Erhöhung der Temperaturstabilität von Dünnschicht- Thermoelementen durch Implementierung einer Diffusionsbarriere aus TiN

Abstract:
Es wird eine neue Generation von Dünnfilm-Thermoelementen präsentiert, die durch Einbindung einer Diffusionsbarriere aus Titan-Nitrid eine verbesserte Temperaturstabilität aufweisen. Üblicherweise werden Thermoelemente aus Aluminium und Polysilizium oder aus den halbleitenden Materialien Sb, Te und Bi hergestellt. Problematisch bei beiden technologischen Ansätzen ist, dass es bereits bei vergleichsweise niedrigen Temperaturen von einigen wenigen hundert Grad zu einem Versagen der Bauteile kommt. Bereits im Vorfeld wurde ein Herstellungsprozess von hochtemperaturstabilen Thermoelementen aus einer Wolframtitanlegierung und Polysilizium vorgestellt. Durch eine Diffusionsbarriere aus TiN zwischen den beiden Materialien wurde die Temperaturstabilität der Thermosäulen erhöht. Ohne TiN kommt es an den Kontaktstellen zu Diffusionsvorgängen, die zum Versagen der Thermoelemente führen. Die Barriereeigenschaften wurden durch TOF-SIMS nachgewiesen und es wurden Untersuchungen durchgeführt, um die Grenze der Einsatztemperatur der Thermoelemente auszuloten.