Das Projekt

In dem Projekt FlexTMDSense wird eine innovative, monolagengenaue Depositions- und Abtragstechnologie bei niedrigen Prozesstemperaturen zur Herstellung kostengünstiger, flexibler, ultrasensitiver Gas- und pH-Sensorsysteme erarbeitet und anschließend im industriellen Maßstab in einer 8 Zoll Clusteranlage hergestellt. Dabei werden Übergangsmetall Dichalkogenide wie z.B. MoS2 und WS2 als sensitive Materialien zum Einsatz gebracht. Die innovativen und zukunftsfähigen Sensorlösungen auf Basis ultradünner TMD Filme ermöglichen eine verbesserte Effizienz und Sensitivität, eine Skalierbarkeit sowie geringere Fertigungskosten bei gleichzeitig geringer Leistungsaufnahme. Die Leichtbauweise, Tragbarkeit und Integrierbarkeit sensorischer Funktionalitäten öffnen neue Marktsegmente wie tragbare Geräte zur Gesundheitsüberwachung, intelligente Verpackungen und intelligente Umweltinformationssysteme.
Abbildung 1 zeigt schematisch die im Rahmen des Projekts FlexTMDSense verwendeten innovativen, technologischen Lösungsansätze und die Applikationen:

Ziele

Um die zentralen technologischen Herausforderungen auf dem Weg zur kommerziellen Nutzung der elektronischen und flexiblen 2D-Sensoren zu lösen, werden innerhalb des FlexTMDSense Projekts folgende Ziele verfolgt:

  • Abscheidung innovativer, hochkonformer, fehlerfreier 2D-Schichten, ultradünner Passivierungsschichten und Diffusionssperren mit ausgewählten Präkursoren auf Glassubstraten und Folien mit Größen bis zu 200 mm.
  • Berücksichtigung von Niedertemperatur-Verfahren für flexible Substrate durch Einsatz des ALD/PEALD Verfahrens und/oder laserbasierter Technologie.
  • Erforschung neuartiger Plasmaätzprozesse, die eine Kontrolle der Flüsse einzelner reaktiver Spezies auf das Substrat, sowie ein präzises Einstellen ihrer Energie am Substrat erlauben, um so ein hohes Maß an Selektivität und geringer Schädigung zu erzielen.
  • Selektive laserinduzierte Phasentransformation der TMD Schichten innerhalb des Schichtstapels zur Reduktion des Kontaktwiderstandes ohne Modifikation bzw. Beschädigung des Substrats und der darüber- oder darunterliegenden Passivierungs- und Barriereschichten.
  • Hohes Maß an Zuverlässigkeit, Sensitivität, Skalierbarkeit und Reproduzierbarkeit der Sensoren durch Prozessketten in der Clusteranlage ohne Vakuumbruch.
  • Herstellung und Evaluation eines Mikrosystems auf flexiblen Substrat zur pH-Messung, bestehend aus einem ISFET auf Basis von ultradünnen TMD Filmen und einem integrierten Temperatursensor.
  • Herstellung eines ladungsbasierten Gassensors auf Basis von ALD TMD Schichten mit integriertem Heizelement und Temperatursensor zur Detektion von NOx, H2, CO, CO2, NH3. Zur Optimierung der Selektivität, der Sensitivität und der Stabilität wird die 2D-TMD-Schicht mit spezifischen Materialien dotiert bzw. nanoporös eingekapselt.