Deutsches Elektronen-Synchrotron DESY
Notkestraße 85
22607 Hamburg

Magnetowiderstandssensoren

Magnetfeldsensoren sind in der heutigen Informations- und Sensortechnik stark verbreitet. Sie erlauben eine kontaktfreie Messung von Längen- und Winkelpositionen, sowie Magnetfeldstärken und Stromstärken. Die Wirtschaft strebt fortwährend nach neuen Sensorkonzepten, um neue Anwendungsbereiche zu finden und zu etablieren. Eine besondere Form dieser Sensoren basieren auf dem Riesenmagnetowiderstand (GMR) bzw. dem Tunnelmagnetowiderstand (TMR). Die bisherigen Sensortypen sind begrenzt in ihrer Funktionalität, was die Detektion von axialen Magnetfeldern oder auch magnetischen Rotationsfeldern angeht. Ursache hierfür ist die unflexible Einstellmöglichkeit des magnetischen Schaltverhaltens in ultradünnen Schichtstapeln, die als Herzstück der Sensoren fungieren. Damit kann der Bedarf der Industrie in Hinblick auf neue Messaufgaben nur unzureichend gedeckt werden.
Ziel dieses Projektes ist die Validierung der Industriekompatibilität einer neuen Technologie zur Herstellung von flexibel einstellbaren Magnetfeldsensoren sind in der heutigen Informations- und Sensortechnik stark verbreitet. Sie erlauben eine kontaktfreie Messung von Längen- und Winkelpositionen, sowie Magnetfeldstärken und Stromstärken. Die Wirtschaft strebt fortwährend nach neuen Sensorkonzepten, um neue Anwendungsbereiche zu finden und zu etablieren. Eine besondere Form dieser Sensoren basieren auf dem Riesenmagnetowiderstand (GMR) bzw. dem Tunnelmagnetowiderstand (TMR). Die bisherigen Sensortypen sind begrenzt in ihrer Funktionalität, was die Detektion von axialen Magnetfeldern oder auch magnetischen Rotationsfeldern angeht. Ursache hierfür ist die unflexible Einstellmöglichkeit des magnetischen Schaltverhaltens in ultradünnen Schichtstapeln, die als Herzstück der Sensoren fungieren. Damit kann der Bedarf der Industrie in Hinblick auf neue Messaufgaben nur unzureichend gedeckt werden.
Ziel dieses Projektes ist die Validierung der Industriekompatibilität einer neuen Technologie zur Herstellung von flexibel einstellbaren Magnetowiderstandssensoren. Dieses neue Herstellungsverfahren nutzt die Beschichtung in schrägem Einfall (Oblique Incidence Deposition, OID) und ermöglicht eine breite Palette verschiedener und vor allem neuer Anwendungsmöglichkeiten im Vergleich zum konventionellen Sensordesign. Die Messeigenschaften der neuen Sensoren basiert nicht mehr auf der konventionellen Zwischenschichtkopplung benachbarter Schichten. Deren magnetische Eigenschaften (magnetische Schaltpunkte und Magnetisierungsachsen) werden nun direkt durch das neue Beschichtungsverfahren in schrägem Einfall eingestellt. Durch beliebig kreuzbare magnetische Achsen mit einem frei wählbaren Schaltverhalten können so komplexe und neue Magnetisierungsstrukturen und damit neue Sensorsysteme maßgeschneidert hergestellt werden.
Dieses vom Deutschen Elektronen-Synchrotron (DESY) zum Patent angemeldetes Herstellungsverfahren wurde im Labor auf Wafergrößen mit einem Durchmesser bis zu 30 mm erfolgreich getestet und soll nun erstmalig auf Industriemaßstab übertragen werden. Dazu wird eine weltweit einmalige Vakuumbeschichtungsanlage für die flexible Beschichtung in schrägen Einfall konzipiert und aufgebaut, die es ermöglicht, große Siliziumwafer mit dem neuen Verfahren bis über 200 mm Durchmesser homogen zu beschichten.
Im Verlauf dieses Projektes sollen Anwendungsbeispiele der Magnetosensoren, die mit diesem neuen Beschichtungsverfahren hergestellt werden, identifiziert und realisiert werden. Hierzu werden im Rahmen einer Marktanalyse Branchen evaluiert und Industriepartner angesprochen, um Sensoren nach deren geforderten Spezifikationen anzufertigen. Das für zwei Jahre geplante Projekt wird mit 878.500 Euro aus dem Helmholtz-Validierungsfonds finanziert.

Projektleiter:

Dr. Kai Schlage
DESY
Notkestr. 85
22607 Hamburg
Office: 25F/363
Phone: +49 40 8998-2673
Email: kai.schlage@desy.de