Auf dem weltweit bekannten Forum für Sensorik, Mess- und Prüftechnik in Nürnberg, vom 11.-13.06.2024, laden wir Sie ein, unser CiS Forschungsinstitut für Mikrosensorik GmbH kennenzulernen. Am Stand 501 in Halle 1 stellen wir Ihnen eine Auswahl von Forschungs- und Entwicklungsergebnissen vor.
Messehighlights sind in diesem Jahr, die Entwicklung eines High End Beschleunigungssensoren sowie spezieller Tandemdioden.
High End Beschleunigungssensoren (HEB)
Im Rahmen des Forschungsprojektes „HEB“ wurden am CiS Forschungsinstitut neue sehr hochauflösende kapazitive MEMS-Beschleunigungssensoren, mit einer Auflösung von 0,001⁰ entwickelt. Sie sind geeignet für Neigungs- bzw. Nivellierungsmessungen sowie Zustandsüberwachungen.
Grundlage bildeten Konzepte aus dem High-End-Anwendungsbereich mit dem Fokus auf der Nutzung von Chip-Level-Prozessschritten.
Die HEB-Einzel-Sensoren wurden dabei zunächst auf Chiplevel gefügt. Dabei werden die gegenüberliegenden Chips mittels Fineplacer zusammengedrückt, so dass die Metall-Strukturen der Feder-Masse- bzw. Träger-Chips (Si bzw. Glas) mittels Au-Stud-Bumps verbunden und die Abstände auf ca. 5,6 µm eingestellt werden.
Kennzeichen der Sensoren sind eine erhöhte seismische Masse, ein lateral angeordneter Differenzkondensator sowie ein hermetisches Package. Demonstrator-Aufbauten zeigen eine gute Übereinstimmung mit den simulierten Ergebnissen. Details und Eigenschaften beinhalten das
» Infosheet: High-End-Beschleunigungssensoren (HEB)
» Projektbeschreibung
Tandemdioden für Stehende-Wellen-Interferometer (SWIF)
Optische Verfahren gestatten eine besonders präzise Wegmessung, bei der die Wellenlänge des Lichts selbst als grundlegender Streckenmaßstab angesetzt wird. Eine elegante Möglichkeit der Wegmessung ist z.B. über die ortsabhängige Intensität einer stehenden Welle (Stehende-Wellen-Interferometer) möglich.
Hier entwickelte das CiS Forschungsinstitut Tandemdioden, die deutlich den Aufbau des bekannten Michelson-Interferometers vereinfachen, einem hochpräzisen Messverfahren zur Längen- und Positionsbestimmung bei Präzisionsmaschinen.
Den Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern aus dem CiS Forschungsinstitut gelang es, hierfür transparente Detektoren zu entwickeln, deren aktive Schichten aus dotiertem Silizium oder Polysilizium bestehen. Diese transparenten Fotodioden absorbieren nur einen sehr kleinen Teil des einfallenden Lichts in extrem dünnen Siliziumschichten. Der nicht absorbierte Teil des Lichts passiert den Detektor und kann für die sensorische Anwendung genutzt werden.
In einer Doppelkonfiguration (Tandem) werden zwei solcher teiltransparenten Dioden in einem mehrlagigen Chip mit hoher Abstandsgenauigkeit gestapelt. Damit wird es möglich, Stehende-Wellen-Interferometer mit direkter Auflösung der Bewegungsrichtung zu realisieren. Die sonst übliche Aufteilung in Referenz- und Probenstrahl über Strahlteiler wird überflüssig und das System kann deutlich einfacher und kompakter realisiert werden.
Neben diesen Forschungshighlights zeigt das CiS Forschungsinstitut auch eine Auswahl an weiteren MEMS und MOEMS-Entwicklungen. Dazu zählen:
» Infosheet: Galvanisch getrennter Inkrementalsensor (GalGIS)
» Infosheet: Flinkes Infrarot-Emitter-Array (FIRE)
» Infosheet: Hochempfindliche rauscharme Blauviolett-Avalanche-Photodioden (BVAPD)
» Infosheet: Hybrid aufgebaute Silizium-Dehnungssensoren (SiDMeses)
» Infosheet: Nachrüstsatz zur nichtinvasiven Druckmessung (NivLer)
Die beschriebenen Forschungs- und Entwicklungsarbeiten wurden in den nachstehenden Forschungsprojekten durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) gefördert:
Galvanisch getrennter Inkrementalsensor (GalGIS)
FKZ: 49VF123456
Flinkes Infrarot-Emitter-Array (FIRE)
FKZ: 49MF220020
Hochempfindliche rauscharme Blauviolett-Avalanche-Photodioden (BVAPD)
FKZ: 49MF200098
Tandemdiode
FKZ: 49VF200011
High-End-Beschleunigungssensoren (HEB)
FKZ: 49VF200064
Verbesserung der Stabilität hybrid aufgebauter Silizium-Dehnungssensoren (SiDMeses)
FKZ: 49MF200061
Nachrüstsatz zur nichtinvasiven Druckmessung (NivLer)
FKZ: 49MF220174
Zeitgleich zur Messe Sensor und Test findet die 22. GMA/ITG-Fachtagung Sensoren und Messsysteme 2024 am 11./12. Juni 2024 in Nürnberg statt. Auf diesem hochkarätigen Kongress ist das CiS Forschungsinstitut mit 2 Vorträgen vertreten. Am 11. Juni 2024 wird Mario Bähr im Block A2 (Innovative Sensorik für mechanische Messgrößen) um 14:30 Uhr ein „Drucksensorkonzept basierend auf NV-Zentren in Diamant“ vorstellen. Es wird die Funktionsfähigkeit eines mit industriell gängigen Mitteln hergestellten Sensorkonzepts demonstriert, das lokale Spannungen in einem keramischen Messumformer ausliest. Das Konzept bietet die Chance für kalibrierfreie und hochtemperaturstabile Drucksensoren. Die Entwicklungen werden im Rahmen des BMBF-geförderten Projekts „QSENS-QInd“ mit dem Partner Endress&Hauser entwickelt. Der Vortrag findet im Room London, NCC West statt.
Toni Schildhauer spricht in seinem Vortrag über schnelle MEMS-IR-Strahler für NDIR-Anwendungen. Für Spektroskopie-Anwendungen im mittleren Infrarot-Bereich gibt es aktuell keine breitbandigen thermischen Quellen, die ohne einen externen Chopper, Messfrequenzen von über 20 Hz erzeugen können. Im BMWK-geförderten Projekt FIRE werden IR-MEMS-Strahler entwickelt, die selbstständig mit über 100 Hz pulsen können, wodurch eine Miniaturisierung und Kostenreduzierung anspruchsvoller Analysatoren möglich wird. Der Vortrag findet im Rahmen der Session B3 – IRS² – Infrarot Sensoren Teil I, am Mittwoch, dem 12.06.2024, 11:40 Uhr im Raum Amsterdam, NCC West statt.
