Nickelhaltige Kohlenwasserstoff-Funktionsschichten (Ni:a-C:H) für Drucksensoren

Diamantartige Kohlen(wasser)stoff-Dünnschichten(DLC oder a-C:(H)) weisen ausgezeichnete Eigenschaften für eine Vielzahl von Anwendungen auf, z. B. als Verschleißschutzschichten inFestplattenlaufwerken. DieelektrischenEigenschaftendieserSchichtenwurdeninden letzten Jahren verstärkt untersucht. Durch den Einbau von Metallen in die Kohlen(wasser)stoff- Matrix (Me: a-C:(H)) kann die elektrische Leitfähigkeit über mehrere Größenordnungen variiert werden. Zusätzlich zeigen diese Dünnschichten piezoresistive Eigenschaften und einen einstellbaren Temperaturkoeffizienten des elektrischen Widerstands (TKR). In dieser Arbeit wird die Herstellung und Charakterisierung von Ni: a-C: H-Schichten als Funktionsschicht für Drucksensoren beschrieben. Neben der hohen Dehnungsempfindlichkeit (k-Faktor von bis zu 24) zeigen sie einen geringen TKR (zwischen ±25 ppm/K). Insgesamt besitzen sie eine kompositartige Struktur aufgebaut aus in eine Kohlenwasserstoff-Matrix eingebetteten Nickelclustern, die von einigen Lagen Graphen umhüllt und somit weitestgehend elektrisch voneinander isoliert sind. Die Herstellung erfolgt mit einem reaktiven Sputterprozess, in dem zum Prozessgas (Argon) ein geringer Anteil eines kohlenwasserstoffhaltigen Gases (Ethylen) als reaktive Komponente hinzugegeben wird. Wichtige Parameter hierbei sind die Target-Self-Bias Spannung, der Reaktivgasfluss und die Prozesstemperatur. Die mikroskopische Struktur wird u. a. durch Röntgendiffraktometrie, Rasterelektronen- sowie durch Transmissionselektronenmikroskopie untersucht. Zusätzlich werden die magnetischen und elektrischen Eigenschaften in unterschiedlichen Temperaturbereichen gemessen und dargestellt, und der Wasserstoffgehalt ermittelt. Daneben wurden W: a-C: H- und Co: a-C: H-Schichten hergestellt und elektrisch charakterisiert, um die herausragenden Eigenschaften der Ni: a-C: H-Schichten zu verdeutlichen. Die Übertragung der Ergebnisse auf anwendungsbezogene Bedingungen wird anhand von Stahlmembran-Drucksensoren vorgenommen, um das hohe Potential dieses Materials aufzuzeigen. Die Charakterisierung umfasst die Bestimmung des Kennwerts (20 mV/V), der Linearitäts- und Hysteresefehler (< 0.4 %FS bzw. < 0.06 %FS) sowie Kriech- und Langzeitstabilitätsmessungen und den Vergleich dieser Daten mit herkömmlichen Drucksensoren.