Neues Verfahren für die CNT-Integration

2.10.2019

Das Fraunhofer ENAS hat ein modulares Verfahren entwickelt, das bisherige Hürden der Integration von Kohlenstoffnanoröhren (engl. CNTs) überwindet.

© Fraunhofer ENAS

PET-Folie mit transferierter CNT-Schicht inklusive Kontaktmetallisierung.

© Fraunhofer ENAS

Das modulare Technologiekonzept erlaubt den Aufbau eines Nanoschichtsystems vor der Zusammenführung mit dem Endsubstrat.

CNTs sind ein aussichtsreiches Funktionsmaterial in der Nanoelektronik und Sensorik. Durch die Integration vertikaler CNT-Schichten kann die Leistung von Energiespeichern und Systemen für Wärmemanagement, taktile Sensorik, sowie Gas- und IR-Sensorik erheblich gesteigert werden. Die breite industrielle Anwendung scheiterte bislang jedoch an Integrationshürden wie der hohen erforderlichen Prozesstemperatur, Problemen bei der Kontaktierung sowie beschränkter Kompatibilität mit der Systemgesamttechnologie. 

Verfahren ohne Hochtemperaturprozesse

Ein neues Verfahren umgeht diese Herausforderungen. Im Rahmen eines modularen Ansatzes werden die CNTs erst auf einem temporären Substrat synthetisiert und anschließend auf das Anwendungssubstrat transferiert. Dazu wurden verschiedene Fügeverfahren wie reaktives Fügen, Löten oder Kleben entwickelt und untersucht.

Diese Technologie eröffnet zudem neuartige Integrationsszenarien: Anders als bei Druckprozessen sind die CNTs bereits bei der Synthese direkt mit einer metallischen Kontaktschicht verbunden – ideale Grundvoraussetzungen für eine thermische und elektrische Anbindung. Die sich selbst formierende CNT/Metall-Heterostruktur an der Oberfläche der Schichten ermöglicht ein breites Spektrum an mikrotechnologischen Folgeprozessen zur Schichtabscheidung, Strukturierung und Lithographie. So können neben zusätzlichen Kontaktformierungsprozessen auch komplexe funktionelle Schichtstapel aus Metallen und Isolatoren aufgebaut werden, bevor diese auf das Zielsubstrat transferiert werden.

Anwendungsperspektiven

Zu Demonstrationszwecken wurden Kunststofffolien mit vertikalen CNTs inkl. Kontakt-metallisierung versehen, auf deren Grundlage ein flexibler Supercap-Kondensator realisiert werden konnte. Zukünftig sind im Sinne von System-on-a-Chip-Konzepten auch integrierte Energiespeichermodule denkbar. Die hohe mechanische Flexibilität ermöglicht zahlreiche Anwendungen in der flexiblen Elektronik und Sensorik. Integrierte Nanostrukturen können durch das modulare Verfahren bislang unerreichte Leistungen erzielen. Insgesamt werden auch die Entwicklungsprozesse erheblich verkürzt und dadurch kostengünstiger.