Integration von Kohlenstoffnanoröhren in Nanosysteme

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Stefan E. Schulz
• Fachliche Zuordnung: Mikrosysteme
• Förderung: Förderung von 2011 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 195215523

Das Konzept für die zweite Förderphase sieht für TP5 folgende vier Arbeitspakete (AP) vor: AP 1 'Sensorplattform und piezoresistiver Sensor', AP 2 'Optischer Sensor', AP 3 'Synthese- und CNTFunktionalisierungskonzepte' und AP 4 'Monolithische Integration von CNT-Sensoren'.AP 1 widmet sich weiterhin der Integration von CNTs in mikroelektromechanische Systeme (MEMS). Speziell die Ausbildung eines elektrischen Kontakts zwischen CNT und den Metallelektroden und dessen Zuverlässigkeit im Betrieb haben sich während dieser Arbeiten als Herausforderung erwiesen. Um entsprechende Fragen zu klären, sind in enger Zusammenarbeit mit TP3 mit Hilfe des in Phase 1 angeschafften Nanomanipulators und Elektronenmikroskopie eingehendere Untersuchungen geplant. Die existente Testplattform soll erweitert werden, um einzelne CNTs in situ, d. h. während der mechanischen Beanspruchung, elektronisch und optisch zu charakterisieren. Zusammen mit TP2 und TP3 sollen Design und Herstellung von MEMSStrukturen mit thermischen Aktoren für die Charaktersierung von CNT-basierten, piezoresistiven Sensoren erfolgen.AP 2 und AP 3 haben das Ziel, die in Phase 1 erfolgreich gezeigte on-chip-Funktionalisierung integrierter CNTs mit Metallnanopartikeln anzuwenden und damit mittels eines mikrotechnologischen Prozessplans optische Sensoren herzustellen. Zu diesem Zweck werden in AP 3 die zur chemischen Funktionalisierung notwendigen Ansätze evaluiert und die meistversprechenden mit der wafertauglichen Technologie in AP 2 vereinigt. In AP 2 wiederum werden eine geeignete Bauelementgeometrie und ein mikrotechnologischer Prozessplan erarbeitet und umgesetzt. Die konkrete Aufgabe besteht darin, die Umsetzung der Phase 1 erzielten Laborerfolge bei der Lokalisierung von Metallnanopartikeln auf CNTs im mikrotechnologischen Fertigungsumfeld weiter zu verbessern und auf Wafer-Level hinsichtlich Selektivität und dem Funktionalisierungsgrad und Funktionalisierungsdichte besser zu kontrollieren. Als zentraler, neuer Ansatz ist geplant, neben sphärischen auch elongierte Gold- oder Silberpartikel zu verwenden, für die während der ersten Phase von einem Antragsteller eine neue Darstellungsmethode berichtet werden konnte. Die Charakterisierung der Nanostrukturen wird auf zwei Standbeine gestellt: erstens, die Ermittlung der strukturellen Eigenschaften der beteiligten nanoskaligen Konstituenten, zweitens, die Charakterisierung der funktionellen Eigenschaften des Gesamtsystems (Strom- Spannungs-Kennlinien, Absorption, Effizienz, Polarisation).Schließlich soll in AP 4, in enger Zusammenarbeit mit TP7, eine Strategie für monolithisch integrierte CNT-Sensoren entwickelt werden. Zunächst werden dazu für die CNT-basierten optischen Sensoren Kenngrößen abgeschätzt. Im Laufe des Projektes sollen aber auch zunehmend die in AP 3 gemessenen Parameter in die Arbeiten eingehen.

• DFG-Verfahren: Forschungsgruppen
• Teilprojekt zu: FOR 1713: Sensorische Mikro- und Nanosysteme
• Beteiligte Personen: Professor Dr. Heinrich Lang; Professor Dr. Thomas Otto