Temperaturen von bis zu 250 Grad Celsius sind für die neu entwickelten Drucksensoren dank Siliziumoxid, das als Isolation dient, keine Hürde mehr.
Wenn es heiß wird, streikt die Elektronik. Dieses Problem kommt unter anderem bei der Suche nach Erdölvorkommen vor: Geologen verwenden dazu mikroelektronische Chips, die den Druck tief unter der Erdoberfläche messen und die Daten an die Oberfläche senden. Weil die Drucksensoren aber nur Temperaturen bis maximal 125 Grad Celsius aushalten, funktioniert bei höheren Temperaturen - die durchaus vorkommen - die Elektronik nicht mehr. "Das kommt daher, dass Leckströme auftreten, die mit hohen Temperaturen zunehmen", erklärt Hoc Khiem Trieu, Abteilungsleiter des Fraunhofer-Instituts für Mikroelektronische Schaltungen und Systeme IMS in Duisburg. Er hat mit seinem Team Drucksensoren entwickelt, die auch hohen Temperaturen von bis zu 250 Grad Celsius standhalten.
Siliziumoxid zur Isolation
Der Grund für die neue Temperaturresistenz liegt in der Verwendung von Siliziumoxid, das der Isolation dient. Drucksensoren bestehen aus einem Sensor sowie dem Datenspeicher EEPROM ("Electrically Erasable Programmable Read Only Memory"). Beide Komponenten befinden sich auf einem mikroelektronischen Chip oder Wafer - einer Scheibe, die als "Grundplatte" für elektronische Bauelemente dient. Diesen Chip haben die Wissenschaftler verändert: "Als Basis dient zwar immer noch das monokristalline Silizium, für eine bessere Isolation haben wir diese aber mit einer zusätzlichen Siliziumoxid-Schicht umfasst", erklärt Trieu. Diese weitere Schicht verhindere Leckströme, die Schuld am Versagen herkömmlicher Sensoren sind.
Günstigere Methode mir höherer Wirkung
Trieu zufolge habe es bisher zwar schon andere Versuche gegeben, um die Temperaturresistenz der Chips zu erhöhen. "Erstens liegt die Grenze hier aber bei 180 bis 190 Grad Celsius, zweitens ist die Methode der gezielten Selektion sehr teuer", so der Forscher. Durch die neue Entwicklung könne man sich mit mikroelektronischen Chips nun allen Anwendungen nähern, die von hohen Temperaturen umgeben seien. "Das heißt, man könnte etwa in die Nähe eines Automotors Elektroniken applizieren und dort Messungen vornehmen", erklärt Trieu.
Wann die neue Technologie zum Einsatz kommt, steht noch nicht fest. Derzeit gibt es Prototypen, die nun in Langzeittests und bei noch höheren Temperaturen bis zu 350 Grad Celsius erforscht werden sollen. Trieu kann sich vorstellen, dass es rund ein bis zwei Jahre dauern könnte, bis die neue Entwicklung eingesetzt wird. (red, derStandard.at, 20.1.2010)