Powder MEMS Technologieplattform

Am ISIT wurde ein innovatives technologisches Verfahren entwickelt, das die Integration nahezu beliebiger Materialien auf planaren Substraten erlaubt. Es beruht auf der Agglomeration von µm-großem Pulver (Partikeln) mittels Atomlagenabscheidung (ALD). Ähnlich wie bei der Herstellung keramischer Materialien wird zuerst eine Form, in diesem Fall Mikrokavitäten in einem Siliziumsubstrat, mit losem Pulver gefüllt. Anstatt jedoch die Partikel unter hohem Druck bei 800°C bis 1400°C zu sintern, wird das Substrat mit dem losen Pulver einem ALD-Prozess bei wesentlich geringeren Temperaturen ausgesetzt. Dank der extremen Eindringtiefe der sich bildenden ALD-Schicht werden die Partikel über die gesamte Tiefe der Mikrokavitäten (bis zu 700 µm) durch eine nur 75 nm dicke Schicht zu fest zusammenhängenden, porösen 3D-Körpern verbunden. Diese sind schrumpfungsfrei, mechanisch stabil und thermisch beständig. Strukturabmessungen zwischen 50 µm und mehreren mm lassen sich mit hoher Präzision realisieren. Dank der nahezu perfekten Umhüllung durch die ALD-Schicht, sind die einzelnen Partikel innerhalb eines porösen 3D-Körpers vor äußeren Einflüssen hervorragend geschützt. Substrate mit eingebetteten porösen 3D-Körpern überstehen Standardprozesse der MEMS- und IC-Fertigung bis zu 400 °C unbeschadet, sodass eine umfassende Nachbearbeitung in einem Reinraum möglich ist. Die Anwendungsmöglichkeiten sind außerordentlich vielfältig. Zu den bisher betrachteten Anwendungen gehören integrierte Permanentmagnete, hergestellt aus NdFeB-Pulver. Starke magnetische Felder auf kleinstem Raum sind interessant für viele MEMS-Aktuatoren und -Sensoren. Derzeit wird am ISIT an Vibrationsharvestern mit magnetischer Kraftkopplung und magnetisch betätigten Scannern gearbeitet.  Weitere vielversprechende Applikationen der neuen Technologie sind miniaturisierte, organikfreie Phosphorkonverter für Solid State Lighting (SSL) sowie eine neue Art der thermischen Isolation kalorimetrischer MEMS-Bauelemente, wie z. B. Massenfluss- und Gasssensoren,  die vergleichbar ist mit der konventionellen Vakuumwärmedämmung.

Laterale HEMT-Bauelemente sind bereits heute am Markt verfügbar. Die Forschungsarbeiten des Fraunhofer ISIT zielen deshalb auf vertikale Transistoren auf 8 "-Wafern. Die verwendeten Wafer bestehen im Wesentlichen aus Silizium und nur die oberen Waferschichten mit den Strukturen der Leistungsbauelemente sind epitaktisch gewachsenes GaN.

Für die Entwicklungsarbeiten nutzt das Fraunhofer ISIT das Equipment und die Fertigungskenntnisse in dem neu gebauten MEMS-Reinraum. Dabei wird die vorhandene Technologie so angepasst, dass sie die Anforderungen des neuen Materials erfüllt. Im Rahmen des Projektes "Forschungsfabrik Mikroelektronik Deutschland" (FMD) stellt das Fraunhofer ISIT zusätzliches Equipment bereit zur Vermeidung einer Kontamination des GaN-Materials durch Silizium (Silizium ist ein Dotiermaterial für GaN). Dazu gehören beispielsweise Geräte für das Trockenätzen, die Waferreinigung und für Hochtemperaturprozesse.