Pyroelektrischer, hafniumoxid-basierter digitaler Sensor - POLAR
Pyroelektrische Infrarot-(IR)-Sensoren sind heutzutage nicht mehr aus der Medizintechnik, der Feuer/Flammendetektion, der Prozessmesstechnik und der Gasanalytik wegzudenken. Sie zeichnen sich durch eine hohe technische Performance und breite kommerzielle Verfügbarkeit aus. Die wichtigste Komponente ist das Sensorelement, welches die IR-Strahlung absorbieren und in eine Stromänderung umwandeln muss. Bis heute wird es aus speziellen Einkristallen, Keramiken oder Polymeren gefertigt. Das Gesamtziel des Projektes ist es, neuere Entwicklungen auf den Gebieten der Materialforschung, Dünnschichttechnologie und der Mikromechanik zu einer völlig neuen, bahnbrechenden Lösung auf dem Gebiet der pyroelektrischen Sensoren zu kombinieren. Ziel des Projektes ist die Entwicklung eines neuartigen pyroelektrischen Sensors unter Nutzung von dotiertem Hafniumoxid als pyroelektrische Dünnschicht, welches mit aus der Halbleiter-Technologie bekannten Verfahren abgeschieden und strukturiert werden soll. Der strahlungsempfindliche Teil ist an abgewinkelten, dünnen Trägern aufgehängt, um die thermischen Leitungsverluste gering zu halten. Folgende Vorteile werden von dem neuartigen Lösungsansatz erwartet: Das pyroelektrische Sensorelement kann komplett mikromechanisch und CMOS-kompatibel gefertigt werden, geringe Fertigungskosten durch Prozessierung auf bis zu 12“ großen Si-Wafern und kosteneffizientes Packaging, niedriger Energieverbrauch, geringe Größe und Robustheit, hohe spektrale Selektivität ohne zusätzliche externe Filter.
Die Technologieentwicklung für das Sensorelement erfolgt in enger Zusammenarbeit zwischen dem IPMS/CNT und dem ZfM, wobei das IPMS die Waferprozesse zur Herstellung der Sensorelemente auf der Wafer-Vorderseite übernimmt und das ZfM die nachfolgende Prozessierung zum Abdünnen, zur Herstellung der thermischen Isolation und zum Vereinzeln durchführt (hier zusammenfassend kurz bezeichnet als Chiptechnologie). Das innovative Ziel der Technologieentwicklung für die Chipstrukturierung besteht darin, die äußere Begrenzung gleichzeitig mit den Strukturen im Inneren durch Ätzprozesse zu definieren, wodurch die Chips während des 2. Ätzschrittes vereinzelt werden sollen (sog. Plasma-Dicing). Hierzu werden eine geeignete Dimensionierung der vertikalen und lateralen Abmessungen erarbeitet, Ätzprozesse werden optimiert und es sind insbesondere Lösungsansätze für die prozesskompatible selektive Befestigung der vereinzelten Chips zu finden. Die Sensormuster werden den Projektpartnern zur Charakterisierung und zum Aufbau von Demonstratoren zur Verfügung gestellt.
REM-Aufnahme (Detail Temperatur-isolierte Sensorbefestigung)
Prinzipaufbau des pyroelektrischen Dünnschichtsensors
