Miniaturisierte fluidführende Elemente, wie Kanäle, Pumpen und Ventile sind wichtige Komponenten immer populärer werdender hochintegrierter Gasanalysesyteme. Das Ziel dieses Forschungsprojektes ist der Entwurf, der Aufbau und die Charakterisierung eines neuartigen Gasinjektionssystems für die Mikroanalyse in Glas-Silizium-Glas-Mikrotechnik.

Die Basis des Mikroinjektors bildet ein beweglicher, mikrostrukturierter Schlitten mit vergrabenen Kanalstrukturen. Dieser Schlitten verbindet die zuführenden Kanäle für Proben- und Trägergas mit den abführenden Kanälen für die Injektion in ein Gasanalysesystem bzw. den Abgaskanälen. Über eine variierende Kanallänge z.B. in Schlaufen oder Mäandern auf dem Schlitten kann das Volumen des injizierten Probengases an das jeweilige Gasanalysesystem angepasst werden. Die Abbildung zeigt den prinzipiellen Aufbau des mikrostrukturierten Gasinjektionssystems.

Die Herstellung des beweglichen Schlittens erfolgt mit Hilfe eines anisotropen Tiefenstrukurierungsverfahren nach dem Bosch-Prinzip. Die obere und untere Abdeckung des Injektionssystems bilden nasschemisch strukturierte Glassubstrate, die im anodischen Bondprozess mit dem Siliziumsubstrat gasdicht und mechanisch stabil verbunden werden.

Die Herstellung der vergrabenen Kanalstrukturen erfolgt durch eine Abfolge von anisotroper und isotroper Ätzung im Siliziumsubstrat und anschließendem Verschluss mit Hilfe eines CVD-Verfahrens.

Zur Abdichtung der Kanalübergänge und Minimierung der Reibung bei der Bewegung des Schlittens werden durch Plasmapolymerisation konform abgeschiedene PTFE-Schichten verwendet, die eine hinreichende Dichtigkeit der Übergänge gewährleisten und aufgrund ihrer hohen Vernetzung keinen Memoryeffekt aufweisen.

Zum Antrieb des Schlittens sollen neben den in der Mikrosystemtechnik üblichen Antriebskonzepten zwei neuartige Antriebe untersucht werden: ein pneumatischer Antrieb mit integrierten Membranventilen sowie ein symmetrischer Bi-Metallantrieb mit Federstrukturen aus Silizium zur Rückstellung.

Ein solches Gasinjektionssystem soll in der Gaschromatographie, der Massenspektrometrie, Flammenionisationsdetektion oder -spektrometrie verwendet werden.

Abbildung 1: Aufbau des Mikroinjektors

Kontakt:

Dipl.-Ing. Holger Feindt

Förderung:

Gefördert durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG)

Veröffentlichungen:

• H. Feindt, A.Åž. Çubukçu, J. Müller, Elektrostatisch angetriebenes Silizium-Membranventil für Gasanalysesysteme, Mikrosystemtechnik Kongress 2007, Dresden
• M. Doms, H. Feindt, A. Salvador, S. Brinkhues D. Shewtanasoontorn, J. Müller, Hydrophobic Coatings for MEMS, Kongress 2007, Dresden
• M. Doms, H. Feindt, A.S. Matar, D. Shewtanasoontorn, S. Brinkhues, J. Müller, Investigation of Different Hydrophobic Coatings For MEMS Applications, ICMAT 2007, International Conference on Materials for Advanced Technologies 2007, Singapore
• M. Doms, H. Feindt, W.J. Kuipers, D. Shewtanasoontorn, A.S. Matar, S. Brinkhues, R.H. Welton, J. Müller, Hydrophobic Coatings for MEMS Applications, Journal of Micromechanics Microengineering Vol.18 (JMM), Issue 5, May 2008
• H. Feindt, S. Bohne, A.Reinert, J.Meurer, J. Müller, Herstellung von vergrabenen Kanälen für einen Mikrogasinjektor, demnächst veröffentlicht beim Mikrosystemtechnik Kongress 2009, Berlin