Fraunhofer-Institut für Elektronische Nanosysteme
Die Eigenschaften von Nanomaterialien wie CNTs oder Graphen können bei vielen sensorischen und elektronischen Anwendungen zu erheblichen Verbesserungen führen. Um eine industrielle Umsetzung zu erreichen, müssen verschiedene technologische Herausforderungen angegangen werden, die sich an den mit Nanomaterialien kompatiblen Integrationstechnologien, der tatsächlichen Leistung und den Kosten orientieren.
In-plane halbleitende und metallische Nanoschichten
Am Fraunhofer ENAS wurde eine Technologieplattform geschaffen, die Lösungen für die Integration von CNTs und Graphen im Umfeld der Wafer-Level-Mikrotechnologien bietet. Wir können Waferprozesse für halbleitende CNT-Schichten in einer Qualität anbieten, die in Kurzkanal-FETs mit hoher Ausbeute angewendet werden kann. Für Hochleistungsfunktionalitäten entwickeln wir skalierbare Prozesse, die auch einen hohen Ordnungsgrad in halbleitenden Schichten aus hochdichten, parallel ausgerichteten CNTs ermöglichen. Die Stärke dieser Technologie liegt zum einen in einer substratfreien Halbleitertechnologie, die verschiedene 3D-Integrationskonzepte ermöglicht. Auf der anderen Seite ermöglicht diese Technologie einzigartige Vorteile in Hochleistungsanwendungen wie analoge Hochfrequenz-Kommunikationselektronik, THz-Polarisatoren oder Umweltsensoren.
Vertikal aufgebaute Nanostrukturen
Für Anwendungen, die von Nanostrukturen mit großer Oberfläche profitieren, wie z. B. Elektroden, bietet das Fraunhofer ENAS einen Integrationsservice für CVD-gewachsene CNTs auf kundenspezifischen Substraten. Dies umfasst das strukturierte Wachstum von einwandigen oder mehrwandigen CNTs auf Verdrahtungssystemen bei Wachstumstemperaturen ab 450 °C. Es wurden verschiedene Integrationsszenarien für MOEMS mit integrierten heizbaren CNTs auf SiN-Membranen, vertikale Leiter für fortschrittliche BEOL in hochintegrierten Schaltungen (engl. ULSI), flexible Flip-Chip-Interconnects, (taktile) Kraftsensoren sowie Gasadsorber demonstriert. Des Weiteren bieten wir auch spezielle Lösungen für die Integration von CNT-Wäldern bei Raumtemperatur an, kombiniert mit dem einzigartigen Vorteil konfigurierbarer Kontaktschnittstellen und Substrate. So haben wir beispielsweise ein Verfahren für ein nanomembranartiges Elektrodensystem entwickelt, das aus einem 10 µm dicken Parylensubstrat, einer frei konfigurierbaren leitenden Schicht in der Ebene und einem vertikalen CNT-Wald mit >10 µm besteht. Im gegenwärtigen Zustand ermöglicht das Verfahren die Herstellung von 200 mm großen nanostrukturierten Folien. Diese Konfiguration wurde erfolgreich in einem flexiblen Supercap-Bauelement getestet und eröffnet viele weitere Möglichkeiten in der flexiblen Elektronik.