Fraunhofer-Institut für Siliziumtechnologie
Fraunhofer-Institut für Siliziumtechnologie

Sensorik

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  • MEMS-Sensoren stoßen häufig an Miniaturisierungs­limits, weil funktionale Strukturen (z. B. Magnete, Schutzkappen, Stütz­strukturen) oft außerhalb des Wafers oder als Einzelchip­module hinzugefügt werden.
  • Zweidimensionale Lithografie lässt nur geringe Volumina zu – bei gleichzeitig hohem Platz­bedarf.
  • Dünnfilm­membranen in Fluss- oder IR-Sensoren sind mechanisch fragil und fallen bei Druckstößen aus.
  • Gassensoren und Drucksensoren benötigen poröse Schutz­kappen gegen Partikel und Feuchtigkeit, die derzeit meist als Einzelchip verklebt werden.
  • Biosensoren und Gassensoren verlangen große Reaktions­oberflächen für hohe Empfindlichkeit – bislang kaum in etablierten MEMS-Prozessen realisierbar.

Mit PowderMEMS integrieren wir auf Wafer-Ebene dreidimensionale, poröse Mikrostrukturen und funktionale Elemente direkt in Ihren MEMS-Prozess:

  1. Integrierte Mikromagnete (NdFeB, SmCo, Ferrit) für Back-Bias und TMR-Sensoren
  2. Poröse Stützstrukturen zur Stabilisierung dünner Membranen in thermischen Flusssensoren oder IR-MEMS
  3. Waferweite, poröse Schutzkappen für Gas- und Drucksensoren (200 mm/8“) mit Hydrophobierung, katalytischer Oberfläche und optionalem Heizer
  4. Große innere Oberflächen für Gas- und Biosensoren durch katalytische ALD-Schichten oder Enzym-Immobilisierung, ergänzt um Heizer und Elektroden

PowderMEMS basiert auf einem standardisierten MEMS-Waferprozess:

  • Befüllen mikrofabrizierter Kavitäten mit speziell aufbereiteten, feinen Metall- und Keramik-Pulvern
  • Thermisches Sinter- und Verdichtungsschritt zur Vernetzung der Partikel in 3D
  • Substratbonden oder Direktintegration auf dem Sensor-Wafer
  • Nachfolgende MEMS-Bearbeitung (Lithografie, Ätzen, Metallisierungs- oder ALD-Schritte) zur Funktionalisierung

 

1. Magnetischer Bias

  • Integrierte Mikromagnete direkt am Sensor für Back-Bias oder Stützfelder (TMR, Hall, GMR)
  •  Materialien: NdFeB, SmCo, Ferrit
  • Hohe Miniaturisierung, präzise Magnetfeld-Geometrien, Rohstoff­einsparung

ZUM PAPER

2. Stabilisierung thermischer Flusssensoren

  • Poröse Stützstrukturen unter Dünnfilm­membranen
  • Verhindert Membranbruch durch Druck- oder Vibrations-Stöße
  • Einfache Modifikation bestehender Designs

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3. Poröse Wafer-Schutzkappen für Gas- und Drucksensoren

  •  Herstellung von Schutzkappen (200 mm/8“) direkt im Waferprozess
  • Substratbonden ohne Einzelchip-Kleben
  • Funktionalisierung: Hydrophobierung, katalytische Oberflächen, integrierte Heizer

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4. Gas- und Biosensoren mit großer Reaktionsoberfläche

  • 3D-poröse Mikrostrukturen auf 200 mm-Wafern
  • Katalytische ALD-Schichten oder Enzym-Immobilisierung
  • Co-Integration von Heizer und Elektroden
  • Maximale Empfindlichkeit bei minimalem Footprint

 

  • Ultrahohe Integration: Volumetrische 3D-Strukturen mit geringstem Wafer-Footprint
  • Robustheit: Mechanisch stabile Membranen und Schutzkappen für raue Umgebungen
  • Ressourcenschonung: Präzise Platzierung von Magneten und porösen Strukturen spart Material
  • Prozesskompatibilität: Voll integriert in etablierte MEMS-Fertigungsprozesse (200 mm/8“)
  • Hohe Sensitivität: Großflächige, poröse Oberflächen für Gassensoren und Biosensoren
  • Skalierbarkeit: Serienfertigung ohne Einzelchip-Montage, erhöhte Ausbeute und geringere Stückkosten