1.1.4 - Korrelation erhöhter longitudinaler und transversaler Dehnungsempfindlichkeit granularer Metalle am Beispiel von Platin-Aluminiumoxid-Dünnschichten
- Event
- 18. GMA/ITG-Fachtagung Sensoren und Messsysteme 2016
2016-05-10 - 2016-05-11
Nürnberg, Germany - Chapter
- 1.1 Sensoren für mechanische Größen
- Author(s)
- S. Schwebke, G. Schultes - HTW Saar, Hochschule f ¨ur Technik und Wirtschaft des Saarlandes, Saarbrücken (Deutschland)
- Pages
- 42 - 49
- DOI
- 10.5162/sensoren2016/1.1.4
- ISBN
- 978-3-9816876-0-6
- Price
- free
Abstract
Die Dehnungsempfindlichkeit cogesputterter Cermet-Dünnschichten aus Platin und Aluminiumoxid (Pt:Al2O3) wird untersucht. Sie weisen gegenüber metallischen Schichten eine erhöhte Sensitivität (k bis zu 10) auf, zeigen jedoch nicht nur bei longitudinaler Dehnung einen k-Faktor kL, sondern bei Dehnung orthogonal zur Stromflussrichtung einen transversalen k-Faktor kT. Die Querempfindlichkeit beträgt kT /kL ≈ 0,6 ... 0,7.
Schichtanalysen mittels EDX, XRD und TEM zeigen einen Metallanteil um 25 Atomprozent und eine kristalline Platinphase in Form von Partikeln der Größe 5 nm, umgeben von einer amorphen Al2O3-Matrix.
Diese Struktur wird in einem Modell abgebildet, das in Zusammenhang mit einem Widerstandsgesetz die numerische Berechnung von kL und kT ermöglicht. Das Modell liefert einen Ansatz, die transversale Empfindlichkeit zu erklären: Sie ergibt sich zum einen aus der granularen Struktur, bei der Elektronentransport von Metallpartikel zu Metallpartikel stattfindet, zum anderen aus der Unordnung der Partikel, die Umwege in den Pfaden der Elektronenleitung begünstigt. Der Mechanismus, der den erhöhten k-Faktor kL ermöglicht, bedingt damit auch die Querempfindlichkeit.
Verglichen mit klassischen metallischen Dünnschichten sorgt die Querempfindlichkeit der Schicht für neue Randbedingungen des Einsatzes; sie bietet jedoch die Aussicht auf Verbesserungen, zum Beispiel bei Drucksensormembranen, bei denen sie die Sensitivität zusätzlich erhöhen kann.