Wissenschaftliche Berichte - FZKA 5852

Herstellung von dünnen sensitiven Membranen für Gas- und elektrochemische Sensoren mittels HF-Magnetron-Co-Sputtern

Zusammenfassung

Bei der Entwicklung neuartiger, miniaturisierter chemischer Sensoren und Sensorsysteme ist die gezielte Herstellung dünner sensitiver und/oder funktionaler Schichten von wesentlicher Bedeutung. Dabei müssen stets Aufbau, Struktur und Zusammensetzung der Schichten dem jeweiligen Problem angepaßt und für den geplanten Einsatz optimiert werden. Darüber hinaus ist sicherzustellen, daß die Schichten reproduzierbar erzeugt werden und der jeweilige Prozeß auch für eine spätere Massenfertigung geeignet ist. Zu diesem Zweck wurden im Institut für Instrumentelle Analytik des Forschungszentrums Karlsruhe auf der Basis von Magnetron-Kathoden verschiedene Beschichtungsanlagen in Standard-UHV-Technik aufgebaut. Dadurch ist zum einen eine hohe Reinheit der erzeugten Schichten, zum anderen eine in der Entwicklungsphase unerläßliche Variationsbreite und Austauschbarkeit der eingesetzten Komponenten gewährleistet. Als wesentlichster Schritt wurden spezielle Co-Sputter-Targets entwickelt, die es erlauben, auch komplexe Mehrkomponenten-Systeme mit nur einer Sputterkathode definiert und reproduzierbar herzustellen. Reinheit, Stöchiometrie und Reproduzierbarkeit der Schichten wurden mit Hilfe umfangreicher oberflächenanalytischer Messungen geprüft und sichergestellt.

Preparation of thin sensitive films for gas and electrochemical sensors by means of RF magnetron co-sputtering

Abstract

For the development of novel miniaturized chemical sensors and sensor systems the definite production of thin sensitive and/or functional layers is of fundamental importance. For this aim built-up, structure, and composition of the layers have to be adjusted to the respective problem and optimized for the planned application. Furthermore, reproducibility of the fabricated layers as well as the suitability of the applied process for a lateron mass production has to be guaranteed. For this purpose, at the Institute of Instrumental Analysis of the Forschungszentrum Karlsruhe several sputtering set-ups have been constructed on the basis of RF magnetron cathodes using standard UHV technique. This ensures on one hand a high purity of the produced layers. On the other hand, as an indispensable prerequisite for the development phase, it is possible to vary and exchange the used components easily. The most important step of the present work was the development of special co-sputter targets enabling the defined and reproducible fabrication of multicomponent systems using only a single sputtering cathode. Purity, stoichiometry, and reproducibility of the layers was checked and proved by means of ample surface analytical investigations.