Unter der Kurzbezeichnung „Nanolever“ startete kürzlich im CiS Forschungsinstitut ein Projekt mit dem Ziel, einen Sensor zur Bestimmung der Schichtspannung herzustellen. Eine Reihe von Messverfahren verwendet die Schichtspannung als physikalisches Prinzip. Hierbei wird technisch die Verformung eines Biegebalkens auf Grund der Spannungsunterschiede eines Bimorphs ausgenutzt. Dies ist im einfachsten Fall ein Bimetallthermometer.
Im Projekt bildet das Layout einer mechanischen Brücke, ein beidseitig eingespannter Kragbalken, die Basis für einen piezoresistiven Sensor, welcher die Filmkraft bestimmt, die ein Maß für die mechanischen Spannungen darstellt. Dabei wird eine hohe Empfindlichkeit auf die Messgröße bei hoher Robustheit auf die Störgrößen erreicht.
Die Kenntnis und Optimierung von Schichtspannungen haben für Anwendungen in vielen Produkten grundlegende Bedeutung, beispielsweise in optischen Datenspeichern, reflexionsarmen Gläsern wie Brillen sowie innovativen Anwendungen wie Konzentrationsmessung, wie z.B. mit immobilisierten Antikörpern oder sensitiven Schichten zur Wasserstoffdetektion.
Ein MEMS-basierter Sensor auf Siliziumbasis weist für die Herstellung und Anwendung viele Vorteile auf, da die Vorteile der Halbleiterphysik, die leichte Anbindung/Integration von Elektronik zur Auswertung und Datenübertragung, die Möglichkeit von Fertigung auf Waferebene, die verbundenen Skaleneffekte von höheren Waferformaten eine kostengünstige Fertigung ermöglichen.
Für die biochemische und medizinische Diagnostik sind Eigenschaften erfolgskritisch wie hohe Empfindlichkeit, geringe Querempfindlichkeiten gegen andere Stoffe und relative Unempfindlichkeit gegenüber Bewegungen des Fluids, die in diesem Projekt untersucht werden.
Die beschriebenen Forschungs- und Entwicklungsarbeiten werden im Forschungsprojekt „Sensor zur Bestimmung der Schichtspannung“ (Nanolever) durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) gefördert.
FKZ: 49VF220011
