Spintronische Bauelemente

Spintronik am Fraunhofer ENAS

Seit 2010 ist das Fraunhofer ENAS im Bereich der Spintronik aktiv, mit einem besonderen Fokus auf die Entwicklung von Magnetfeldsensoren basierend auf den GMR- (Giant Magnetoresistance) und TMR-Effekten (Tunneling Magnetoresistance). Dabei stehen Sensoren mit mehrdimensionaler Sensitivität im Mittelpunkt unserer Forschung.

Unsere Arbeit konzentriert sich auf die Entwicklung und Anpassung von Sensorlösungen für eine Vielzahl von Anwendungen, wie zum Beispiel die Bestimmung von elektrischen Stromstärken, Positionen, Abständen oder Drehbewegungen. Diese finden Einsatz in verschiedenen industriellen Bereichen, einschließlich der Automobilindustrie, der Leistungselektronik und der Medizintechnik. Um diesen unterschiedlichen Anforderungen gerecht zu werden, sind oft zusätzliche Forschungs- und Entwicklungsarbeiten notwendig. Diese beinhalten unter anderem die Untersuchung von Querempfindlichkeiten, Kontaminationen durch Prozessvariationen sowie die Anpassung der thermischen und magnetischen Eigenschaften an spezifische Anwendungsanforderungen.

Fertigung und Technologie

Unsere Ausgangsschichtstapel, die aus verschiedenen Materialien mit teils nur sub-Nanometer-Schichtdicken bestehen, werden in der Regel mittels Magnetronsputtern präpariert. Anschließend erfolgt die Mikro- oder Nanostrukturierung durch verschiedene Strukturierungstechnologien (bottom-up, top-down). Am Standort sind wir in der Lage, diese Prozesse für Waferdurchmesser bis zu 200 mm durchzuführen. Ergänzt wird unser Angebot durch umfangreiche Messtechnik zur Prozessüberwachung sowie durch magnetische und elektrische Charakterisierungsmethoden.

Technologien am Standort

• Waferbeschichtung mit komplexen Dünnschichtstapeln
• Lithographie: UV-Stepper, Elektronenstrahllithographie inkl. Maskendesign
• Mikro- & Nanostrukturierung: Ionenstrahlätzen, reaktives Ionenätzen, Lift-off und weitere Verfahren
• Niedertemperatur-CVD: Herstellung von Schichten wie Si-O, Si-N
• Chemisch-mechanisches Planarisieren und Polieren

Unsere Sensorlösungen

Monolithisch integrierte 2D-Magnetfeldsensoren basierend auf GMR-Spinventilen – Technische Details

Zusammenarbeit mit dem Fraunhofer IPMS im Bereich Spintronik

Fraunhofer ENAS arbeitet eng mit dem Fraunhofer IPMS zusammen, um die vielfältigen Möglichkeiten der Spintronik in verschiedenen Anwendungsbereichen voll auszuschöpfen. Während wir uns auf die Entwicklung hochsensitiver Magnetfeldsensoren konzentrieren, treibt das Fraunhofer IPMS die Forschung im Bereich der Speichertechnologie, insbesondere bei Magnetoresistive Random Access Memory (STT-MRAM und SOT-MRAM) und Racetrack-Speichern (RTM), voran. Ein Schwerpunkt in allen Fällen ist die Abscheidung verschiedener magnetischer Schichtstapel sowie die elektrisch-magnetische Charakterisierung von Einzelschichten bis hin zu funktionalen Devices

Diese strategische Kooperation basiert auf einem gemeinsamen Reinraumkonzept, das uns erlaubt, unsere komplementären Stärken optimal zu nutzen. Zum Beispiel können am Fraunhofer ENAS Prozesstechnologie auf bis zu 200 mm Wafern abgebildet werden, während sich das Fraunhofer IPMS auf die Bearbeitung von 300 mm Wafern spezialisiert hat. Durch den Zugriff auf die hochmodernen Reinräume beider Institute können wir Kundenanfragen noch gezielter und effizienter bearbeiten. Unsere Partner und Kunden profitieren dabei von der vereinten Expertise auf diesem Fachgebiet und maßgeschneiderten Lösungen.

Darüber hinaus arbeiten beide Institute eng zusammen an der Erforschung von RF-Devices, einem weiteren spannenden Anwendungsbereich der Spintronik. Diese gemeinsame Forschungsarbeit ermöglicht es uns, innovative Lösungen für zukünftige drahtlose Kommunikationssysteme zu entwickeln. Durch die Kombination unserer Stärken in Sensortechnologie, Speichertechnologie und RF-Devices bieten wir eine umfassende Expertise und einzigartige Lösungen für komplexe technische Herausforderungen.

Weitere Informationen über die Arbeiten am Fraunhofer IPMS finden Sie hier.