MOS-Detektion für Nanoresonatoren

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. John Thomas Horstmann
• Fachliche Zuordnung: Mikrosysteme
• Förderung: Förderung von 2011 bis 2016
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 195215523

Der Ausgangspunkt der wissenschaftlichen Fragestellung im Teilprojekt TP 7 - MOS-Detektion für Nanoresonatoren - ist die weitere Verringerung des Nutzsignales mikro- und nanomechanischer Systeme infolge der vorangetriebenen Strukturverkleinerung der mechanischen Sensorkomponenten. Für eine Auswertung der Sensorsignale ist eine gleichzeitige Reduzierung der parasitären Einflüsse unabdingbar. Die enge Kopplung von Sensorik und Elektronik reduziert den parasitären Einfluss von Verbindungsleitungen, Bondpads und der Aufbau- und Verbindungstechnik (Gehäuse, Chipträger etc.).Ausgehend von dieser Prämisse werden im geplanten Vorhaben die technologischen Prozessschritte, die Bauelementephysik sowie die Grundlagen der Schaltungstechnik für die on- Chip-Integration von Nanosensorik und Signalwandelstufe in spannungsempfindlichen MOSTransistoren untersucht. Dafür wird ein Array von Balkenstrukturen, die jeweils im Kanalgebiet eines Transistors mechanische Spannungen induzieren, realisiert. Die Auswertung der mechanischen Signale erfolgt über die stressbedingte Variation der Ladungsträgerbeweglichkeit im Kanal des MOS-Transistors und der daraus resultierenden Beeinflussung verschiedener Transistorparameter. Das Projektziel besteht im Nachweis einer mit geringen parasitären Einflüssen belasteten Kopplung von mechanischem und elektrischem System und einer anschließenden Signalaufbereitung für eine nachfolgende digitale Signalverarbeitung. Dazu gehört eine gegenüber Parameterschwankungen robuste Schaltungsauslegung und ein angepasster Signal-Rausch-Abstand.Die monolithische Integration von Sensor und Auswerteelektronik wird seriell ausgeführt. Die Primärelektronik und die als Wandlerelement fungierenden Transistoren werden in einem CMOSStandardprozess prozessiert. Hierfür wird eine 180-Nanometer-Technologie des Foundry- Unternehmens X-FAB verwendet. Danach werden die oberflächennahen Resonatorstrukturen auf den fertigen Elektronikwafern am Zentrum für Mikrotechnologien der TU Chemnitz erzeugt. Das Verfahren wird infolge der nachgesetzten Mikromechanikprozessschritte als Post-CMOSVerfahren bezeichnet. Für die Realisierung des Projektes ist es notwendig, komplette Wafer weiterverarbeiten zu können.Es werden Erkenntnisse aus den anstehenden Untersuchungen zu Schaltungsprinzipien hinsichtlich Parameterstreuungen, zu nutzbaren Effekten auf Basis der Bauelementephysik von MOS-Transitoren, zur Verträglichkeit zwischen CMOS- und Mikromechanikprozessschritten und zur Realisierung eines monolithisch integrierten Arrays von resonanten Sensoren für die Messung von hochfrequenten Vibrationen und von Körperschall erwartet.

• DFG-Verfahren: Forschungsgruppen
• Teilprojekt zu: FOR 1713: Sensorische Mikro- und Nanosysteme
• Beteiligte Person: Professor Dr. Thomas Geßner (†)