Entwicklung, Prozessintegration und Charakterisierung von Parylenen als Funktionswerkstoff in Mikrosystemen

Im Rahmen dieses Projektes sollen Parylene nun zur Realisierung von Komponenten in Mikrosystemen angewandt werden. Dies beinhaltet u. a. die Herstellung von Federelementen und Membranen, wie sie beispielsweise für die Herstellung von physikalischen Sensoren, Wandlern für chemische Sensoren und Mikrospiegeln benötigt werden. Bereits durchgeführte Modellrechnungen lassen eine überdurchschnittliche Leistungscharakteristik bezogen auf den gegenwärtigen Stand erwarten.

Aktuelle Fragestellung

Um den steigenden Leistungsanforderungen an elektronische Systeme gerecht zu werden, wird die Integrationsdichte der verschiedenen Komponenten bei gleichzeitiger Miniaturisierung erhöht. Ein jüngerer Trend ist dabei die Integration von mechanischen Komponenten in Mikrosysteme bzw. MEMS (engl. Micro Electro Mechanical Systems). Um hierbei eine möglichst hohe Leistung der hergestellten Mikrosysteme zu erreichen, ist die Etablierung und Verwendung neuer Hochleistungsmaterialien von wesentlicher Bedeutung. Eines dieser Materialien ist der Kunststoff Parylene mit herausragenden Eigenschaften, die grundsätzlich dazu beitragen können, eine verbesserte Leistungscharakteristik von Mikrosystemen wie bspw. eine gesteigerte Sensitivität, zu erzielen sowie neue Funktionen zu erschließen.

Parylene-Abscheidung

Parylene bezeichnet eine Polymerfamilie, die das Poly-p-xylylen und dessen Derivate umfasst und sich durch eine einzigartige Kombination exzellenter Eigenschaften  auszeichnet: Biokompatibilität und  Biostabilität, chemische Inertheit gegen alle gängigen Säuren, Basen und organischen Lösungsmittel, isolierende elektrische Eigenschaften, Hydrophobie, Transparenz sowie eine geringe Permeabilität für Gase und Wasser. Zudem sind Parylene-Beschichtungen bereits ab geringen Dicken defektfrei und auch für große Dicken ohne innere mechanische Spannungen. Die Abscheidung erfolgt üblicherweise kostengünstig mit Hilfe eines CVD-Prozesses, wodurch die Schichten insbesondere mit einer sehr guten Konformität auf dreidimensionalen Substraten abgeschieden werden können. Bei der Abscheidung entstehen zudem keine umweltschädlichen Nebenprodukte. Abgesehen vom Parylene-Precursor, der bei der Reaktion vollständig umgesetzt wird, werden keine weiteren Ausgangsstoffe benötigt. Um die dargestellten Vorteile und Möglichkeiten von Parylene auszuschöpfen, wurde am Fraunhofer-Institut für Elektronische Nanosysteme ENAS in Chemnitz eine Abscheideanlage zur Herstellung von Parylene-Beschichtungen angeschafft.

Materialcharakterisierung

Die Eigenschaften des abgeschiedenen und nachträglich prozessierten Parylene soll mittels klassischer Analyseverfahren (z. B. Rasterelektronenmikroskopie, Kontaktwinkelmessung, Rasterkraftmikroskopie oder Röntgenphotoelektronenspektroskopie) validiert werden.

Funktionsprüfung

Nach der erfolgreichen Fertigung eines Demonstrator-Mikrosystems muss dieses hinsichtlich seiner Funktion charakterisiert werden. Dies umfasst insbesondere die Überprüfung der sensorischen und aktorischen Parylene-basierten Komponenten. Um dies zu gewährleisten wird auf die vorhandene Infrastruktur am Institut für Elektronik- und Sensormaterialien der Bergakademie Freiberg sowie am Fraunhofer-Institut für Elektronische Nanosysteme ENAS zurückgegriffen bzw. neue Charakterisierungsmethoden etabliert und evaluiert.


Finanzierung

Die Finanzierung erfolgt über eine Industriepromotion des ESF in Kooperation mit dem Fraunhofer-Institut für Elektronische Nanosysteme ENAS, Chemnitz.

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