Mikro-Nano-Integration für die Inertialsensorik

Am Institut EMK ist die Mikro-Nano-Integration seit mehreren Jahren in der Projektforschung etabliert. Ziel ist es Nanostrukturen in Mikrosysteme zu integrieren und somit die nanotechnologiebasierten Effekte in Sensoranwendungen zu nutzen.

Das Projekt ELEMENT untersucht die Nutzung metallischer Nanodrähte zur Fertigung von Federelementen in Inertialsensoren mit geringem Chipflächenbedarf. Bringt man auf die senkrechten Drähte eine seismische Masse auf, lässt sich – wie der Laborversuch zeigt – über die Auslenkung der Masse auf die Beschleunigung schließen. Die Fertigung der Nanodrähte nach dem Ionenspurätzverfahren ist seit einiger Zeit Stand der Technik, die Aufgabe der Nanodraht-Integration auf Substrate der Mikrosystemtechnik kann hier erstmals im Fertigungs-Maßstab gezeigt werden.

Hierfür besteht nun ein neuer Prozess, mit welchem strukturierte Bündel aus Nanodrähten direkt im Mikrosystem galvanisch abgeschieden werden. Erst hierdurch wird es möglich die Nanodrähte mit Mikrokomponenten, wie zum Beispiel einer seismischen Masse oder Gegenelektroden, zu kombinieren.

Die mechanischen Eigenschaften der Nanodrahtbündel sind durch den Herstellungsprozess bedingt in weiten Bereichen einstellbar. Über die Variation der Drahtlänge, des Drahtdurchmessers und der Drahtdichte können die Nanodraht-Federelemente an die jeweiligen Anforderungen angepasst werden. Zudem bringen die geringen Durchmesser der Drähte Verbesserungen der Materialeigenschaften wie erhöhte elastische Verformbarkeit und ein großes Oberflächen-zu-Volumen-Verhältnis mit sich. Die geringen Materialvolumina der Drähte und das ressourcensparende Verfahren der galvanischen Abscheidung machen das Fertigungsverfahren auch bei der Verwendung edler Metalle wie Gold oder Platin interessant für die kostengünstige Fertigung verschiedener Mikrosensoren. Der Einsatz kommerziell verfügbarer Materialien und die universelle Nutzbarkeit des Fertigungsverfahrens prädestinieren den neuen Prozess für den industriellen Einsatz in KMU.

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Technische Universität Darmstadt

Institute of Electromechanical Design

Microtechnology

Dipl.-Ing. Florian Dassinger

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