Entwicklung eines integrierten, nanoskaligen Quecksilbersensors auf Basis chemisch abgeschiedener Goldschichten
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2011-11-21
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Eine Verkleinerung der Strukturweiten in der Halbleitertechnik bietet u.a. Vorteile
einer höheren Schaltfrequenz und geringeren Gatekapazität. Ein weiterer,
auch aus wirtschaftlichem Gesichtspunkt wichtiger Aspekt ist die geringere Fläche
eines einzelnen Transistors, aus der eine höhere Packungsdichte und damit
bei gleicher Transistoranzahl geringerer Siliziumflächenbedarf resultiert. Um
Strukturen in Größenordnungen von sub-100 nm erstellen zu können, sind neben
technologischen Aspekten, die verwendeten Lithographiesysteme ein entscheidender
Faktor. Im industriellen Halbleiterbereich stellt die Anschaffung aktueller
Lithographiesysteme einen erheblichen Kostenfaktor dar. Für öffentliche
Forschungseinrichtungen sind diese Geräte schwer zu finanzieren, so dass für die
in dieser Arbeit hergestellten nanoskaligen (sub-100 nm) Strukturen das Depositions-
und Rückätzverfahren zur Anwendung kommt. Dieses Verfahren ermöglicht
es, mittels konventioneller (kostengünstiger) Abscheide- und Ätzanlagen
Strukturen im sub-100 nm Bereich zu definieren bzw. zu erstellen.
Eine solche, nach dem genannten Verfahren erstellte poly-Siliziumstruktur findet
in der vorliegenden Arbeit Anwendung als nanoskaliger Quecksilbersensor. Das
Detektionsprinzip basiert auf der Amalgamierung einer wenige zehn Nanometer
dicken Goldschicht, aufgebracht auf einem mittels Depositions- und Rückätzverfahrens
erstellten sub-100 nm breiten poly-Siliziumsteg, in der zu detektierenden
Quecksilberatmosphäre. Als Messgröße wird die aus der Amalgamierung
resultierende Änderung des Ohm’schen Widerstandes herangezogen.
Bei dem vorgestellten Sensor handelt es sich nicht um einen Wegwerfsensor
(„Disposalsensor“), das verwendete Prinzip erlaubt vielmehr die Nutzung des
Nanostegs als Wärmequelle (Widerstandsheizdraht), wodurch eine Desorption
des Quecksilbers von der Goldoberfläche und damit eine Regenerierung des Sensors
durchgeführt werden kann. Dies ermöglicht die wiederholte Verwendung
des Sensors zur Quecksilberdetektion.
Um den finanziellen Aufwand des Herstellungsverfahrens zu minimieren und
die von technologischer Seite erforderliche konforme, von allen Seiten den
Sensor-Nanosteg umschließende Goldschicht aufzubringen, ist der Ansatz der
chemischen Abscheidung in wässriger Lösung in einem zweistufigen Prozess,
beginnend mit der Aufbringung einer Nukleationsschicht aus Gold-Nanopartikeln
und anschließender Nutzschichtaufwachsung in einer Formierlösung verfolgt
und auf seinen Einsatz und Verwendbarkeit hin untersucht und angewendet
worden.
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Table of contents
Keywords
Goldnanopartikel, Halbleitertechnologie, Quecksilber, Sensor