MST - INANOMIK

Übersicht INANOMIK

Das Thema des Förderprojektes „Integration und Anwendung von Nano-Drähten durch Mikro-Nano-Fabrikation und Mikro-Montage“ INANOMIK umfasst die Entwicklung verschiedener Mikrostrukturierungsverfahren und Nanomaterialien, die für das Packaging und zur Mikro-Montage von Nano-Drähten gebündelt zum Einsatz kommen. Die Integration nanoskaliger Materialien und Bauteile in Verfahren der Mikrostrukturierung, also der dreidimensionalen Formgebung, wird hier als Mikro-Nano-Fabrikation bezeichnet.

Projektpartner

Projektleitung:

Technische Universität Darmstadt,

Fachbereich Elektrotechnik und Informationstechnik,

Institut für Elektromechanische Konstruktionen, TUD-EMK

Prof. Dr.-Ing. Helmut F. Schlaak

Dipl.-Ing. Felix Greiner

Dipl.-Ing. Michael Schlosser

Beteiligte Einrichtungen:

Technische Universität Darmstadt,

Fachbereich Material- und Geowissenschaften,

Fachgebiet Disperse Feststoffe, TUD-DF

Prof. Dr. rer. nat. Ralf Riedel

Dr. rer. nat. Emanuel Ionescu

Fachhochschule Wiesbaden

Fachbereich Ingenieurwissenschaften

Institut für Mikrotechnologien (IMtech), FHW-IMtech

Prof. Dr. habil. F. Völklein

Dipl.-Ing. (FH) Heiko Reith

GSI Gesellschaft für Schwerionenforschung

Abteilung Materialforschung, GSI-MF

Prof. Dr. Reinhard Neumann

Dr. Thomas Cornelius

Dipl.-Chem. Markus Rauber

Assoziierte Partner:

arteos GmbH

Hr. Winfried Korb

sgt Sensorberatung Dr. Guido Tschulena

Dr. Guido Tschulena

Ausgangslage

: Nanodrähte - GSI Darmstadt

Nano-Drähte und nanoskalige Materialien bilden bisher Themen der Grundlagenforschung ohne wesentliche Anbindung in handhabbaren technischen Systemen. In diesem Vorhaben werden entscheidende Funktionalitäten durch den Einsatz von Nanostrukturen und Nanomaterialien realisiert, die isoliert für sich nicht handhabbar sind. Erst durch die Integration mit Technologien aus der Mikrosystemtechnik können die nanoskaligen Komponenten zum Einsatz kommen. Im Sinn des Rahmenprogramms Mikrosysteme wird dieser Ansatz an einem konkreten Beispiel aus der Prozessmesstechnik realisiert.

Ein bestehender Gassensor nach dem Anemometerprinzip mit gezogenen Drähten soll im Gesamtaufbau kleiner dimensioniert und mit Hilfe von Nano-Komponenten so aufgebaut werden, dass ein mikro-nano-integriertes Gesamtsystem entsteht, mit Schnittstellen zur Makrowelt. Als Sensorelement sollen Nano-Drähte in einem Sensor-Aufbau eingesetzt werden.

Projektziele

Im Förderprojekt sollen folgende Teilziele verfolgt werden:

Die wissenschaftliche Machbarkeit für die spätere industrielle Herstellung eines Mikro-Nano-Gassensors ist zu untersuchen.
Ein grundsätzliches Vorgehen für das Montieren und Packaging von runden Nano-Komponenten wie Nano-Drähte ist zu entwickeln.
Die Aufbau- und Verbindungstechnik (AVT) durch strukturierbare Materialsysteme mit neuartigen Eigenschaften aufgrund von Nanopartikeln soll zu neuen Funktionalitäten geführt werden.

Die deutsche Gassensorik-Branche unterliegt einem permanenten Kosten- und Innovationsdruck. Die Gründe hierfür liegen in der internationalen Wettbewerbssituation sowie der Forderung der Sensorik-Kunden nach immer genaueren Messbereichen, kürzeren Messzeiten und höherer Integration. Dieses Förderprojekt soll hier Wege zur Lösung aufzeigen.

Wir sehen in dem Projekt weiterhin einen grundsätzlichen Beitrag für das wirtschaftliche Packaging, Handling und die Montage von kleinen runden Nano-Objekten wie z.B. Nano-Drähten, Carbon-Nano-Tubes (z.B. für zukünftige Halbleiterchips) und Messspitzen für die Nahfeldmikroskopie. Ferner bieten die zu demonstrierenden Strukturierungsverfahren für neuartige Funktionswerkstoffe aus nanoskaligen Materialien ein großes Potential für eine kostengünstige Aufbau- und Verbindungstechnik sowie den Einsatz in weiteren Anwendungsgebieten der Sensorik und Aktorik.

Strukturierung bei zufällig angeordneten Nano-Drähten

Zufällig angeordnete Nanodrähte erfordern eine elektrische Kontaktierung, die (unabhängig von der Nanodraht-Position) gezielt an den Drahtenden realisiert werden kann. Für die gezielte Abscheidung von Kontaktschichten an den Enden der Nano-Drähte soll die Metallschichtbildung durch direktes E-beam-Schreiben untersucht werden. Hierbei wird ein metallorganisches Precursor-Gas durch Anregung eines Elektronenstrahls aufgespalten, so dass sich an der Stelle, an der der Strahl das Substrat trifft, eine Metallschicht bildet. Mit dieser Methode kann ein auf dem Substrat befindlicher Nano-Draht zunächst im Rasterelektronenmikroskop lokalisiert und dann an seinen Enden durch Metallschichtabscheidung kontaktiert werden.

Strukturierung bei gerichtet angeordneten Nano-Drähten

Die UV-Tiefenlithographie auf der Basis von SU-8 erlaubt das Erstellen von Photoresist-Schichten mit einem großen Aspektverhältnis von derzeit 20:1. Es können tiefe Gräben geringer Breite erstellt werden, die als Kanäle für Fluide eingesetzt werden können. Es soll untersucht werden, inwieweit diese Grabenstrukturen geeignet sind, Träger für Nano-Drähte darzustellen. Durch nanoskalige Füllstoffe soll die thermische und elektrische Leitfähigkeit gezielt beeinflusst. Weiterhin soll die Eignung von photostrukturierbaren Materialien mit keramischen Eigenschaften untersucht werden. Die siliziumbasierten Polymere, wie kommerziell erhältliche Polysiloxane und Polysilazane, müssen hinsichtlich ihrer UV-Vernetzbarkeit für den Einsatz in der Tiefenlithographie optimiert werden.

Abschlusspräsentation

Am 13.-14. März fand im Ernst-Reuter-Haus in Berlin eine Abschlusspräsentation der vom BMBF geförderten Projekte zur Mikro-Nano-Integration statt.

INANOMIK.pdf

2.6 M

Ergebnistransfer

Die Ergebnisse sollen mittelfristig in gemeinsamen Forschungsprogrammen weiter ausgearbeitet werden, die an das über die EU in FP7, das BMBF oder mit Landesmittel gefördert werden sollen.
Spezielle Ergebnisse sollen in eine Firma (KMU: assoziierter Partner arteos) kurzfristig transferiert werden.
Weitere Ergebnisse und Erfahrungen sollen zuerst den mst-Netzwerk Rhein-Main-Partnern und dann darüber hinaus angeboten und zur Verfügung gestellt werden. Es ist die Veranstaltung eines Workshops beabsichtigt.