Neuartiger CMOS-kompatibler nanostrukturierter Vakuumsensor

Abstract

Während Mikro- und Nanosensoren in einigen Sensorkategorien bekanntermaßen seit Jahren zum Stand der Technik gehören und Teil des täglichen Lebens sind, werden im Bereich der Vakuummeter weiterhin überwiegend herkömmliche Sensoren und Messgeräte verwendet. Obwohl zahlreiche wissenschaftliche Arbeiten aus den vergangenen Jahrzehnten die Entwicklung von Mikro- und Nano-Vakuumsensoren thematisieren, haben diese sich bisher noch nicht gegen herkömmliche Messzellen durchgesetzt. In diesem Buch wird daher ein neuartiges Konzept zur Entwicklung miniaturisierter Vakuumsensoren vorgestellt, das sich die physikalischen Besonderheiten einer Mikrostruktur zunutze macht. Aus der theoretischen Betrachtung der physikalischen Mechanismen in einer miniaturisierten Gasstrecke werden zwei analytische Modelle entwickelt, die den Stromfluss zwischen zwei großflächigen Elektroden in geringem Abstand beschreiben. Hergestellt wird der Sensorchip mittels CMOS-kompatibler Prozessschritte aus der Planartechnologie und zeichnet sich durch eine gute Empfindlichkeit über einen Druckbereich von mehr als sieben Größenordnungen bei geringer Leistungsaufnahme aus. Es werden die Ergebnisse der Charakterisierung verschiedener nanostrukturierter Sensorchips erläutert und die Vergleichbarkeit mit anderen aktuellen Ansätzen zur Entwicklung von MEMS-Vakuumsensoren diskutiert.