Prozesse und Technologien für die Mikro- und Nanoelektronik

Im Bereich der Spin(elek)tronik (engl. spintronics) ist das Fraunhofer ENAS seit 2010 mit Fokus auf Magnetfeldsensoren auf Basis des GMR (engl. giant magnetoresistance) bzw. TMR (engl. tunneling magnetoresistance) Effektes aktiv, wobei Sensoren mit einer mehrdimensionalen Sensitivität im Vordergrund stehen. Zur individuellen Realisierung der Vielzahl denkbarer Applikationen (Bestimmung von u.a. elektrischer Stromstärke, Positionen, Abständen oder Drehbewegungen im industriellen Umfeld oder bspw. dem Bereich Automotive) sind oft noch Forschungs- und Entwicklungsarbeiten notwendig um Querempfindlichkeiten oder Kontaminationen durch bspw. Prozessvariationen zu untersuchen, bzw. die thermischen und magnetischen Eigenschaften den jeweilig bestehenden Anforderungen sowie Einschränkungen der Anwendung anpassen zu können.

Die Ausgangsschichtstapel, aufgebaut aus einer Vielzahl verschiedener Materialien mit z.T. nur sub-Nanometer Schichtdicke, werden üblicherweise mittels Magnetronsputtern präpariert und im Anschluss durch verschiedene Strukturierungstechnologien (bottom-up, top-down) mikro- oder nanostrukturiert. Die Ausstattung für all jene Prozessschritte ist für Waferdurchmesser bis 200 mm am Standort verfügbar, ergänzt durch umfangreiche Messtechnik zur Prozessüberwachung sowie einer magnetischen und elektrischen Charakterisierung.

Technologien am Standort für die Spintronik:

• Waferbeschichtung mit komplexen Dünnschichtstapeln
• Lithographie (UV-Stepper, Elektronenstrahllithographie) inkl. Maskendesign
• Mikro- & Nanostrukturierung (Ionenstrahlätzen, reaktives Ionenätzen, Lift-off, u.a.)
• Niedertemperatur-CVD von bspw. Si-O, Si-N
• Chemisch-mechanisches planarisieren und polieren
• Monolithisch integrierte 2D-Magnetfeldsensoren basierend auf GMR-Spinventilen - technische Details
• Monolithisch integrierte 2D-Magnetfeldsensoren basierend auf GMR-Spinventilen - weitere Infos

Veröffentlichungen und Patente:

O. Ueberschär, R. Ecke, S. Schulz, P. Matthes, and M. Albrecht, 3D Magnetfeldsensor und Verfahren zu dessen Herstellung, patent application at Deutsches Patent und Markenamt, appl. no. 102014202770.5, filed February 14, 2014, published 20.08.2015 (WO2015121447 A1).

A. Sharma, P. Matthes, I. Soldatov, S. S. P. K. Arekapudi, B. Böhm, M. Lindner, O. Selyshchev, N. Thi Ngoc Ha, M. Mehring, C. Tegenkamp, S. E. Schulz, D. R. T. Zahn, Y. Paltiel, O. Hellwig, and G. Salvan, Control of magneto-optical properties of cobalt-layers by adsorption of α-helical polyalanine self-assembled monolayers, J. Mater. Chem. C (2020).  https://doi.org/10.1039/D0TC02734K

L. Ramasubramanian, A. Kákay, C. Fowley, O. Yildirim, P. Matthes, S. Sorokin, A. Titova, D. Hilliard, R. Boettger, R. Hübner, S. Gemming, S. E. Schulz, F. Kronast, D. Makarov, J. Faßbender, and A. Deac, Tunable magnetic vortex dynamics in ion-implanted permalloy disks, ACS Appl. Mater. Interfaces 12, 27812 (2020). https://doi.org/10.1021/acsami.0c08024

A. Sharma, M. Almeida-Hoffmann, P. Matthes, O. Hellwig, C. Kowol, S. E. Schulz, D. R. T. Zahn, and G. Salvan, Crystallization of optically thick films of CoxFe80−xB20: Evolution of optical, magneto-optical, and structural properties, Phys. Rev. B 101, 054438 (2020). https://doi.org/10.1103/PhysRevB.101.054438

Timur Slapke, interviewee P. Matthes et al, special item „Zukunftsfeld Spintronik, Elektronik mit dem richtigen Dreh“, VAA Magazin, February 2020 https://www.vaa.de/fileadmin/www.vaa.de/Inhalte/Publikationen/Magazin/Web-PDF/VAA_Magazin_2020-01.pdf