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IMS CHIPS
Institut für Mikroelektronik Stuttgart
Prof. Dr.-Ing. Joachim Burghartz
Allmandring 30a
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Siliziumbasierte Brennstoffzellen mit nanostrukturierten protonenleitenden Kanälen

Der Bedarf an Mikroenergiequellen zur autarken Energieversorgung von Mikrosystemen steigt weltweit. Eine mögliche Energiequelle stellen dabei Brennstoffzellen dar, die mithilfe von Halbleiterfertigungsprozessen sehr klein, kostengünstig und in großen Stückzahlen auf Wafer-Substraten gefertigt werden können.

Auf Basis der bewährten IMS CHIPS Stencilmasken-Fertigungstechnologie sollen daher in einem von der AIF geförderten Verbundforschungsprojekt neuartige Si-basierte Brennstoffzellen entwickelt, hergestellt und charakterisiert werden.
Seit Oktober 2011 wird der neue Anwendungsbereich Siliziumbasierte Brennstoffzellen mit nanostrukturierten protonenleitenden Kanälen aufgebaut, basierend auf der am Institut etablierten Stencil- und Membranmaskentechnologie. Das Grundprinzip einer Brennstoffzelle beruht auf der Redox-Reaktion der beiden Reaktionspartner Wasserstoff und Sauerstoff. Die Zielstellung des Projektes ist die Entwicklung von ultradünnen strukturierten Silizium- und Siliziumnitrid-Membranen mit einem großflächigen Bereich aus offenen Kanälen mit Durchmessern von 1µm bis minimal 100nm und beidseitig Pt-metallisierten Oberflächen. Auf der Basis dieser selbsttragenden Membranen sollen hochkompakte Mikro-Brennstoffzellen-Funktionsmuster aufgebaut und charakterisiert werden. Die Rasterelektronen-Mikroskopaufnahme zeigt erste Ergebnisse eines geätzten Si-Lochkanalgitters mit 1µm Lochdurchmesser, das in einen SOI- (Silicon-On-Insulator) Wafer mit zwei vergrabenen Oxidschichten geätzt wurde.

Prinzipskizze einer Si-basierten Brennstoffzelle

Si-Lochkanalgitter mit 1µm Lochdurchmesser