MEMS-basierte Mikro-Pellistoren zur Detektion von Methan

Vorgestellt werden die Ergebnisse der Entwicklung eines MEMS basierten Mikro-Pellistors. Hierbei wird auf die verschiedenen Herstellungsschritte vom ersten Konzept, Simulation und Herstellung der Sensoren bis zum finalen Demonstrator eingegangen. Zur Herstellung der Mikropellistoren wird ein spezieller SOI CMOS Prozess mit Wolfram als Metallisation genutzt, um Einsatztemperaturen bis 500°C zu ermöglichen. Durch den Einsatz von neu entwickelten Katalysator-Beschichtungen konnte Methan sicher unterhalb der unteren Explosionsgrenze nachgewiesen werden und dies bei einer reduzierten Katalysatortemperatur zwischen 300 bis 400°C. Untersuchungsmethoden wie thermographische Mikroskopie wurden genutzt, um die entwickelten Sensoren zu charakterisieren. Die Messergebnisse zur Temperaturverteilung und auch die gemessenen elektrischen Kenndaten stimmen mit den Vorhersagen des simulationsgestützten Designprozesses gut überein. Abschließend werden die Ergebnisse der Charakterisierung des vollintegrierten Sensorprototypen gezeigt und diese mit den Messdaten kommerziell verfügbarer Pellistoren verglichen.

We report on the development process chain of a MEMS based micropellistor starting from the first idea, through simulation aided design, manufacturing and characterization of a novel MEMS based fully integrated micropellistor. The manufactured micropellistors utilize a special SOI process procedure with tungsten metallization to produce high temperature MEMS circuits usable up to operation temperature of 500°C. Using alternative catalytic coating we can detect methane well below its lower explosive limit thus with reduced catalyst temperatures between 300 and 400 degrees Celsius. Experiments such as thermographic microscopy have been used to characterize the developed micropellistor. The measured values of temperature distribution and power consumption are in good accordance with the prediction from the FEM simulation supported design process. The measurement results of the fully integrated sensor prototype will be presented and compared with commercial pellistor-sensors.