Nanocomposite piezoresistive thin films of metal containing amorphous carbon

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In dieser deutsch-israelischen Kooperation werden heterogene Dünnschichten mit hoher piezoresistiver Empfindlichkeit und temperaturinvarianter Leitfähigkeit hergestellt und untersucht. Die Kombination aus hoher Dehnungsempfindlichkeit und konstantem Widerstand ist hochattraktiv für Sensorzwecke. Wir fokussieren die Arbeit auf nickelhaltige Kohlenstoffschichten (Ni:a-C:H). Die Schichten bestehen aus kristallinen Metallclustern, die von wenigen atomaren Lagen graphitartigem Kohlenstoff umhüllt sind. Im Rahmen dieses Projekts wurden bis dato Dehnungsempfindlichkeiten (k- Faktoren) von bis zu 30 erreicht. Dies bedeutet eine Steigerung um den Faktor 15 gegenüber den heute verwendeten metallischen DMS-Materialien. Der Temperaturkoeffizient des Widerstands (TKR) kann auf 050 ppm/K in einem weiten Temperaturbereich eingestellt werden. Es werden plasmaphysikalische Beschichtungsprozesse wie PECVD mit kohlenstoffhaltigen Precursorgasen sowie Co- Sputterverfahren eingesetzt. Die Herausforderung besteht in der Aufklärung der strukturellen, physikalischen Ursachen für die hohe Empfindlichkeit der Schichten. Weitere aufwendige Querschnitts-TEM Untersuchungen werden durchgeführt um die entdeckten unterschiedlichen Zonen und die säulenförmige Wachstumsstruktur der Nickelpartikel zu verifizieren. Des Weiteren sind Untersuchungen der Schichtspannungen, der thermischen Ausdehnungskoeffizienten sowie der frequenzabhängigen elektrischen Leitfähigkeit mit und ohne Belastung geplant.