DE102017100894A1

DE102017100894A1 - Verfahren zum Bilden eines Graphen-Membran-Bauelements, Graphen-Membran-Bauelement, Mikrofon und Hall-Sensor

Info

Publication number: DE102017100894A1
Application number: DE102017100894.2A
Authority: DE
Inventors: Günther Ruhl; Matthias Koenig
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2017-01-18
Filing date: 2017-01-18
Publication date: 2018-07-19
Anticipated expiration: 2037-01-19
Also published as: CN108511601B; US20180201511A1; US10150674B2; DE102017100894B4; US10421665B2; CN108511601A; US20190077671A1

Abstract

Ein Verfahren (100) zum Bilden eines Graphen-Membran-Bauelements umfasst Anordnen (110) einer Graphen-Membran in einem entspannten Zustand der Graphen-Membran auf einer Oberfläche eines Trägersubstrats. Die Graphen-Membran erstreckt sich über eine Ausnehmung mit einer Öffnung an der Oberfläche des Trägersubstrats. Zudem wird die Graphen-Membran so angeordnet, dass ein erster Teil der Graphen-Membran an der Oberfläche des Trägersubstrats angeordnet ist und ein zweiter Teil der Graphen-Membran über der Öffnung der Ausnehmung angeordnet ist. Ferner umfasst das Verfahren (100) Spannen (120) des zweiten Teils der Graphen-Membran, um den zweiten Teil der Graphen-Membran in einen gespannten Zustand zu überführen, so dass der zweite Teil der Graphen-Membran in einem Betriebstemperaturbereich des Graphen-Membran-Bauelements permanent in dem gespannten Zustand ist.

Description

Technisches Gebiet
Beispiele beziehen sich auf Herstellungstechniken für Graphen-Membran-Bauelemente und insbesondere auf ein Verfahren zum Bilden eines Graphen-Membran-Bauelements, ein Graphen-Membran-Bauelement, ein Mikrofon mit einem Graphen-Membran-Bauelement und einen Hall-Sensor mit einem Graphen-Membran-Bauelement.
Hintergrund
Graphen-Membran-Bauelemente werden häufig in Mikro-Elektro-Mechanischen Systemen (MEMS) verwendet. Hierbei kann es wünschenswert sein, dass eine Graphen-Membran eines verwendeten Graphen-Membran-Bauelements gespannt ist.
Zusammenfassung
Es kann einen Bedarf für Konzepte für ein verbessertes Graphen-Membran-Bauelement geben.
Dieser Bedarf kann durch den Gegenstand der Ansprüche gedeckt werden.
Einige Beispiele beziehen sich auf ein Verfahren zum Bilden eines Graphen-Membran-Bauelements. Das Verfahren umfasst Anordnen einer Graphen-Membran in einem entspannten Zustand der Graphen-Membran auf einer Oberfläche eines Trägersubstrats. Die Graphen-Membran erstreckt sich über eine Ausnehmung mit einer Öffnung an der Oberfläche des Trägersubstrats. Zudem wird die Graphen-Membran so angeordnet, dass ein erster Teil der Graphen-Membran an der Oberfläche des Trägersubstrats angeordnet ist und ein zweiter Teil der Graphen-Membran über der Öffnung der Ausnehmung angeordnet ist.
Ferner umfasst das Verfahren Spannen des zweiten Teils der Graphen-Membran, um den zweiten Teil der Graphen-Membran in einen gespannten Zustand zu überführen, so dass der zweite Teil der Graphen-Membran in einem Betriebstemperaturbereich des Graphen-Membran-Bauelements permanent in dem gespannten Zustand ist.
Einige Beispiele beziehen sich auf ein Graphen-Membran-Bauelement. Das Graphen-Membran-Bauelement umfasst ein Trägersubstrat mit einer Ausnehmung mit einer Öffnung an einer Oberfläche des Trägersubstrats. Zudem umfasst das Graphen-Membran-Bauelement eine auf der Oberfläche des Trägersubstrats angeordnete Graphen-Membran. Die Graphen-Membran erstreckt sich über die Ausnehmung des Trägersubstrats. Ferner ist die Graphen-Membran so angeordnet, dass ein erster Teil der Graphen-Membran an der Oberfläche des Trägersubstrats angeordnet ist und ein zweiter Teil der Graphen-Membran an der Öffnung der Ausnehmung angeordnet ist. Zudem ist der zweite Teil der Graphen-Membran in einem Betriebstemperaturbereich des Graphen-Membran-Bauelements permanent in einem gespannten Zustand.
Einige Beispiele beziehen sich auf ein Mikrofon mit einem Graphen-Membran-Bauelement.
Einige Beispiele beziehen sich auf einen Hall-Sensor mit einem Graphen-Membran-Bauelement.
Figurenliste
Ausführungsbeispiele werden nachfolgend bezugnehmend auf die beiliegenden Figuren näher erläutert. Es zeigen:

1 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Bilden eines Graphen-Membran-Bauelements;
2a bis 2c eine schematische Prozessabfolge zum Bilden eines Graphen-Membran-Bauelements;
3a und 3b eine weitere schematische Prozessabfolge zum Bilden eines weiteren Graphen-Membran-Bauelements;
4a bis 4c eine weitere schematische Prozessabfolge zum Bilden eines weiteren Graphen-Membran-Bauelements;
5a bis 5c eine weitere schematische Prozessabfolge zum Bilden eines weiteren Graphen-Membran-Bauelements;
6 einen schematischen Querschnitt eines weiteren Graphen-Membran-Bauelements;
7 einen schematischen Querschnitt eines Mikrofons; und
8 eine schematische Aufsicht auf einen Hall-Sensor.

Beschreibung
Verschiedene Ausführungsbeispiele werden nun ausführlicher unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben, in denen einige Ausführungsbeispiele dargestellt sind. In den Figuren können die Dickenabmessungen von Linien, Schichten und/oder Regionen um der Deutlichkeit Willen übertrieben dargestellt sein.
Bei der nachfolgenden Beschreibung der beigefügten Figuren, die lediglich einige exemplarische Ausführungsbeispiele zeigen, können gleiche Bezugszeichen gleiche oder vergleichbare Komponenten bezeichnen. Ferner können zusammenfassende Bezugszeichen für Komponenten und Objekte verwendet werden, die mehrfach in einem Ausführungsbeispiel oder in einer Zeichnung auftreten, jedoch hinsichtlich eines oder mehrerer Merkmale gemeinsam beschrieben werden. Komponenten oder Objekte, die mit gleichen oder zusammenfassenden Bezugszeichen beschrieben werden, können hinsichtlich einzelner, mehrerer oder aller Merkmale, beispielsweise ihrer Dimensionierungen, gleich, jedoch gegebenenfalls auch unterschiedlich ausgeführt sein, sofern sich aus der Beschreibung nicht etwas anderes explizit oder implizit ergibt.
Obwohl Ausführungsbeispiele auf verschiedene Weise modifiziert und abgeändert werden können, sind Ausführungsbeispiele in den Figuren als Beispiele dargestellt und werden hierin ausführlich beschrieben. Es sei jedoch klargestellt, dass nicht beabsichtigt ist, Ausführungsbeispiele auf die jeweils offenbarten Formen zu beschränken, sondern dass Ausführungsbeispiele vielmehr sämtliche funktionale und/oder strukturelle Modifikationen, Äquivalente und Alternativen, die im Bereich der Erfindung liegen, abdecken sollen. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen in der gesamten Figurenbeschreibung gleiche oder ähnliche Elemente.
Man beachte, dass ein Element, das als mit einem anderen Element „verbunden“ oder „verkoppelt“ bezeichnet wird, mit dem anderen Element direkt verbunden oder verkoppelt sein kann oder dass dazwischenliegende Elemente vorhanden sein können. Wenn zwei Elemente A und B durch ein „oder“ kombiniert werden, so sind darunter alle möglichen Kombination, zum Beispiel „nur A“, „nur B“ sowie „A und B“, zu verstehen. Eine alternative Formulierung für dieselbe Kombination ist „zumindest eines von A und B“. Gleiches gilt für Kombinationen von mehr als 2 Elementen.
Die Terminologie, die hierin verwendet wird, dient nur der Beschreibung bestimmter Ausführungsbeispiele und soll die Ausführungsbeispiele nicht beschränken. Wie hierin verwendet, sollen die Singularformen „ einer,“ „ eine“, „eines “ und „der, die, das“ auch die Pluralformen beinhalten, solange der Kontext nicht eindeutig etwas anderes angibt. Ferner sei klargestellt, dass die Ausdrücke wie z.B. „beinhaltet“, „beinhaltend“, aufweist“ und/oder „aufweisend“, wie hierin verwendet, das Vorhandensein von genannten Merkmalen, ganzen Zahlen, Schritten, Arbeitsabläufen, Elementen und/oder Komponenten angeben, aber das Vorhandensein oder die Hinzufügung von einem bzw. einer oder mehreren Merkmalen, ganzen Zahlen, Schritten, Arbeitsabläufen, Elementen, Komponenten und/oder Gruppen davon nicht ausschließen.
Solange nichts anderes definiert ist, haben sämtliche hierin verwendeten Begriffe (einschließlich von technischen und wissenschaftlichen Begriffen) die gleiche Bedeutung, die ihnen ein Durchschnittsfachmann auf dem Gebiet, zu dem die Ausführungsbeispiele gehören, beimisst. Ferner sei klargestellt, dass Ausdrücke, z.B. diejenigen, die in allgemein verwendeten Wörterbüchern definiert sind, so zu interpretieren sind, als hätten sie die Bedeutung, die mit ihrer Bedeutung im Kontext der einschlägigen Technik konsistent ist, solange dies hierin nicht ausdrücklich anders definiert ist.
1 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens 100 zum Bilden eines Graphen-Membran-Bauelements. Das Verfahren 100 umfasst Anordnen 110 einer Graphen-Membran in einem entspannten Zustand der Graphen-Membran auf einer Oberfläche eines Trägersubstrats. Die Graphen-Membran erstreckt sich über eine Ausnehmung mit einer Öffnung an der Oberfläche des Trägersubstrats. Zudem wird die Graphen-Membran so angeordnet, dass ein erster Teil der Graphen-Membran an der Oberfläche des Trägersubstrats angeordnet ist und ein zweiter Teil der Graphen-Membran über der Öffnung der Ausnehmung angeordnet ist. Ferner umfasst das Verfahren 100 Spannen 120 des zweiten Teils der Graphen-Membran, um den zweiten Teil der Graphen-Membran in einen gespannten Zustand zu überführen, so dass der zweite Teil der Graphen-Membran in einem Betriebstemperaturbereich des Graphen-Membran-Bauelements permanent in dem gespannten Zustand ist.
Durch das Anordnen 110 der Graphen-Membran in dem entspannten Zustand der Graphen-Membran auf der Oberfläche des Trägersubstrats kann ein aufwändiges Vorspannen der Graphen-Membran vor dem Anordnen 110 entfallen. Dadurch kann der erste Teil der Graphen-Membran besonders effizient und kostengünstig an der Oberfläche des Trägersubstrats angeordnet werden. Zudem kann dadurch, dass der zweite Teil der Graphen-Membran in einem Betriebstemperaturbereich des Graphen-Membran-Bauelements permanent in dem gespannten Zustand ist, eine aufwändige Einrichtung zum Überführen der Graphen-Membran in den gespannten Zustand während eines Betriebs des Graphen-Membran-Bauelements entfallen. Hierdurch kann das Graphen-Membran-Bauelement zudem kostengünstiger gebildet werden. Ferner kann das gebildete Graphen-Membran-Bauelement aufgrund der permanenten Spannung des zweiten Teils der Graphen-Membran verbesserte mechanische, elektrische und/oder elektromechanische Eigenschaften aufweisen.
Beispielsweise kann der entspannte Zustand der Graphen-Membran ein Zustand sein, in dem keine Zugkraft oder Spannkraft (oder eine deutlich geringere Zugkraft oder Spannkraft als in dem gespannten Zustand) parallel zu einer Oberfläche der Graphen-Membran und/oder parallel zu der Oberfläche des Trägersubstrats auf die Graphen-Membran ausgeübt wird. Der gespannte Zustand des zweiten Teils der Graphen-Membran kann beispielsweise ein Zustand sein, in dem eine Zugkraft oder Spannkraft parallel zu einer Oberfläche des zweiten Teils der Graphen-Membran und/oder parallel zu der Oberfläche des Trägersubstrats auf den zweiten Teil der Graphen-Membran ausgeübt wird. Beispielsweise kann eine (laterale) Abmessung des zweiten Teils der Graphen-Membran in dem entspannten Zustand weniger als 99% (oder weniger als 95%, weniger als 92%, weniger als 90% oder weniger als 85%) einer (lateralen) Abmessung des zweiten Teils der Graphen-Membran in dem gespannten Zustand betragen.
Beispielsweise kann sich der Betriebstemperaturbereich zumindest von 10°C (oder von 5°C, 0°C, -10°C, -20°C, -30°C oder -40°C) bis 30°C (oder bis 40°C, 50°C, 60°C, 70°C oder 80°C) erstrecken. Der Betriebstemperaturbereich kann beispielsweise ein Bereich einer Temperatur des Graphen-Membran-Bauelements oder ein Bereich einer Temperatur eines Elements des Graphen-Membran-Bauelements (beispielsweise des Trägersubstrats oder der Graphen-Membran) während eines Betriebs des Graphen-Membran-Bauelements sein.
Beispielsweise kann die Graphen-Membran weniger als 11 (oder weniger als 6 oder weniger als 4) atomare Graphen-Lagen umfassen. Die Graphen-Membran kann beispielsweise eine Graphen-Monolage sein. Der erste Teil der Graphen-Membran kann beispielsweise den zweiten Teil der Graphen-Membran umgeben. Beispielsweise können der erste Teil der Graphen-Membran und der zweite Teil der Graphen-Membran benachbart zueinander liegen. Alternativ kann zwischen dem ersten Teil der Graphen-Membran und dem zweiten Teil der Graphen-Membran ein dritter Teil der Graphen Membran liegen. Beispielsweise kann die Graphen-Membran die Ausnehmung des Trägersubstrats (einseitig) verschließen. Beispielsweise kann der erste Teil der Graphen-Membran durch ein inhärentes Anhaften durch Anziehung des ersten Teils der Graphen-Membran an der Oberfläche des Trägersubstrats angeordnet werden. Die Oberfläche des Trägersubstrats kann beispielsweise eine Vorderseite des Trägersubstrats sein.
Beispielsweise kann eine vertikale Abmessung (beispielsweise eine Tiefe) der Ausnehmung weniger als 95% (oder weniger als 90%, weniger als 80%, weniger als 70% oder weniger als 50%) einer vertikalen Abmessung (beispielsweise einer Dicke) des Trägersubstrats betragen. Dadurch kann bei dem Bilden des Graphen-Membran-Bauelements eine definierte Gasmenge in der Ausnehmung eingeschlossen werden. Hierdurch kann innerhalb der Ausnehmung ein Gegendruck für die Graphen-Membran erzeugt werden. Alternativ kann die Ausnehmung das Trägersubstrat vollständig durchdringen. Beispielsweise kann die Ausnehmung ein Via-Loch in dem Trägersubstrat sein. Die Ausnehmung kann sich beispielsweise vertikal von der Oberfläche des Trägersubstrats in das Trägersubstrat erstrecken. Beispielsweise kann die Öffnung der Ausnehmung rund oder ellipsenförmig sein. Dadurch kann eine Zugkraft oder Spannkraft auf den zweiten Teil der Graphen-Membran gleichmäßig verteilt werden. Eine laterale Abmessung (beispielsweise ein Durchmesser oder eine Breite) der Öffnung der Ausnehmung kann beispielsweise mehr als 500nm (oder mehr als 1µm, mehr als 10µm oder mehr als 50µm) und weniger als 1mm (oder weniger als 500µm oder weniger als 250µm) betragen. Beispielsweise kann die laterale Abmessung der Öffnung der Ausnehmung zwischen 80µm und 500µm betragen. Beispielsweise kann der zweite Teil der Graphen-Membran die Öffnung der Ausnehmung verschließen. Der zweite Teil der Graphen-Membran kann beispielsweise dieselbe Form (beispielsweise rund oder ellipsenförmig) aufweisen wie die Öffnung der Ausnehmung. Beispielsweise kann der zweite Teil der Graphen-Membran in dem gespannten Zustand dieselben lateralen Abmessungen aufweisen wie die Öffnung der Ausnehmung.
Beispielsweise kann die Graphen-Membran einen dritten Teil aufweisen. Der dritte Teil der Graphen-Membran kann zwischen dem ersten Teil der Graphen-Membran und dem zweiten Teil der Graphen-Membran liegen. Zudem kann das Spannen 120 des zweiten Teils der Graphen-Membran durch ein inhärentes Anhaften durch Anziehung des dritten Teils der Graphen-Membran an zumindest einem Teil einer Wandung der Ausnehmung erfolgen. Vor dem Spannen 120 des zweiten Teils der Graphen-Membran können der zweite Teil der Graphen-Membran und der dritte Teil der Graphen-Membran in dem entspannten Zustand der Graphen-Membran über der Öffnung der Ausnehmung angeordnet sein. Durch das inhärente Anhaften des dritten Teils der Graphen-Membran an zumindest dem Teil der Wandung der Ausnehmung kann der dritte Teil der Graphen-Membran aus einem inneren Bereich der Öffnung der Ausnehmung in Richtung einer Umrandung der Öffnung der Ausnehmung gezogen werden. Dadurch kann auf den zweiten Teil der Graphen-Membran ein Zugkraft oder Spannkraft in Richtung der Umrandung der Öffnung der Ausnehmung ausgeübt werden. Mittels dieser Zugkraft oder Spannkraft kann der zweite Teil der Graphen-Membran in den gespannten Zustand übergeführt werden. Beispielsweise kann das inhärente Anhaften durch Van-der-Waals-Kräfte, Wasserstoffbrückenkräfte und/oder Dipolkräfte zwischen der Graphen-Membran und dem Trägersubstrat bewirkt werden. Der dritte Teil der Graphen-Membran kann beispielsweise den zweiten Teil der Graphen-Membran umgeben. Beispielsweise kann der erste Teil der Graphen-Membran den dritten Teil der Graphen-Membran umgeben. Die Wandung der Ausnehmung kann sich beispielsweise von der Oberfläche des Trägersubstrats vertikal bis zu einem Boden der Ausnehmung oder einer weiteren Öffnung der Ausnehmung an einer weiteren Oberfläche (beispielsweise einer Rückseite) des Trägersubstrats erstrecken. Beispielsweise kann die Wandung der Ausnehmung die Ausnehmung vollständig umlaufen. Eine vertikale Abmessung des Teils der Wandung kann weniger als 11% (oder weniger als 10%, weniger als 5% oder weniger als 3%) einer lateralen Abmessung (beispielsweise eines Durchmessers oder einer Breite) der Öffnung der Ausnehmung betragen. Alternativ kann der dritte Teil der Graphen-Membran die Wandung der Ausnehmung vollständig bedecken.
Beispielsweise kann das Trägersubstrat eine Haftschicht umfassen. Die Haftschicht kann zumindest einen Teil der Oberfläche des Trägersubstrats, an dem der erste Teil der Graphen-Membran angeordnet ist, und den Teil der Wandung, an dem der dritte Teil der Graphen-Membran anhaftet, bilden. Zudem kann eine Adhäsionsenergie zwischen der Graphen-Membran und der Haftschicht mehr als 250 mJ pro m² (oder mehr als 300 mJ pro m², mehr als 400 mJ pro m², oder mehr als 450 mJ pro m²) betragen. Dadurch kann eine Haftung des ersten Teils der Graphen-Membran an der Oberfläche des Trägersubstrats und eine Haftung des dritten Teils der Graphen-Membran an dem Teil der Wandung der Ausnehmung verbessert werden. Beispielsweise kann eine vertikale Abmessung (beispielsweise eine Dicke) der Haftschicht weniger als 11% (oder weniger als 10%, weniger als 5% oder weniger als 3%) einer lateralen Abmessung (beispielsweise eines Durchmessers oder einer Breite) der Öffnung der Ausnehmung betragen. Die vertikale Abmessung der Haftschicht kann beispielsweise mehr als 2nm (oder mehr als 5nm, mehr als 10nm, mehr als 100nm, mehr als 1µm, mehr als 10µm, mehr als 100µm oder mehr als 200µm) betragen. Beispielsweise kann die Haftschicht zumindest eines von Siliziumoxid, Siliziumnitrid und Aluminiumoxid umfassen. Alternativ kann das Trägersubstrat vollständig aus einem Substratmaterial geformt sein, welches eine Adhäsionsenergie zu Graphen von mehr als 250 mJ pro m² (oder mehr als 300 mJ pro m², mehr als 400 mJ pro m², oder mehr als 450 mJ pro m²) beträgt. Beispielsweise kann das Trägersubstrat vollständig aus Siliziumoxid, Siliziumnitrid und/oder Aluminiumoxid geformt sein.
Beispielsweise kann die Haftschicht benachbart zu einem Bulkbereich des Trägersubstrats liegen. Beispielsweise kann eine vertikale Abmessung (beispielsweise eine Dicke) des Bulkbereichs des Trägersubstrats mehr als 200µm (oder mehr als 300µm, mehr als 500µm oder mehr als 750µm) und weniger als 1mm (oder weniger als 900µm oder weniger als 800µm) betragen. Die vertikale Abmessung des Bulkbereichs des Trägersubstrats kann beispielsweise 775µm betragen.
Beispielsweise kann der Bulkbereich des Trägersubstrats durch ein Halbleitersubstrat gebildet sein. Beispielsweise umfasst das Halbleitersubstrat zumindest eines von Silizium, Wasserstoff-passiviertem Silizium, Siliziumkarbid, Galliumarsenid, Galliumnitrid, und Germanium. Alternativ kann der Bulkbereich des Trägersubstrats durch ein nichtleitendes Substrat (beispielsweise ein Glassubstrat oder ein Quarzglassubstrat) gebildet sein. Beispielsweise kann die Ausnehmung in dem nichtleitenden Substrat mit einem Halbleitermaterial oder einem Polymer ausgekleidet sein (beispielsweise kann die Wandung der Ausnehmung zumindest teilweise mit dem Halbleitermaterial oder dem Polymer beschichtet sein). Beispielsweise umfasst das Halbleitermaterial zumindest eines von Silizium, Wasserstoff-passiviertem Silizium, Siliziumkarbid, Galliumarsenid, Galliumnitrid, und Germanium.
Beispielsweise können die Graphen-Membran und das Trägersubstrat unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweisen. Das Anordnen 110 der Graphen-Membran in dem entspannten Zustand der Graphen-Membran auf der Oberfläche des Trägersubstrats kann bei einer ersten Temperatur durchgeführt werden. Zudem kann das Spannen 120 des zweiten Teils der Graphen-Membran ein Erhitzen oder ein Abkühlen des Trägersubstrats und der Graphen-Membran auf eine zweite Temperatur umfassen. Durch das Erhitzen oder das Abkühlen des Trägersubstrats und der Graphen-Membran auf die zweite Temperatur kann eine Größenänderung des zweiten Teils der Graphen-Membran und eine Größenänderung des Trägersubstrats bewirkt werden. Da die Graphen-Membran und das Trägersubstrat unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweisen, können die Größenänderung des zweiten Teils der Graphen-Membran und die Größenänderung des Trägersubstrats unterschiedlich stark ausfallen. Da der erste Teil der Graphen-Membran bei dem Erhitzen oder dem Abkühlen des Trägersubstrats und der Graphen-Membran auf die zweite Temperatur an der Oberfläche des Trägersubstrats angeordnet und dadurch an dieser angehaftet ist, kann durch die unterschiedlichen Größenänderungen des zweiten Teils der Graphen-Membran und des Trägersubstrats der zweite Teil der Graphen-Membran in den gespannten Zustand übergeführt werden. Beispielsweise kann die erste Temperatur mehr als 60°C (oder mehr als 80°C oder mehr als 100°C) betragen. Alternativ kann die erste Temperatur weniger als -15°C (oder weniger als -20°C oder weniger als -30°C) betragen. Beispielsweise kann die zweite Temperatur innerhalb des Betriebstemperaturbereichs liegen. Die Graphen-Membran kann beispielsweise einen negativen Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweisen. Beispielsweise kann die Graphen-Membran einen Wärmeausdehnungskoeffizienten von mehr als -8 ppm pro K und weniger als -6 ppm pro K bei Raumtemperatur aufweisen. Beispielsweise kann der Wärmeausdehnungskoeffizient der Graphen-Membran kleiner sein als der Wärmeausdehnungskoeffizient des Trägersubstrats.
Beispielsweise kann das Anordnen 110 der Graphen-Membran auf der Oberfläche des Trägersubstrats einen Transfer der Graphen-Membran (oder von Graphen) auf das Trägersubstrat unter Verwendung eines Transfersubstrats mit einem anderen Wärmeausdehnungskoeffizienten als die Graphen-Membran umfassen. Das Trägersubstrat kann ein beliebiges Trägersubstrat sein. Durch Ausführung des Transfers bei einer unterschiedlichen Temperatur als einer Umgebungstemperatur (oder einer Arbeitstemperatur oder Betriebstemperatur des Graphen-Membran-Bauelements) kann sich eine innere Spannung in der Graphen-Membran aufbauen. Nach dem Erwärmen oder Abkühlen auf Umgebungstemperatur kann die Spannung aufgrund der Anhaftung oder Adhäsion der Graphen-Membran an der Oberfläche des Trägersubstrats (oder auf dem Trägersubstrat) aufrechterhalten werden.
Beispielsweise kann das Anordnen 110 der Graphen-Membran in dem entspannten Zustand der Graphen-Membran auf der Oberfläche des Trägersubstrats ein Platzieren der Graphen-Membran an einer Oberfläche einer Flüssigkeit und ein In-Kontakt-Bringen des Trägersubstrats mit der an der Oberfläche der Flüssigkeit platzierten Graphen-Membran umfassen. Durch das Platzieren der Graphen-Membran auf der Oberfläche der Flüssigkeit kann ein aufwändiges Transferieren der Graphen-Membran auf die Oberfläche des Trägersubstrats mittels eines Transfersubstrats entfallen. Hierdurch kann das Graphen-Membran-Bauelement kostengünstig gebildet werden. Beispielsweise kann die Flüssigkeit Wasser sein. Ein pH-Wert der Flüssigkeit kann beispielsweise in einem Bereich von 3 (oder von 4, von 5 oder von 6) bis 9 (oder bis 8 oder bis 7) liegen. Beispielsweise kann das Trägersubstrat unterhalb oder oberhalb der Oberfläche der Flüssigkeit angeordnet werden.
Das Trägersubstrat kann beispielsweise vor dem In-Kontakt-Bringen des Trägersubstrats mit der Graphen-Membran in die Flüssigkeit eingebracht werden.
Beispielsweise kann das In-Kontakt-Bringen des Trägersubstrats mit der Graphen-Membran ein Ändern eines Flüssigkeitsspiegels der Flüssigkeit umfassen. Dadurch kann ein aufwändiges Bewegen des Trägersubstrats zum In-Kontakt-Bringen des Trägersubstrats mit der Graphen-Membran vermieden werden. In dem Fall, dass das Trägersubstrat unterhalb der Oberfläche der Flüssigkeit angeordnet ist, kann das Ändern des Flüssigkeitsspiegels der Flüssigkeit beispielsweise ein Absenken des Flüssigkeitsspiegels der Flüssigkeit sein. In dem Fall, dass das Trägersubstrat oberhalb der Oberfläche der Flüssigkeit angeordnet ist, kann das Ändern des Flüssigkeitsspiegels der Flüssigkeit beispielsweise ein Anheben des Flüssigkeitsspiegels der Flüssigkeit sein.
Beispielsweise kann das In-Kontakt-Bringen des Trägersubstrats mit der Graphen-Membran ein Bewegen des Trägersubstrats in Richtung der Oberfläche der Flüssigkeit umfassen.
Beispielsweise kann die Graphen-Membran vor dem Anordnen 110 der Graphen-Membran auf der Oberfläche des Trägersubstrats auf einer Trägermembran angeordnet sein. Zudem kann das Verfahren 100 ferner ein Entfernen der Trägermembran nach dem Anordnen 110 der Graphen-Membran auf der Oberfläche des Trägersubstrats oder nach dem Spannen 120 des zweiten Teils der Graphen-Membran umfassen. Durch Verwenden der Trägermembran kann eine unerwünschte Verformung der Graphen-Membran während des Anordnens 110 der Graphen-Membran auf der Oberfläche des Trägersubstrats vermieden werden. Beispielsweise kann die Trägermembran zumindest eines von Polymethylmethacrylat, Polycarbonat, Polystyrol und einem weiteren geeigneten Membranmaterial umfassen. Beispielsweise kann eine Dicke der Trägermembran mehr als 500% (oder mehr als 1000%) einer Dicke der Graphen-Membran betragen. Die Trägermembran kann beispielsweise mittels eines Lösungsmittels (beispielsweise Aceton) entfernt werden.
Beispielsweise kann das Anordnen 110 der Graphen-Membran in dem entspannten Zustand der Graphen-Membran auf der Oberfläche des Trägersubstrats ein Anordnen der Graphen-Membran an einer Oberfläche einer Stempelvorrichtung und ein Anpressen der Stempelvorrichtung an die Oberfläche des Trägersubstrats umfassen. Dadurch kann das Anordnen 110 der Graphen-Membran auf der Oberfläche des Trägersubstrats in einer trockenen Umgebung durchgeführt werden. Beispielsweise kann die Stempelvorrichtung an die Oberfläche des Trägersubstrats mit einer Kraft von mehr als IN (oder mehr als 10N) und weniger als 1kN (oder weniger als 100N) angepresst werden.
Beispielsweise kann eine Adhäsionsenergie zwischen der Oberfläche der Stempelvorrichtung und der Graphen-Membran weniger als 90% (oder weniger als 75%, weniger als 50% oder weniger als 25%) einer Adhäsionsenergie zwischen dem ersten Teil der Graphen-Membran und der Oberfläche des Trägersubstrats betragen. Durch die unterschiedlichen Adhäsionsenergien kann die Graphen-Membran an der Oberfläche des Trägersubstrats stärker anhaften als an der Oberfläche der Stempelvorrichtung. Dadurch kann die Graphen-Membran nach dem Anpressen der Stempelvorrichtung an die Oberfläche des Trägersubstrats durch Wegbewegen der Stempelvorrichtung von der Oberfläche des Trägersubstrats von der Oberfläche der Stempelvorrichtung gelöst werden. Beispielsweise kann die Stempelvorrichtung eine Polydimethylsiloxan-Schicht aufweisen, welche die Oberfläche der Stempelvorrichtung bildet.
Beispielsweise kann die Stempelvorrichtung ein Thermoreleaseelement umfassen. Zudem kann das Anordnen 110 der Graphen-Membran in dem entspannten Zustand der Graphen-Membran auf der Oberfläche des Trägersubstrats ferner ein Erhitzen des Thermoreleaseelements umfassen, um die Graphen-Membran von der Oberfläche der Stempelvorrichtung zu lösen. Durch Verwenden eines Thermoreleaseelements kann die Graphen-Membran stärker an der Stempelvorrichtung angehaftet werden. Dadurch kann ein unbeabsichtigtes Lösen der Graphen-Membran von der Stempelvorrichtung vermieden werden. Beispielsweise kann das Thermoreleaseelement eine wärmelösbare Klebefolie sein, die ihre Klebeeigenschaft bei einem Erhitzen der wärmelösbaren Klebefolie über eine vorbestimmte Temperatur (beispielsweise bei Erhitzen der Klebefolie auf mehr als 90°C, mehr als 100°C oder mehr als 120°C) verliert.
Beispielsweise kann das Anordnen 110 der Graphen-Membran in dem entspannten Zustand der Graphen-Membran auf der Oberfläche des Trägersubstrats bei einer relativen Luftfeuchtigkeit von mehr als 35% (oder mehr als 40%, mehr als 50%, mehr als 60%, mehr als 70%, mehr als 80% oder mehr als 90%) durchgeführt werden. Dadurch kann eine Anhaftung der Graphen-Membran an der Oberfläche des Trägersubstrats verbessert werden. Beispielsweise kann das Anordnen 110 der Graphen-Membran auf der Oberfläche des Trägersubstrats in einer feuchten Atmosphäre oder nach einem Bekeimen der Oberfläche des Trägersubstrats mittels Wasserdampf durchgeführt werden.
Beispielsweise kann eine vertikale Richtung, eine vertikale Abmessung oder eine Tiefe senkrecht zu der Oberfläche des Trägersubstrats und eine laterale Richtung oder eine laterale Abmessung parallel zu der Oberfläche des Trägersubstrats gemessen werden.
2a bis 2c zeigen eine schematische Prozessabfolge zum Bilden eines Graphen-Membran-Bauelements 200. Das Bilden der Graphen-Membran-Bauelemente 200 kann ähnlich wie das im Zusammenhang mit der 1 beschriebene Verfahren 100 zum Bilden eines Graphen-Membran-Bauelements durchgeführt werden.
2a zeigt ein Trägersubstrat 210 und eine Graphen-Membran 220 vor einem Anordnen 110 der Graphen-Membran 220 auf einer Oberfläche 214 des Trägersubstrats 210. Das Trägersubstrat 210 umfasst einen Bulkbereich 211, eine Ausnehmung 212, welche das Trägersubstrat 210 vollständig durchdringt und eine Öffnung 216 aufweist, und eine Haftschicht 213. Beispielsweise kann der Bulkbereich 211 Silizium (Si) umfassen und kann die Haftschicht 213 Siliziumoxid (SiO₂) umfassen. Die Haftschicht 213 bildet die Oberfläche 214 des Trägersubstrats 210 sowie einen Teil einer Wandung 215 der Ausnehmung.
2b zeigt ein Graphen-Membran-Bauelement 200-1 nach einem Spannen 120 eines zweiten Teils 222 der Graphen-Membran 220. Ein erster Teil 221 der Graphen-Membran 220 ist an der Oberfläche 214 des Trägersubstrats 210 angeordnet. Zudem ist der zweite Teil 222 der Graphen-Membran 220 in der Ausnehmung 212 aufgenommen. Ein dritter Teil 223 der Graphen-Membran 220 ist an dem durch die Haftschicht 213 gebildeten Teil der Wandung 215 inhärent angehaftet. Durch das inhärente Anhaften des dritten Teils 223 der Graphen-Membran 220 an dem durch die Haftschicht 213 gebildeten Teil der Wandung 215 kann der zweite Teil 222 der Graphen-Membran 220 gespannt werden.
Ein inhärentes Anhaften des dritten Teils 223 der Graphen-Membran 220 oder des zweiten Teils 222 der Graphen-Membran 220 an dem durch den Bulkbereich 211 des Trägersubstrats 210 gebildeten Teils der Wandung 215 kann beispielsweise dadurch vermieden werden, dass eine Haftkraft der Graphen-Membran 220 an dem durch den Bulkbereich 211 des Trägersubstrats 210 gebildeten Teil der Wandung 215 geringer ist als die Zugkraft oder Spannkraft auf den zweiten Teil 222 der Graphen-Membran 220 in dem gespannten Zustand. Hierzu können die Materialien der Haftschicht 213 und des Bulkbereichs 211 beispielsweise derart gewählt werden, dass eine Adhäsionsenergie zwischen der Haftschicht 213 und der Graphen-Membran 220 deutlich größer ist als eine Adhäsionsenergie zwischen dem Bulkbereich 211 und der Graphen-Membran 220.
Die Graphen-Membran 220 kann beispielsweise aufgrund der zwischen der Haftschicht 213 und der Graphen-Membran 220 wirkenden Anziehungskräfte (beispielsweise Van-der-Waals-Kräfte) bis zu einem Übergang zwischen der Haftschicht 213 und dem Bulkbereich 211 an der Wandung 215 in die Ausnehmung 212 hineingezogen werden. Da der erste Teil 221 der Graphen-Membran 220 fest an der Oberfläche 214 angehaftet ist, kann durch das teilweise Hineinziehen der Graphen-Membran 220 in die Ausnehmung 212 das Spannen 120 des zweiten Teils 222 der Graphen-Membran 220 bewirkt werden. Zudem kann (bei fester Breite der Öffnung 216 der Ausnehmung 212) über eine Dicke der Haftschicht 213 (beispielsweise über einen vertikalen Abstand von der Oberfläche 214 zu dem Übergang zwischen der Haftschicht 213 und dem Bulkbereich 211) die Zugkraft oder Spannkraft auf den zweiten Teil 222 der Graphen-Membran 220 effizient eingestellt werden.
2c zeigt ein weiteres Graphen-Membran-Bauelement 200-2 nach dem Spannen 120 des zweiten Teils 222 der Graphen-Membran 220. Die Haftschicht 213 des Graphen-Membran-Bauelements 200-2 weist eine größere Dicke als die Haftschicht 213 des Graphen-Membran-Bauelements 200-1 auf. Dadurch kann der zweite Teil 222 der Graphen-Membran 220 des Graphen-Membran-Bauelements 200-2 stärker gespannt sein als der zweite Teil 222 der Graphen-Membran 220 des Graphen-Membran-Bauelements 200-1.
2a bis 2c zeigen Beispiele für schematische Querschnitte freistehender Graphen-Membranen 220 auf einem SiO₂/Si-Substrat (beispielsweise auf dem Trägersubstrat 220) mit variierender SiO₂-Filmdicke (beispielsweise mit variierender Dicke der Haftschicht 213).
Beispielsweise kann die Graphen-Membran 220 im Gegensatz zu anderen Materialien, beispielsweise Silizium (Si, Adhäsionsenergie 151 mJ pro m²), sehr gut an Siliziumoxid (SiO₂) haften (Adhäsionsenergie 450 mJ pro m²). Diese Adhäsion kann durch Bildung einer Zwischenwasserschicht unterstützt werden, die sich auf hydrophilem Siliziumoxid (SiO₂) aber nicht auf hydrophobem Silizium (Si) bildet. Wenn die Graphen-Membran 220 (oder eine Graphenlage) über der Ausnehmung 212 (oder einem Loch) in einem aus Silizium (Si) bestehenden Trägersubstrat 210, das mit der Haftschicht 213 (oder einem SiO₂-Film) bedeckt ist, angebracht wird, kann die Graphen-Membran 220 der Oberfläche der Haftschicht 213 (oder der SiO₂-Oberfläche) folgen, bis sie den darunterliegenden Bulkbereich 211 (oder Si-Teil) der Ausnehmung 212 erreicht. Während dieser Anbringung kann die Graphen-Membran eine Zugspannung empfangen, die durch die Dicke der Haftschicht 213 angepasst werden kann. Die sich ergebende Spannung lässt sich berechnen durch: $S p a n n u n g i n % = \frac{2 d + W}{W} - 1 = \frac{2 d}{W}$
wobei d die Dicke der Haftschicht 213 und W die Breite der Ausnehmung 212 (oder eines Via-Lochs) bezeichnet.
Beispielsweise kann die Anbringung der Graphen-Membran 220 auf verschiedene Weise durchgeführt werden. Der allgemeine Aufbau kann aus einem Trägersubstrat 210 bestehen, das Ausnehmungen 212 (beispielsweise Via-Löcher) enthält, mit einer Kombination aus hydrophilen und hydrophoben Oberflächenmaterialien oder anderen Materialsystemen, die unterschiedliche Adhäsionsenergien auf Graphen aufweisen. Das hydrophobe Material kann beispielsweise Silizium, insbesondere nach Passivierung mit Wasserstoff, sein und das hydrophile Material kann beispielsweise SiO₂, Si₃N₄ oder Al₂O₃ sein.
Weitere Details und Aspekte werden in Verbindung mit den vorangehend oder nachfolgend beschriebenen Ausführungsformen erwähnt. Die in den 2a bis 2c gezeigte Ausführungsform kann eines oder mehrere optionale zusätzliche Merkmale korrespondierend zu einem oder mehreren Aspekten umfassen, welche in Zusammenhang mit dem vorgeschlagenem Konzept oder einer oder mehreren der vorangehend (beispielsweise 1) oder nachfolgend (beispielsweise 3a-8) beschriebenen Ausführungsformen erwähnt sind.
3a und 3b zeigen eine weitere schematische Prozessabfolge zum Bilden eines weiteren Graphen-Membran-Bauelements 300. Das Bilden des Graphen-Membran-Bauelements 300 kann ähnlich wie das im Zusammenhang mit der 1 beschriebene Verfahren 100 zum Bilden eines Graphen-Membran-Bauelements durchgeführt werden.
3a zeigt ein Trägersubstrat 210 und eine Graphen-Membran 220 vor einem Anordnen 110 der Graphen-Membran 220 auf einer Oberfläche 214 des Trägersubstrats 210. Die Graphen-Membran 220 ist an einer Oberfläche 310 einer Flüssigkeit platziert. Zudem ist das Trägersubstrat 210 in die Flüssigkeit eingebracht. Das Trägersubstrat 210 kann wie das in Zusammenhang mit der 2a beschriebene Trägersubstrat 210 ausgebildet sein. Wie durch einen Pfeil 320 angedeutet, kann die Graphen-Membran 220 durch ein Absenken eines Flüssigkeitsspiegels der Flüssigkeit mit dem Trägersubstrat 210 in Kontakt gebracht werden.
3b zeigt das Graphen-Membran-Bauelement 300 nach einem In-Kontakt-Bringen der Graphen-Membran 220 mit dem Trägersubstrat 210. Das Graphen-Membran-Bauelement 300 kann wie das in Zusammenhang mit der 2b beschriebene Graphen-Membran-Bauelement 200-1 ausgebildet sein. Da die Ausnehmung 212 das Trägersubstrat 210 vollständig durchdringt, kann eine nach dem Absenken des Flüssigkeitsspiegels der Flüssigkeit in der Ausnehmung 212 verbleibende Flüssigkeitsmenge leicht entfernt werden. Zudem können an dem Graphen-Membran-Bauelement 300 verbleibende Flüssigkeitsreste beispielsweise durch schonendes und langsames Trocknen bei Raumtemperatur entfernt werden.
3a und 3b zeigen ein Beispiel eines Nasstransferprinzips ohne Trägermembran. Beispielsweise kann ein Nasstransfer der Graphen-Membran 220 (oder von Graphen) auf das Trägersubstrat 210 durchgeführt werden. Hierbei kann die Graphen-Membran 220 (oder eine Graphenlage) ohne eine Trägermembran auf der Oberfläche 310 der Flüssigkeit schwimmen und sich an dem Trägersubstrat 210 anlagern, wenn sich das Trägersubstrat 210 der Oberfläche 310 der Flüssigkeit nähert.
Weitere Details und Aspekte werden in Verbindung mit den vorangehend oder nachfolgend beschriebenen Ausführungsformen erwähnt. Die in den 3a und 3b gezeigte Ausführungsform kann eines oder mehrere optionale zusätzliche Merkmale korrespondierend zu einem oder mehreren Aspekten umfassen, welche in Zusammenhang mit dem vorgeschlagenem Konzept oder einer oder mehreren der vorangehend (beispielsweise 1-2c) oder nachfolgend (beispielsweise 4a-8) beschriebenen Ausführungsformen erwähnt sind.
4a bis 4c zeigen eine weitere schematische Prozessabfolge zum Bilden eines weiteren Graphen-Membran-Bauelements 400. Das Bilden des Graphen-Membran-Bauelements 400 kann ähnlich wie das im Zusammenhang mit der 1 beschriebene Verfahren 100 zum Bilden eines Graphen-Membran-Bauelements durchgeführt werden.
4a zeigt ein Trägersubstrat 210 und eine auf einer Trägermembran 410 angeordnete Graphen-Membran 220 vor einem Anordnen 110 der Graphen-Membran 220 auf einer Oberfläche 214 des Trägersubstrats 210. Die Graphen-Membran 220 ist an einer Oberfläche 310 einer Flüssigkeit platziert. Zudem ist das Trägersubstrat 210 in die Flüssigkeit eingebracht. Das Trägersubstrat 210 kann wie das in Zusammenhang mit der 2a beschriebene Trägersubstrat 210 ausgebildet sein. Wie durch einen Pfeil 320 angedeutet, kann die auf der Trägermembran 410 angeordnete Graphen-Membran 220 durch ein Absenken eines Flüssigkeitsspiegels der Flüssigkeit mit dem Trägersubstrat 210 in Kontakt gebracht werden. Beispielsweise kann die Trägermembran 410 ein Polymerträger sein.
4b zeigt das Trägersubstrat 210 nachdem die auf der Trägermembran 410 angeordnete Graphen-Membran 220 auf der Oberfläche 214 des Trägersubstrats angeordnet wurde. Die Trägermembran 410 kann in einem nachfolgenden Prozessschritt von der Graphen-Membran 220 entfernt werden. Beispielsweise kann die Trägermembran 410 mittels eines Lösungsmittels (beispielsweise Aceton) entfernt werden. Im Anschluss daran kann ein zweiter Teil 222 der Graphen-Membran 220 gespannt werden.
4c zeigt das Graphen-Membran-Bauelement 400 nach dem Spannen 120 des zweiten Teils 222 der Graphen-Membran 220. Das Graphen-Membran-Bauelement 400 kann wie das in Zusammenhang mit der 2b beschriebene Graphen-Membran-Bauelement 200-1 ausgebildet sein.
4a bis 4c zeigen ein Beispiel eines Nasstransferprinzips mit Trägermembran 410. Beispielsweise kann ein Nasstransfer der Graphen-Membran 220 (oder von Graphen) auf das Trägersubstrat 210 durchgeführt werden. Hierbei kann die Graphen-Membran 220 (oder eine Graphenlage) mit der Trägermembran 410, welche ein Polymer (beispielsweise Polymethylmethacrylat (PMMA)) oder ein anderes Material umfassen kann, auf einer Oberfläche 310 der Flüssigkeit schwimmen und sich an dem Trägersubstrat 210 anlagern, wenn sich das Trägersubstrat 210 der Oberfläche 310 der Flüssigkeit nähert. Anschließend kann die Trägermembran 410 durch ein Lösemittel (beispielsweise Aceton) entfernt werden.
Weitere Details und Aspekte werden in Verbindung mit den vorangehend oder nachfolgend beschriebenen Ausführungsformen erwähnt. Die in den 4a bis 4c gezeigte Ausführungsform kann eines oder mehrere optionale zusätzliche Merkmale korrespondierend zu einem oder mehreren Aspekten umfassen, welche in Zusammenhang mit dem vorgeschlagenem Konzept oder einer oder mehreren der vorangehend (beispielsweise 1-3b) oder nachfolgend (beispielsweise 5a-8) beschriebenen Ausführungsformen erwähnt sind.
5a bis 5c zeigen eine weitere schematische Prozessabfolge zum Bilden eines weiteren Graphen-Membran-Bauelements 500. Das Bilden des Graphen-Membran-Bauelements 500 kann ähnlich wie das im Zusammenhang mit der 1 beschriebene Verfahren 100 zum Bilden eines Graphen-Membran-Bauelements durchgeführt werden.
5a zeigt ein Trägersubstrat 210 und eine an einer Oberfläche einer Stempelvorrichtung 510 angeordnete Graphen-Membran 220 bei einem Anordnen 110 der Graphen-Membran 220 auf einer Oberfläche 214 des Trägersubstrats 210. Das Trägersubstrat 210 kann wie das in Zusammenhang mit der 2a beschriebene Trägersubstrat 210 ausgebildet sein. Beispielsweise kann die Stempelvorrichtung 510 ein Polymerstempel sein.
5b zeigt das Trägersubstrat 210 und die an der Oberfläche der Stempelvorrichtung 510 angeordnete Graphen-Membran 220 während eines durch einen Pfeil 520 symbolisierten Anpressens der Stempelvorrichtung 510 gegen das Trägersubstrat 210. Ein erster Teil 221 der Graphen-Membran 220 ist an der Oberfläche 214 des Trägersubstrats 210 angeordnet. Zudem ist ein zweiter Teil 222 der Graphen-Membran 220 in der Ausnehmung 212 aufgenommen. Ein dritter Teil 223 der Graphen-Membran 220 ist an dem durch die Haftschicht 213 gebildeten Teil der Wandung 215 inhärent angehaftet. Beispielsweise kann eine Adhäsionsenergie zwischen der Oberfläche der Stempelvorrichtung 510 und der Graphen-Membran 220 weniger als 90% einer Adhäsionsenergie zwischen dem ersten Teil 221 der Graphen-Membran 220 und der Oberfläche 214 des Trägersubstrats 210 betragen.
5c zeigt das Graphen-Membran-Bauelement 500 nach einem Entfernen der Graphen-Membran 220 von der Oberfläche der Stempelvorrichtung 510. Beispielsweise kann die Graphen-Membran 220 von der Oberfläche der Stempelvorrichtung 510 durch Wegbewegen der Stempelvorrichtung 510 von der Oberfläche 214 des Trägersubstrats 210 entfernt werden. Das Graphen-Membran-Bauelement 500 kann wie das in Zusammenhang mit der 2b beschriebene Graphen-Membran-Bauelement 200-1 ausgebildet sein.
5a bis 5c zeigen ein Beispiel eines Trockentransferprinzips. Beispielsweise kann ein Trockentransfer unter Verwendung der Stempelvorrichtung 510 (oder eines Stempels), bestehend aus einem Material mit einer geringeren Adhäsionsstärke (beispielsweise Polydimethylsiloxan (PDMS)) für Graphen als die Oberfläche 214 des Trägersubstrats 210 (beispielsweise als SiO₂) durchgeführt werden.
Weitere Details und Aspekte werden in Verbindung mit den vorangehend oder nachfolgend beschriebenen Ausführungsformen erwähnt. Die in den 5a bis 5c gezeigte Ausführungsform kann eines oder mehrere optionale zusätzliche Merkmale korrespondierend zu einem oder mehreren Aspekten umfassen, welche in Zusammenhang mit dem vorgeschlagenem Konzept oder einer oder mehreren der vorangehend (beispielsweise 1-4c) oder nachfolgend (beispielsweise 6-8) beschriebenen Ausführungsformen erwähnt sind.
6 zeigt einen schematischen Querschnitt eines weiteren Graphen-Membran-Bauelements 600. Das Graphen-Membran-Bauelement 600 umfasst ein Trägersubstrat 210 mit einer Ausnehmung 212 mit einer Öffnung 216 an einer Oberfläche 214 des Trägersubstrats 210. Zudem umfasst das Graphen-Membran-Bauelement 600 eine auf der Oberfläche 214 des Trägersubstrats 210 angeordnete Graphen-Membran 220. Die Graphen-Membran 220 erstreckt sich über die Ausnehmung 212 des Trägersubstrats 210. Zudem ist die Graphen-Membran 220 so angeordnet ist, dass ein erster Teil 221 der Graphen-Membran 220 an der Oberfläche 214 des Trägersubstrats 210 angeordnet ist und ein zweiter Teil 222 der Graphen-Membran 220 an der Öffnung 216 der Ausnehmung 212 angeordnet ist. Ferner ist der zweite Teil 222 der Graphen-Membran 220 in einem Betriebstemperaturbereich des Graphen-Membran-Bauelements 600 permanent in einem gespannten Zustand.
Dadurch, dass der zweite Teil 222 der Graphen-Membran 220 in dem Betriebstemperaturbereich des Graphen-Membran-Bauelements 600 permanent in dem gespannten Zustand ist, kann eine aufwändige Vorrichtung zum Spannen des zweiten Teils 222 der Graphen-Membran 220 während eines Betriebs des Graphen-Membran-Bauelements 600 entfallen. Hierdurch kann das Graphen-Membran-Bauelement 600 kostengünstiger hergestellt werden. Zudem kann durch das Entfallen der Vorrichtung zum Spannen des zweiten Teils 222 der Graphen-Membran 220 ein elektrischer Energieverbrauch des Graphen-Membran-Bauelements 600 während eines Betriebs des Graphen-Membran-Bauelements 600 reduziert werden. Ferner kann das Graphen-Membran-Bauelement 600 aufgrund der permanenten Spannung des zweiten Teils 222 der Graphen-Membran 220 verbesserte mechanische, elektrische und/oder elektromechanische Eigenschaften aufweisen.
Eine Tiefe der in 6 gezeigten Ausnehmung 212 in dem Trägersubstrat 210 beträgt weniger als eine Dicke des Trägersubstrats 210. Zudem kann eine vorbestimmte Gasmenge in der Ausnehmung 212 eingeschlossen sein. Hierdurch kann innerhalb der Ausnehmung 212 ein Gegendruck für den zweiten Teil 222 der Graphen-Membran 220 erzeugt werden. Alternativ kann die Ausnehmung 212 das Trägersubstrat 210 vollständig durchdringen. Beispielsweise kann das Graphen-Membran-Bauelement 600 mittels des in Zusammenhang mit der 1 beschriebenen Verfahrens 100 zum Bilden eines Graphen-Membran-Bauelements gebildet werden. Das Graphen-Membran-Bauelement 600 kann beispielsweise ein Element eines Mikrofons, eines Hall-Sensors, eines MEMS, eines Drucksensors oder eines Lautsprechers sein.
Beispielsweise kann die Graphen-Membran 220 einen dritten Teil aufweisen. Der dritte Teil der Graphen-Membran 220 kann zwischen dem ersten Teil 221 der Graphen-Membran 220 und dem zweiten Teil 222 der Graphen-Membran 220 liegen. Ferner kann der dritte Teil der Graphen-Membran 220 an zumindest einem Teil einer Wandung 215 der Ausnehmung 212 inhärent anhaften. Durch das inhärente Anhaften des dritte Teils der Graphen-Membran 220 an zumindest dem Teil einer Wandung 215 kann der zweite Teil 222 der Graphen-Membran 220 permanent in dem gespannten Zustand gehalten werden.
Beispielsweise kann eine vertikale Abmessung des Teils der Wandung 215 der Ausnehmung 212, an dem der dritte Teil der Graphen-Membran 220 anhaftet, mehr als 0,5% (oder mehr als 1%, mehr als 5% oder mehr als 10%) einer lateralen Abmessung der Öffnung 216 der Ausnehmung 210 betragen. Dadurch kann der zweite Teil 222 der Graphen-Membran 220 stärker gespannt werden. Beispielsweise kann die laterale Abmessung der Öffnung 216 eine Breite oder ein Durchmesser der Öffnung 216 sein.
Beispielsweise kann das Trägersubstrat 210 eine Haftschicht umfassen, die zumindest einen Teil der Oberfläche 214 des Trägersubstrats 210, an dem der erste Teil 221 der Graphen-Membran 220 angeordnet ist, und den Teil der Wandung 215, an dem der dritte Teil der Graphen-Membran 220 anhaftet, bildet. Zudem kann eine Adhäsionsenergie zwischen der Graphen-Membran 220 und der Haftschicht mehr als 250 mJ pro m² (oder mehr als 300 mJ pro m², mehr als 400 mJ pro m², oder mehr als 450 mJ pro m²) betragen. Dadurch kann eine Haftung des ersten Teils 221 der Graphen-Membran 220 an der Oberfläche 214 des Trägersubstrats 210 und eine Haftung des dritten Teils der Graphen-Membran 220 an dem Teil der Wandung 215 der Ausnehmung 212 verbessert werden. Beispielsweise kann eine vertikale Abmessung (beispielsweise eine Dicke) der Haftschicht weniger als 11% (oder weniger als 10%, weniger als 5% oder weniger als 3%) einer lateralen Abmessung (beispielsweise eines Durchmessers oder einer Breite) der Öffnung 216 der Ausnehmung 212 betragen. Die vertikale Abmessung der Haftschicht kann beispielsweise mehr als 2nm (oder mehr als 5nm, mehr als 10nm, mehr als 100nm, mehr als 1µm, mehr als 10µm, mehr als 100µm oder mehr als 200µm) betragen. Beispielsweise kann die Haftschicht zumindest eines von Siliziumoxid, Siliziumnitrid und Aluminiumoxid umfassen.
Beispielsweise kann eine Adhäsionsenergie zwischen der Graphen-Membran 220 und einer Oberfläche eines Bulkbereichs des Trägersubstrats 210 innerhalb der Ausnehmung 212 weniger als 200 mJ pro m² (oder weniger als 150 mJ pro m², weniger als 100 mJ pro m² oder weniger als 50 mJ pro m²) betragen. Dadurch kann ein Ablösen des dritten Teils der Graphen-Membran 220 von der Wandung 215 der Ausnehmung 212 in dem Bereich der Oberfläche des Bulkbereichs des Trägersubstrats 210 innerhalb der Ausnehmung 212 bewirkt werden. Hierdurch kann die Spannung des zweiten Teils 222 der Graphen-Membran 220 durch die Dicke der Haftschicht und die Breite der Ausnehmung 212 eingestellt werden. Beispielsweise kann das Trägersubstrat 210 an der Oberfläche des Bulkbereichs innerhalb der Ausnehmung 212 zumindest eines von Silizium, Wasserstoff-passiviertem Silizium, Siliziumkarbid, Galliumarsenid, Galliumnitrid, Germanium und einem Polymer umfassen.
Beispielsweise kann eine Anzahl von atomaren Graphen-Lagen der Graphen-Membran 220 weniger als 11 (oder weniger als 6 oder weniger als 4) betragen. Die Graphen-Membran 220 kann beispielsweise eine Graphen-Monolage sein.
Weitere Details und Aspekte werden in Verbindung mit den vorangehend oder nachfolgend beschriebenen Ausführungsformen erwähnt. Die in der 6 gezeigte Ausführungsform kann eines oder mehrere optionale zusätzliche Merkmale korrespondierend zu einem oder mehreren Aspekten umfassen, welche in Zusammenhang mit dem vorgeschlagenem Konzept oder einer oder mehreren der vorangehend (beispielsweise 1-5c) oder nachfolgend (beispielsweise 7-8) beschriebenen Ausführungsformen erwähnt sind.
7 zeigt einen schematischen Querschnitt eines Mikrofons 700. Das Mikrofon 700 umfasst ein Graphen-Membran-Bauelement und eine Gegenelektrode 710. Beispielsweise kann die Gegenelektrode 710 porös sein, um eine Druckentlastung zu bewirken. Aufgrund der Verwendung des Graphen-Membran-Bauelements kann das Mikrofon 700 eine hohe Robustheit aufweisen. Zudem kann das Mikrofon 700 besonders geringe geometrische Abmessungen aufweisen. Ferner kann das Mikrofon 700 durch eine definierte, teilweise hohe Belastung der Graphen-Membran 220 vorteilhafte und wiederholbare Eigenschaften liefern. Beispielsweise kann das Mikrofon 700 ein Kondensatormikrofon, ein Graphen-Mikrofon oder ein Mikrofon mit einem elektrostatischen oder piezoresistiven Funktionsprinzip sein.
Das Graphen-Membran-Bauelement umfasst ein Trägersubstrat 210 mit einer Ausnehmung 212 und eine auf einer Oberfläche 214 des Trägersubstrats 210 angeordnete Graphen-Membran 220. Beispielsweise kann das Graphen-Membran-Bauelement wie das in Zusammenhang mit der 2b beschriebene Graphen-Membran-Bauelement 200-1 oder wie das in Zusammenhang mit der 6 beschriebene Graphen-Membran-Bauelement 600 ausgebildet sein. Beispielsweise kann in dem Mikrofon 700 eine freistehende Graphen-Membran 220 verwendet werden. Die Gegenelektrode 710 kann beispielsweise ein elektrisch leitfähiges Material (beispielsweise Kupfer, Aluminium, Gold, Wolfram, Titan, Tantal oder Polysilizium) umfassen.
Weitere Details und Aspekte werden in Verbindung mit den vorangehend oder nachfolgend beschriebenen Ausführungsformen erwähnt. Die in der 7 gezeigte Ausführungsform kann eines oder mehrere optionale zusätzliche Merkmale korrespondierend zu einem oder mehreren Aspekten umfassen, welche in Zusammenhang mit dem vorgeschlagenem Konzept oder einer oder mehreren der vorangehend (beispielsweise 1-6) oder nachfolgend (beispielsweise 8) beschriebenen Ausführungsformen erwähnt sind.
8 zeigt eine schematische Aufsicht auf einen Hall-Sensor 800. Der Hallsensor 800 umfasst ein Graphen-Membran-Bauelement mit einer auf einer Oberfläche eines Trägersubstrats 210 angeordneten Graphen-Membran 220 sowie vier auf dem Trägersubstrat 210 angeordneten Kontakten 810, 820, 830, 840. Aufgrund der Verwendung des Graphen-Membran-Bauelements kann der Hall-Sensor 800 eine hohe Empfindlichkeit und einen geringen Energieverbrauch aufweisen. Ferner kann der Hall-Sensor 800 durch eine definierte, teilweise hohe Belastung der Graphen-Membran 220 vorteilhafte und wiederholbare Eigenschaften liefern. Beispielsweise kann das Graphen-Membran-Bauelement wie das in Zusammenhang mit der 2b beschriebene Graphen-Membran-Bauelement 200-1 oder wie das in Zusammenhang mit der 6 beschriebene Graphen-Membran-Bauelement 600 ausgebildet sein. Beispielsweise kann in dem Hall-Sensor 800 eine freistehende Graphen-Membran 220 verwendet werden. Beispielsweise kann der Hall-Sensor 800 ein Graphen-Hall-Sensor sein.
Die in 8 gezeigte Graphen-Membran 220 weist eine Kreisform auf. Alternativ kann die Graphen-Membran 220 eine beliebige andere Form aufweisen. Beispielsweise kann über die Kontakte 810 und 820 eine Versorgungsspannung an die Graphen-Membran 220 angelegt werden, um einen Stromfluss durch die Graphen-Membran 220 von dem Kontakt 810 zu dem Kontakt 820 zu bewirken. Zudem kann an den Kontakten 830 und 840 ein abfallende Hall-Spannung gemessen werden, wenn sich der Hall-Sensor 800 in einem senkrecht zu dem Stromfluss verlaufenden Magnetfeld befindet.
Weitere Details und Aspekte werden in Verbindung mit den vorangehend oder nachfolgend beschriebenen Ausführungsformen erwähnt. Die in der 8 gezeigte Ausführungsform kann eines oder mehrere optionale zusätzliche Merkmale korrespondierend zu einem oder mehreren Aspekten umfassen, welche in Zusammenhang mit dem vorgeschlagenem Konzept oder einer oder mehreren der vorangehend (beispielsweise 1-7) oder nachfolgend beschriebenen Ausführungsformen erwähnt sind.
Einige Ausführungsformen beziehen sich auf eine selbstadjustierende Graphen-Membran.
Gemäß einem Aspekt kann eine Anpassung einer Belastung einer freistehenden Graphen-Membran durch mechanisches Dehnen durchgeführt werden. Dieses Dehnen kann durch die unterschiedliche Adhäsionsstärke der Graphen-Membran auf unterschiedlichen (hydrophil gegen hydrophob) Substratoberflächen ausgeführt werden, was zu einem Eindringen der Graphen-Membran in die aufgespannten Via-Löcher (beispielsweise in die Ausnehmung des Trägersubstrats) führen kann.
Gemäß einem Aspekt kann bei einer Verwendung von freistehendem Graphen für MEMS eine Anpassung der Membranspannung durchgeführt werden.
Gemäß einem Aspekt können bestehende Graphen-Membran-Bauelemente ohne direkten Einfluss auf Kundensysteme oder ohne Anpassung von Kundensystemen durch das erfindungsgemäße Graphen-Membran-Bauelement ersetzt werden.
Die in der vorstehenden Beschreibung, den nachfolgenden Ansprüchen und den beigefügten Figuren offenbarten Merkmale können sowohl einzeln wie auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung eines Ausführungsbeispiels in ihren verschiedenen Ausgestaltungen von Bedeutung sein und implementiert werden.
Obwohl manche Aspekte im Zusammenhang mit einer Vorrichtung beschrieben wurden, versteht es sich, dass diese Aspekte auch eine Beschreibung des entsprechenden Verfahrens darstellen, sodass ein Block oder ein Bauelement einer Vorrichtung auch als ein entsprechender Verfahrensschritt oder als ein Merkmal eines Verfahrensschrittes zu verstehen ist. Analog dazu stellen Aspekte, die im Zusammenhang mit einem oder als ein Verfahrensschritt beschrieben wurden, auch eine Beschreibung eines entsprechenden Blocks oder Details oder Merkmals einer entsprechenden Vorrichtung dar.
Allgemein können Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung als Programm, Firmware, Computerprogramm oder Computerprogrammprodukt mit einem Programmcode oder als Daten implementiert sein, wobei der Programmcode oder die Daten dahin gehend wirksam ist bzw. sind, eines der Verfahren durchzuführen, wenn das Programm auf einem Prozessor oder einer programmierbaren Hardwarekomponente abläuft. Der Programmcode oder die Daten kann bzw. können beispielsweise auch auf einem maschinenlesbaren Träger oder Datenträger gespeichert sein. Der Programmcode oder die Daten können unter anderem als Quellcode, Maschinencode oder Bytecode sowie als anderer Zwischencode vorliegen. Der Datenträger kann ein digitales Speichermedium, ein magnetisches Speichermedium, beispielsweise eine Diskette, ein Magnetband, oder eine Festplatte, oder optisch auslesbares digitales Speichermedium sein. Eine programmierbare Hardwarekomponente kann durch einen Prozessor, einen Computerprozessor (CPU = Central Processing Unit), einen Grafikprozessor (GPU = Graphics Processing Unit), einen Computer, ein Computersystem, einen anwendungsspezifischen integrierten Schaltkreis (ASIC = Application-Specific Integrated Circuit), einen integrierten Schaltkreis (IC = Integrated Circuit), ein Ein-Chip-System (SOC = System on Chip), ein programmierbares Logikelement oder ein feldprogrammierbares Gatterarray mit einem Mikroprozessor (FPGA = Field Programmable Gate Array) gebildet sein.
Durch die Beschreibung und Zeichnungen werden nur die Grundsätze der Offenbarung dargestellt. Es versteht sich daher, dass der Fachmann verschiedene Anordnungen ableiten kann, die, obwohl sie nicht ausdrücklich hier beschrieben oder dargestellt sind, die Grundsätze der Offenbarung verkörpern und in ihrem Wesen und Schutzbereich enthalten sind. Weiterhin sollen alle hier aufgeführten Beispiele grundsätzlich nur Lehrzwecken dienen, um den Leser beim Verständnis der Grundsätze der Offenbarung und der durch den (die) Erfinder beigetragenen Konzepte zur Weiterentwicklung der Technik zu unterstützen, und sollen als ohne Begrenzung solcher besonders aufgeführten Beispiele und Bedingungen dienend aufgefasst werden. Weiterhin sollen alle hiesigen Aussagen über Grundsätze, Aspekte und Beispiele der Offenbarung wie auch besondere Beispiele derselben deren Entsprechungen umfassen.
Ein Blockschaltbild kann beispielsweise eine konzeptmäßige Ansicht einer beispielhaften Schaltung darstellen, die die Grundsätze der Offenbarung verkörpern. Auf ähnliche Weise versteht es sich, dass alle Ablaufdiagramme, Flussdiagramme, Zustandsübergangsdiagramme, Pseudocode und dergleichen verschiedene Prozesse darstellen, die im Wesentlichen in computerlesbarem Medium dargestellt und so durch einen Computer oder Prozessor ausgeführt werden, ungeachtet dessen, ob ein solcher Computer oder Prozessor ausdrücklich dargestellt ist. Die in der Beschreibung oder in den Ansprüchen offenbarten Verfahren können mittels einer Vorrichtung durchgeführt werden, welche Mittel zum Durchführen jedes der jeweiligen Schritte dieser Verfahren aufweist.
Weiterhin versteht es sich, dass die Offenbarung vielfacher, in der Beschreibung oder den Ansprüchen offenbarter Handlungen oder Funktionen nicht als in der bestimmten Reihenfolge befindlich ausgelegt werden sollten. Durch die Offenbarung von vielfachen Handlungen oder Funktionen werden diese daher nicht auf eine bestimmte Reihenfolge begrenzt, es sei denn, dass diese Handlungen oder Funktionen aus technischen Gründen nicht austauschbar sind. Weiterhin kann in einigen Beispielen eine einzelne Handlung mehrere Teilhandlungen einschließen oder in diese aufgebrochen werden. Solche Teilhandlungen können eingeschlossen sein und Teil der Offenbarung dieser Einzelhandlung bilden, sofern sie nicht ausdrücklich ausgeschlossen sind.
Weiterhin sind die nachfolgenden Ansprüche hiermit in die detaillierte Beschreibung aufgenommen, wo jeder Anspruch als getrenntes Beispiel für sich stehen kann. Wenn jeder Anspruch als getrenntes Beispiel für sich stehen kann, ist zu beachten, dass - obwohl ein abhängiger Anspruch sich in den Ansprüchen auf eine besondere Kombination mit einem oder mehreren anderen Ansprüchen beziehen kann - andere Beispiele auch eine Kombination des abhängigen Anspruchs mit dem Gegenstand jedes anderen abhängigen oder unabhängigen Anspruchs einschließen können. Diese Kombinationen werden hier vorgeschlagen, sofern nicht angegeben ist, dass eine bestimmte Kombination nicht beabsichtigt ist. Weiterhin sollen auch Merkmale eines Anspruchs für jeden anderen unabhängigen Anspruch eingeschlossen sein, selbst wenn dieser Anspruch nicht direkt abhängig von dem unabhängigen Anspruch gemacht ist.

Claims

Verfahren (100) zum Bilden eines Graphen-Membran-Bauelements (200, 300, 400, 500, 600), umfassend: Anordnen (110) einer Graphen-Membran (220) in einem entspannten Zustand der Graphen-Membran (220) auf einer Oberfläche (214) eines Trägersubstrats (210), wobei sich die Graphen-Membran (220) über eine Ausnehmung (212) mit einer Öffnung (216) an der Oberfläche (214) des Trägersubstrats (210) erstreckt, und wobei die Graphen-Membran (220) so angeordnet wird, dass ein erster Teil (221) der Graphen-Membran (220) an der Oberfläche (214) des Trägersubstrats (210) angeordnet ist und ein zweiter Teil (222) der Graphen-Membran (220) über der Öffnung (216) der Ausnehmung (212) angeordnet ist; und Spannen (120) des zweiten Teils (222) der Graphen-Membran (220), um den zweiten Teil (222) der Graphen-Membran (220) in einen gespannten Zustand zu überführen, so dass der zweite Teil (222) der Graphen-Membran (220) in einem Betriebstemperaturbereich des Graphen-Membran-Bauelements (200, 300, 400, 500, 600) permanent in dem gespannten Zustand ist.
Verfahren (100) gemäß Anspruch 1, wobei sich der Betriebstemperaturbereich zumindest von 10°C bis 30°C erstreckt.
Verfahren (100) gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei eine Abmessung des zweiten Teils (222) der Graphen-Membran (220) in dem entspannten Zustand weniger als 99% einer Abmessung des zweiten Teils (222) der Graphen-Membran (220) in dem gespannten Zustand beträgt.
Verfahren (100) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Graphen-Membran (220) einen dritten Teil (223) aufweist, wobei der dritte Teil (223) der Graphen-Membran (220) zwischen dem ersten Teil (221) der Graphen-Membran (220) und dem zweiten Teil (222) der Graphen-Membran (220) liegt, und wobei das Spannen (120) des zweiten Teils (222) der Graphen-Membran (220) durch ein inhärentes Anhaften durch Anziehung des dritten Teils (223) der Graphen-Membran (220) an zumindest einem Teil einer Wandung (215) der Ausnehmung (212) erfolgt.
Verfahren (100) gemäß Anspruch 4, wobei das Trägersubstrat (210) eine Haftschicht (213) umfasst, die zumindest einen Teil der Oberfläche (214) des Trägersubstrats (210), an dem der erste Teil (221) der Graphen-Membran (220) angeordnet ist, und den Teil der Wandung (215), an dem der dritte Teil (223) der Graphen-Membran (220) anhaftet, bildet, und wobei eine Adhäsionsenergie zwischen der Graphen-Membran (220) und der Haftschicht (213) mehr als 250 mJ pro m² beträgt.
Verfahren (100) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Graphen-Membran (220) und das Trägersubstrat (210) unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweisen, wobei das Anordnen (110) der Graphen-Membran (220) in dem entspannten Zustand der Graphen-Membran (220) auf der Oberfläche (214) des Trägersubstrats (210) bei einer ersten Temperatur durchgeführt wird, und wobei das Spannen (120) des zweiten Teils (222) der Graphen-Membran (220) ein Erhitzen oder ein Abkühlen des Trägersubstrats (210) und der Graphen-Membran (220) auf eine zweite Temperatur umfasst.
Verfahren (100) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Anordnen (110) der Graphen-Membran (220) in dem entspannten Zustand der Graphen-Membran (220) auf der Oberfläche (214) des Trägersubstrats (210) ein Platzieren der Graphen-Membran (220) an einer Oberfläche (310) einer Flüssigkeit und ein In-Kontakt-Bringen des Trägersubstrats (210) mit der an der Oberfläche (310) der Flüssigkeit platzierten Graphen-Membran (220) umfasst.
Verfahren (100) gemäß Anspruch 7, wobei das In-Kontakt-Bringen des Trägersubstrats (210) mit der Graphen-Membran (220) ein Ändern eines Flüssigkeitsspiegels der Flüssigkeit umfasst.
Verfahren (100) gemäß Anspruch 7 oder 8, wobei das In-Kontakt-Bringen des Trägersubstrats (210) mit der Graphen-Membran (220) ein Bewegen des Trägersubstrats (210) in Richtung der Oberfläche (310) der Flüssigkeit umfasst.
Verfahren (100) gemäß einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei die Graphen-Membran (220) vor dem Anordnen (110) der Graphen-Membran (220) auf der Oberfläche (214) des Trägersubstrats (210) auf einer Trägermembran (410) angeordnet ist, und wobei das Verfahren (100) ferner ein Entfernen der Trägermembran (410) nach dem Anordnen (110) der Graphen-Membran (220) auf der Oberfläche (214) des Trägersubstrats (210) oder nach dem Spannen (120) des zweiten Teils (222) der Graphen-Membran (220) umfasst.
Verfahren (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das Anordnen (110) der Graphen-Membran (220) in dem entspannten Zustand der Graphen-Membran (220) auf der Oberfläche (214) des Trägersubstrats (210) ein Anordnen der Graphen-Membran (220) an einer Oberfläche einer Stempelvorrichtung (510) und ein Anpressen der Stempelvorrichtung (510) an die Oberfläche (214) des Trägersubstrats (210) umfasst.
Verfahren (100) gemäß Anspruch 11, wobei eine Adhäsionsenergie zwischen der Oberfläche der Stempelvorrichtung (510) und der Graphen-Membran (220) weniger als 90% einer Adhäsionsenergie zwischen dem ersten Teil (221) der Graphen-Membran (220) und der Oberfläche (214) des Trägersubstrats (210) beträgt.
Verfahren (100) gemäß Anspruch 11, wobei die Stempelvorrichtung (510) ein Thermoreleaseelement umfasst, und wobei das Anordnen (110) der Graphen-Membran (220) in dem entspannten Zustand der Graphen-Membran (220) auf der Oberfläche (214) des Trägersubstrats (210) ferner ein Erhitzen des Thermoreleaseelements umfasst, um die Graphen-Membran (220) von der Oberfläche der Stempelvorrichtung (510) zu lösen.
Verfahren (100) gemäß einem der Ansprüche 11 bis 13, wobei das Anordnen (110) der Graphen-Membran (220) in dem entspannten Zustand der Graphen-Membran (220) auf der Oberfläche (214) des Trägersubstrats (210) bei einer relativen Luftfeuchtigkeit von mehr als 35% durchgeführt wird.
Graphen-Membran-Bauelement (200, 300, 400, 500, 600), umfassend: ein Trägersubstrat (210) mit einer Ausnehmung (212) mit einer Öffnung (216) an einer Oberfläche (214) des Trägersubstrats (210); und eine auf der Oberfläche (214) des Trägersubstrats (210) angeordnete Graphen-Membran (220), wobei sich die Graphen-Membran (220) über die Ausnehmung (212) des Trägersubstrats (210) erstreckt, wobei die Graphen-Membran (220) so angeordnet ist, dass ein erster Teil (221) der Graphen-Membran (220) an der Oberfläche (214) des Trägersubstrats (210) angeordnet ist und ein zweiter Teil (222) der Graphen-Membran (220) an der Öffnung (216) der Ausnehmung (212) angeordnet ist, und wobei der zweite Teil (222) der Graphen-Membran (220) in einem Betriebstemperaturbereich des Graphen-Membran-Bauelements (200, 300, 400, 500, 600) permanent in einem gespannten Zustand ist.
Graphen-Membran-Bauelement (200, 300, 400, 500, 600) gemäß Anspruch 15, wobei die Graphen-Membran (220) einen dritten Teil (223) aufweist, wobei der dritte Teil (223) der Graphen-Membran (220) zwischen dem ersten Teil (221) der Graphen-Membran (220) und dem zweiten Teil (222) der Graphen-Membran (220) liegt, und wobei der dritte Teil (223) der Graphen-Membran (223) an zumindest einem Teil einer Wandung (215) der Ausnehmung (212) inhärent anhaftet.
Graphen-Membran-Bauelement (200, 300, 400, 500, 600) gemäß Anspruch 16, wobei das Trägersubstrat (210) eine Haftschicht (213) umfasst, die zumindest einen Teil der Oberfläche (214) des Trägersubstrats (210), an dem der erste Teil (221) der Graphen-Membran (220) angeordnet ist, und den Teil der Wandung (215), an dem der dritte Teil (223) der Graphen-Membran (220) anhaftet, bildet, und wobei eine Adhäsionsenergie zwischen der Graphen-Membran (220) und der Haftschicht (213) mehr als 250 mJ pro m² beträgt.
Graphen-Membran-Bauelement (200, 300, 400, 500, 600) gemäß einem der Ansprüche 15 bis 17, wobei eine Adhäsionsenergie zwischen der Graphen-Membran (220) und einer Oberfläche eines Bulkbereichs (211) des Trägersubstrats (210) innerhalb der Ausnehmung (212) weniger als 200 mJ pro m² beträgt.
Graphen-Membran-Bauelement (200, 300, 400, 500, 600) gemäß einem der Ansprüche 15 bis 18, wobei eine Anzahl von atomaren Graphen-Lagen der Graphen-Membran (220) weniger als 11 beträgt.
Mikrofon (700) oder Hall-Sensor (800) mit dem Graphen-Membran-Bauelement (200, 300, 400, 500, 600) gemäß einem der Ansprüche 15 bis 19.