Technologie von MEMS-Elementen auf der Basis nanokristalliner Diamantschichten für eine hybride Integration

Im Rahmen dieser Arbeit wurden auf der Basis von heteroepitaktischen und

polykristallinen Diamantschichten auf Silizium unter Anwendung einer generischen

Material- und Herstellungstechnologie verschiedene Mikrosysteme entwickelt.

Dieses Materialsystem wurde in den vergangenen Jahren zunehmend für

den Einsatz in solchen Systemen als das ultimative Material prognostiziert, speziell

für die Entwicklung von Mikroaktoren und Mikrosensoren [1¿8]. Gerade in

mikroelektromechanischen Systemen (MEMS) ist Diamant durch seine exzellenten

Materialeigenschaften herkömmlichen Standardmaterialien wie Silizium oder

Galliumarsenid meist deutlich überlegen. Die gegenwärtigen Abscheidemethoden

von Diamant verhindern jedoch in sehr vielen Fällen eine monolithische Einbindung

der Diamantaktoren in elektronische Schaltungen. Das Hauptproblem

liegt dabei in den Wachstumstemperaturen im Bereich von 700 - 900 ?C in wasserstoffreduzierender

Atmosphäre. Auf der anderen Seite sind CMOS-ähnliche

Systeme in Diamant bisher noch nicht realisiert worden, da keine geeigneten

Dotierstoffe mit nennenswerter Aktivierungsenergie zur Erzeugung einer p- oder

n-Leitfähigkeit (bei Raumtemperatur) bekannt sind.

Aus diesen Gründen wurden in jüngster Zeit zwei unterschiedliche Konzepte

verfolgt, um diamantbasierende MEMS zu entwickeln. Ein Ansatz ist die Verwendung

von ultrananokristallinem Diamant (UNCD), der bei Temperaturen bis

unter 400 ?C abgeschieden werden kann [9]. Hierbei werden allerdings die thermischen

und chemischen Materialeigenschaften zum Teil stark beeinträchtigt,

was gerade bei Hochleistungs- und Hochtemperaturanwendungen eine bedeutende

Rolle spielt. Der andere, in dieser Arbeit verwendete Ansatz, ist eine hybride

Integration von Diamantbauelementen auf einem Fremdsubstrat.