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Technische Universität Dortmund


Lehrstuhl für Intelligente Mikrosysteme
Univ.-Prof. Dr.-Ing. H. Fiedler
Emil-Figge-Str. 68
44227 Dortmund

Campus Nord
CT-G3, 3. Etage, Raum 3.21

Telefon:+49 (0)231 / 755 3203
Telefax: +49 (0)231 / 755 4450

 

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Arbeitsgebiet Technologien der Mikro- und Nanotechnik
N.N.

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Hauptinhalt

halbleitertechnologie

CMOS-Technologie:

Der Lehrstuhl für Intelligente Mikrosysteme verfügt zusammen mit dem Arbeitsgebiet Technologien der Mikro- und Nanotechnik über einen ca. 120 Quadratmeter großen Reinraum der Klasse 10.000 (ISO 7) global und Klasse 100 (ISO 5) im Laminarflowbereich, in dem sämtliche Geräte für einen Silizium-CMOS-Prozess zur Verfügung stehen. Der Reinraum und die Fertigungslinie wurden in den Jahren 2004 bis 2007 komplett modernisiert. Details zum Reinraum finden Sie hier.

 

CMOS kompatible Bauelemente im Nanometer-Bereich:

Die Strukturierungsverfahren moderner Halbleiterfertigungsverfahren erlauben Bauelemente mit Abmessungen im Bereich von 30 nm und darunter. Die in der Industrie eingesetzte hoch auflösende Lithografie ist jedoch an ihren Grenzen angekommen und die Degradation der Bauelementeeigenschaften bereitet zunehmend Probleme. Am Lehrstuhl werden bereits seit vielen Jahren Transistoren hergestellt, deren Kanallänge deutlich unter 100 nm liegt. Durch den Einsatz eines hierfür entwickelten Depositions- und Rückätzverfahrens reicht eine sehr konservative, optische Lithografie aus. Die so hergestellten Nanotransistoren gestatten sehr gut das Studium der verschiedenen Degradationseffekte und erlauben Arbeiten zu deren Verbesserung. Hierzu zählen insbesonere der Einsatz alternativer Gatematerialien (“workfunction engineering”), Gatedielektrika (“high-k dielectris“) und die Optimierung der gesamten Bauelemetearchitektur. Neben der Kanallänge kann ebenfalls die Kanalweite bis auf weniger als 100 nm verkürzt werden, so dass echte 3D-Nanotransistoren erzeugt und untersucht werden können. Darüber hinaus wird der Einsatz von Nanostrukturen und Nanopartikeln in den Bereichen Sensorik, Mikrostrukturtechnik und Prozesstechnik untersucht. Für diese Arbeiten steht ein komplett eingerichteter Reinraum der Klasse 100 zur Verfügung.

 

Mikromechanische Systeme (MEMS):

Die moderne Siliziumtechnologie ist nicht nur die Basis für hochintegrierte Schaltungen sondern wird auch zunehmend genutzt für die Herstellung mikromechanischer und elektromechanischer Komponenten. Diese lassen sich auf einem Siliziumchip mit der gewünschten Ansteuer- und Auswerteelektronik integrieren. Gerade die Technik der Oberflächenmikromechanik erlaubt die CMOS-kompatible Realisierung von intelligenten Mikrosystemen, die z. B. im Automobil als Sensoren für Druck, Beschleunigung und Drehraten nicht mehr weg zu denken sind und die Basis für Reifendrucküberwachung, Airbag, ABS oder ESP sind. Auch in Anwendungsbereichen wie Robotik, Life-Science und Medizintechnik sind derartige Mikrosysteme inzwischen etabliert. Der Lehrstuhl für Intelligente Mikrosysteme arbeitet schwerpunktmäßig auf diesem Gebiet und hat in seiner eigenen Technologielinie eine Reihe derartiger MEMS-Entwürfe prototypisch gefertigt. Die Abbildung oben zeigt einen elektrostatischen Mikromotor mit Ansteuerelektronik.

 

Sensoren:

Moderne Mikrosystemtechnik erlaubt die kostengünstige Massenproduktion von Sensoren für die unterschiedlichsten Messgrößen. Die Kombination von Mikroelektronik mit Mikromechanik, Mikrooptik und Mikrofluidik führt zu bisher ungeahnt kompakten, leistungsfähigen und zugleich wirtschaftlich attraktiven „Sinnesorganen“ für praktisch alle Anwendungsbereiche wie z. B. Automobiltechnik, Medizinelektronik, Umweltschutz und Automatisierungstechnik. Beispiele für integrierte Sensoren sind Sensoren für Licht, Strahlung, Druck, Beschleunigung, Neigung, Drehrate, Magnetfelder, Temperatur oder auch Sensoren zur Messung der Konzentration chemischer Substanzen. Künftige preisgünstige und ausfallsichere Systeme für den Massenmarkt müssen die reine Sensorfunktionalität mit neuen Eigenschaften wie z.B. Ausfallsicherheit, Redundanz, Kalibrierautomatik und Vernetzungsfähigkeit kombinieren. Dieses wird nur durch die monolithische Integration des eigentlichen Sensors zusammen mit CMOS-Mikroelektronik möglich werden. Der Lehrstuhl konzentriert sich deshalb darauf, derartige „intelligente“ Sensoren mit den gleichen oder ähnlichen Prozessschritten wie die CMOS-Elektronik herzustellen. Hierfür müssen die für die Herstellung der Sensoren erforderlichen Materialien kompatibel zum CMOS-Prozess sein oder durch geschickte Einordnung in den Herstellprozess tolerierbar sein. Die Abbildung zeigt eine Sensorzeile aus monolithisch integrierten Hall-Magnetfeldsensoren zusammen mit der zugehörigen Auswerte- und Steuerelektronik. Über die zeilenweise Anordnung vieler Hall-Sensoren ist es möglich, hochpräzise Positionsbestimmungen im niedrigen Mikrometerbereich durchzuführen, die heutzutage z. B. in Werkzeugmaschinen eingesetzt werden. Der Sensorkopf mit dem Chip fährt dabei über eine magnetisch kodierte Strecke und kann in Abhängigkeit der magnetischen Kodierung selbst bei Stillstand die absolute Position des Werkzeugkopfes ermitteln.