Mikrostrukturiertes Kohlenstoff/SiCX (X=O, N)-basiertes Hochtemperatur-Dehnungsmesselement

• Antragsteller: Professor Thomas P. Burg, Ph.D.; Professor Ralf Riedel; Professor Dr.-Ing. Helmut F. Schlaak (†)
• Fachliche Zuordnung: Elektronische Halbleiter, Bauelemente und Schaltungen, Integrierte Systeme, Sensorik, Theoretische Elektrotechnik
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 411658150

Das vorliegende Projekt beschäftigt sich mit der Entwicklung mikrosystemtechnik-kompatibler, kohlenstoffhaltiger C/SiCX-Nanokomposite (X = O, N) als Druck-/Kraftsensoren für Anwendungen bei hohen Temperaturen und unter korrosiver Umgebung. Das Projekt wird schwerpunktmäßig das piezoresistive Verhalten von C/SiCX-Nanokompositen mit 13-20 vol% Kohlenstoff untersuchen und die Fertigung hochtemperaturstabiler Sensorstrukturen ermöglichen, die den siliziumbasierten piezoresistiven Sensoren überlegen sind. Es werden dünne C/SiCX-Schichten mit Dicken von ~1 µm hergestellt, strukturell charakterisiert und in Sensorelementen implementiert, welche auf Si-Biegebalken als piezoresistive Strukturen verwendet werden. Deren Verhalten wird in einem speziell für diesen Einsatz gefertigten Messaufbau in 3-Punkt-Biegemessungen untersucht, mit dem Messungen des piezoresistiven Verhaltens sowohl unter Zug- als auch Druckspannung in einem Temperaturbereich von Raumtemperatur bis 800°C möglich sind. Um 4-Punkt Widerstandsmessungen der C/SiCX-Schicht zu ermöglichen, werden hochtemperaturstabile, elektrische Kontakte entwickelt und charakterisiert. Zusätzlich wird die elektrische Kopplung der einzelnen Messelemente untersucht, die auf der durchgängigen hochohmigen piezoresistiven C/SiCX-Schicht liegen. Diese Messungen gehen Hand in Hand mit der strukturellen Untersuchung der dünnen Schichten, beispielsweise hinsichtlich der Rissbildung unter mechanischem Stress und der Entwicklung des Materials bezüglich Dicke und chemischer Zusammensetzung unter korrosiven Bedingungen. Mittelfristig ermöglichen die Ergebnisse die Entwicklung eines Silizium-Membran-Sensorelements für den Hochtemperatureinsatz in einem Folgeprojekt.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen