UV-aushärtbarem Klebstoff gefüllt. Durch die Oberflächenspannung bildeten sich flüssige Linsen aus Klebstoff, deren Brennweite durch die verwendete Menge Klebstoff bestimmt wird. Nach dem Aushärten wurde der temporäre Bond zwischen den Wafern getrennt und die Linsen aus dem geätzten Wafer entnommen. Mikroaktor zur Ansteuerung einer Flüssigkeitslinse: Das Ziel dieser Arbeiten ist der Aufbau eines elektromagnetischen Mikroaktors zur Ansteuerung einer Flüssigkeitslinse. Der Aktor besteht aus zwei Teilen, die eine Kammer bilden, welche mit einer optischen Flüssigkeit gefüllt ist. Der erste Teil enthält eine Membran, auf der sich ein ringförmiger Rückschluss befindet, die den Durchmesser der Flüssigkeitslinse bestimmt. Der zweite Aktorteil enthält die flusserzeugenden und flussführenden Elemente sowie Öffnungen für das Befüllen und das Licht. Durch Anziehen des Ringes wird die optische Flüssigkeit in der Kammer verdrängt und bildet eine Flüssigkeitslinse in der Mitte des Ringes aus, die von der Membran begrenzt wird. Zur Herstellung des Membranteils wird ein Si-Wafer mit dem Membranmaterial beschichtet und die Membran mittels DRIE freigestellt. Die Öffnungen im zweiten Aktorteil werden ebenfalls mittels DRIE hergestellt. Ultramag: Im Rahmen des erfolgreich abgeschlossenen BMBF-Verbundprojektes „Integration ultradünner Magnetfeldsensoren in intelligente Automatisierungskomponenten“ (UltraMag) wurden ultradünne, dreidimensional messende Magnetfeldsensoren entwickelt. Diese Sensoren dienen zur Erfassung des Magnetfeldes im Luftspalt eines Elektromotors. Die Messung des Magnetfeldes erlaubt dabei eine genauere Ansteuerung des Motors in Abhängigkeit der Rotorposition. Am IMPT wurden dabei drei Teilaspekte betrachtet: Zum einen wurde durch die vakuumtechnische Verbindung zweier 4-Target-Sputteranlagen eine 8-Target-Anlage geschaffen, die einen mehrlagigen Aufbau von Nanometer dünnen Schichten erlaubt. Damit wurden die Voraussetzungen geschaffen, Giant-Magneto-Resistive (GMR)-Sensoren am IMPT zu fertigen. Als weitere Herausforderung musste eine Umlenkung des magnetischen Flusses im Luftspalt des Elektromotors umgesetzt werden, da GMR-Sensoren nur in der Ebene sensitiv sind. Hierfür wurden weichmagnetische Flussführungselemente über den GMR-Sensoren angeordnet, die sowohl eine Umlenkung der senkrechten Komponente des Flusses in die Ebene ermöglichen, als auch eine Schwächung des Magnetfeldes auf ein für den GMR-Sensor zu sensierendes Maß erlauben. Der dritte Aspekt ist das Dünnen der Sensor-Chips auf 70µm, um die Integration in den Luftspalt realisieren zu können. Für die Integration von weichmagnetischen Strukturen in den Wafer wurde die Ätzanlage (DRIE) eingesetzt.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- Application of Sacrificial Layers for the Modular Micro Sensor Fabrication on a Flexible Polymer Substrate. Proc. CD, Sensor + Test Conf. 2011 - Sensor, Opto, IRS2, Nuremberg, Germany, B8.3, ISBN 978-3-9810993-9-3
T. Griesbach, M. C. Wurz, L. Rissing
- Considerations on Ultra-Thin Substrate-Less Micro and Nano Systems. Proc. ASME 2011 & Exp. IMECE2011, Denver, CO, USA, 2011
H. H. Gatzen, T. Griesbach, M. C. Wurz, L. Rissing
- Herstellung eines Mikroaktors zur Anregung der Perilymphe bei Schwerhörigkeit. Tagungsband MikroSystemTechnik - Kongress 2011, 10.10.2011 - 10.12.2011, Darmstadt
T. Creutzburg, S. Cvetkovic, L. Rissing
- Design and fabrication of a microactuator for a hearing aid. International Journal of Applied Electromagnetics and Mechanics, Volume 39, Number 1-4 / 2012, S. 471-477
Tom Creutzburg, Lutz Rissing, Thomas Lenarz and Günter Reuter
- Development and Fabrication of Modular Micro Sensors on a Flexible Polymer Foil. 1st Joint International Symposium on System-Integrated Intelligence 2012: New Challenges for Product and Production Engineering, Conference Proceedings, 27-29 June, Garbsen, Germany, S. 66-68, 2012
Griesbach, T.; Wurz M.C.; Rissing L.
- Design und Prozessfolge zur Herstellung eines elektromagnetischen Mikroaktors zur Erzeugung einer Flüssigkeitslinse für den Einsatz in einem Mikroskop. Tagungsband MST-Kongress 2013, VDE-Verlag, S. 500-503
D. Hoheisel, L. Rissing
- Fabrication of Adhesive Lenses Using Free Surface Shaping. Journal of the European Optical Society - Rapid publications, Vol 8 (2013), 13065
D. Hoheisel, C. Kelb, M. Wall, B. Roth, and L. Rissing
