Fraunhofer ENAS Revolutionäres Herstellungsverfahren für Magnetsensoren

Blick von oben auf den Prototyp eines zweidimensionalen Magnetsensors. Der neue Sensor füllt nicht einmal einen Quadratmillimeter und ist damit nur etwa halb so groß wie bisherige Modelle.
Blick von oben auf den Prototyp eines zweidimensionalen Magnetsensors. Der neue Sensor füllt nicht einmal einen Quadratmillimeter und ist damit nur etwa halb so groß wie bisherige Modelle.

Forscher des Fraunhofer ENAS haben ein neues Verfahren entwickelt, das die Produktion zweidimensionaler Magnetsensoren komplett umkrempeln könnte. Es reduziert die Kosten, die Herstellungszeit und die Größe der erstmals aus nur einem einzigen Materialstück gefertigten Sensoren um jeweils 50 Prozent.

Wer unterwegs ist und nach dem richtigen Weg sucht, braucht meist nur einen kurzen Blick auf sein Navigationssystem oder Smartphone zu werfen, um eine genaue Orientierung zu erhalten. Die Geräte bzw. entsprechende Apps blenden Straßenkarten ein und drehen die Karte jeweils passend zur Himmelsrichtung – sie norden sie quasi ein. Möglich macht dies ein Magnetsensor. Er ermittelt, wie das Gerät zum Erdmagnetfeld gehalten wird.

Aus Kostengründen setzen die Hersteller bislang meist auf mehrere günstige eindimensionale Sensoren. Der Nachteil: Sie sind weniger empfindlich und arbeiten nicht so präzise wie zweidimensionale Modelle.

Künftig könnten jedoch auch kompakte zweidimensionale Sensoren den Weg in die Smartphones finden. Forscher vom Fraunhofer-Institut für Elektronische Nanosysteme ENAS in Chemnitz haben das entsprechende Herstellungsverfahren optimiert. »Die Kosten und die Herstellungszeit der zweidimensionalen Magnetfeldsensoren fallen um die Hälfte«, sagt Dr. Olaf Ueberschär, Gruppenleiter am ENAS.

Sensoren »aus einem Guss«

Der Grund für diesen Kostensturz liegt in der Produktionsweise: Die Wissenschaftler fertigen die Sensoren aus einem Materialstück – und damit gänzlich anders als bisher. Denn schon für einen eindimensionalen Sensor braucht man zwei mikroelektronische Halbbrücken, deren eingeprägte Magnetfelder in entgegengesetzte Richtungen zeigen.

Weil die Ausgangsmaterialien eine Magnetisierungsrichtung vorgeben, das Magnetfeld in ihnen also bereits ausgerichtet ist, musste man bislang zwei verschiedene Materialstücke zusammensetzen – eine aufwändige und somit teure Angelegenheit. Für zweidimensionale Sensoren brauchte es zwei solcher Halbbrücken beziehungsweise vier Materialstücke.

»Wir können nun erstmals sowohl die Vollbrücken als auch die zweidimensionalen Sensoren monolithisch – aus einem Stück – herstellen«, so Ueberschär. Dazu scheiden die Forscher auf einem Wafer ein Schichtmaterial ab und ätzen die gewünschte Struktur heraus.

Der Clou liegt in der anschließenden Laserbearbeitung: Mit ihm können die Wissenschaftler die magnetischen Vorzugsrichtungen nach Belieben einstellen.