Kohlenstoff-Nanobauelemente

Kohlenstoffnanoröhren (engl. CNT) weisen besondere Materialeigenschaften auf, die signifikante Empfindlichkeitssteigerungen von Druck- und Kraftsensorik erlauben. Verschieden einstellbare Eigenschaften der CNTs sowie Konzipierung der Nanostrukturen erlauben sowohl piezoresistive und kapazitive Wirkprinzipien in einem breiten Größenspektrum, welches von miniaturisierten Nanosensoren bis hin zu großflächigen taktilen Sensoren reicht.

Durch kontinuierliche technologische Innovationen am Standort Chemnitz ist es heute möglich CNT-basierte Nanostrukturen und Sensoren mit skalierbaren Prozessen zu integrieren und im industriellen Maßstab nutzbar zu machen. Für die hier adressierten Anwendungen in der Kraft- und Drucksensorik, stehen umfangreiche Prozesse zur CVD-Synthese von CNTs bereit. Eine der Kernkompetenzen liegt in der Integration von CNT-Strukturen auf Substraten mit aplikationsspezifischem Unterbau bis hin zur Realisierung von komplexen heterogenen Technologien für Kombinationen mit MEMS- oder CMOS- Technologien. Im weiteren bietet das Fraunhofer ENAS eine innovative Lösung zur Integration von CNT-Schichten bei Raumtemperatur und erweiterten Kontaktierungsmöglichkeiten. Diese Technologie reduziert signifikant bestehende technologische Hürden bei der Integration und ermöglich auch Anwendungen in der flexiblen Sensorik mit erweiterter Funktionalität.

Beispiel für CNT-basierte Wandler
Für die genaue Prozessüberwachung von Zerspanungs- und Umformprozessen wurde ein neuartiger Kraftaufnehmer entwickelt. Dieser erlaubt eine hohe Steifigkeit der Sensorumgebung und ermöglicht so die Ermittlung der tatsächlich wirkenden Kräfte in Werkzeugen. Ziel ist es, Anlagenausfälle und Ausschussteile zu vermeiden. Das Sensorprinzip beruht auf einem Netzwerk vertikal angeordneter Kohlenstoffnanoröhren, dessen Struktur und damit der Widerstand durch Kompression veränderbar ist. Als Kennwerte sind eine Widerstandsänderung ΔR/R0 von ca. 18% / µm beziehungsweise eine Sensitivität von 45 mV/V im Messbrückenbetrieb zu nennen.

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Unsere Expertise

  • Wafer-level Integrationstechnologien für Kohlenstoffnanaröhren
  • Aufbereitungs- &Abscheidungstechnologien für Nanomaterialien
  • Nanobauelemententechnologien
  • Charakterisierung von Nanomaterialien & Nanodevices
Wir haben jahrelange Erfahrungen in Nanotechnologien für
  • CNT-basierte Transistoren & Hochfrequenz Feld-Effekt-Transistoren
  • CNT-basierte Sensoren
  • Heterogene Technologien kompatibel mit CMOS, MEMS, MOEMS
  • CNT Interconnect-Technologien
  • Flexible nanostrukturierte Elektroden
 
 
 

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  • Entwicklung von Integrationstechnologien für CNT-basierte Sensoren und Elektronik in kundenspezifischen Anwendungen
  • Beschichtung von Substraten bis 200 mm Durchmesser mit vertikal gerichteten Kohlenstoffnanoröhren oder mit horizontal angeordneten typen-selektierten Kohlenstoffnanoröhren mit Strukturen nach Kundenvorgabe; Prozessentwicklung auf Schichtsystemen und Sondersubstraten nach Kundenvorgabe
  • Herstellung und Entwicklung von Mehrschichtsystemen aus vertikalen CNTs, Dielektrika und Metallisierungen bis hin zu Überführung in flexible Substrate für Anwendungen als Elektroden in Energiespeichern oder Brennstoffzellen, als optische Absorberschichten oder für chemophysikalische Funktionssichten
  • Bewertung Integrierbarkeit von 1D & 2D Nanomaterialien sowie Technologieentwickung nach Kundenvorgabe (zum Bsp.: Dispersionsaufbereitung, Transfertechnologien, Bauelementfertigung, Analyse)
  • Evaluationsplattform: Bereitstellung von nanostrukturierten Proben bis hin zu CNT-FET Arrays für kundeneigene Evaluationen von beispesweise Energiespeichern, IR-Absorbern, Biosensoren, ...
  • Charakerisierung von Nanomaterialien und Nanobauelementen mit Raman Spektroskopie, AFM, UV-VisSpektroskopie, Halbleiterparamenteranalysator, semiautomatischer 200mm Prober
  • Beratung und Technologiekonzeptionierung für die Integration von Nanomaterialien in CMOS (z. B. ASIC), MEMS, MOEMS bis hin zu flexiblen Systemen nach Kundenanforderungen
  • Einbindung von Grundlagenforschung an Nanomaterialien und Nanobauelementen durch enge Kooperation mit der TU Chemnitz Gruppe CND
  • Technologietransfer: Know-how, Lizensierung, Transfer von Prozessen und Technologien
  • Planung, Management von Forschungs- und Kooperationsprojekten

 

 

 

 

 

 

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Nanoelektronik

CNT-FET Transistortechnologie für analoge Hochfrequenz-Elektronik, Hardware Security, integrierte Schaltungen sowie sensorische Anwendungen wie Biosensoren, Gassensoren, Stresssensoren

(Flexible) Elektroden

Höchst kompatible Prozesse bei Raumtemperatur für Elektroden mit vertikal gerichteten CNTs für Sensoren, Supercaps, Brennstoffzellen

Heterogene Integration

Heterogene Technologien für integrierte optische, chemische oder elektronische Funktionsschichten, CNT-Bauelementintegration in MEMS, MOEMS, CMOS, SOC

CNT-basierte Sensorik

Sensortechnologien für miniaturisierte Messstreifen, Drucksensoren, taktile Sensoren, Sensorik in Mikrofluidik. Integartion in CMOS, MEMS, flexible Elektronik

Herstellung von Nanostrukturen

200 mm Wafer Prozesse für: Nanostrukturen mit hohem Aspekt-verhältnis; Abscheidung von gerichteten, sortierten & funktionalisierten 1D/2D-Nanomaterialien, Integration

Wafer-level Nanotechnologien

Überführung von Nanomaterialintegrationsprozessen auf Wafer-level und Sondersubstrate mit kompatiblen Analyseverfahren für Materialien und Bauelemente