Druckbare Hochleistungs-Magnetoelektronik

Gedruckte Elektronik wird das Gebiet der konventionellen Elektronik revolutionieren und eine kostengünstige, großflächige Produktion mit hohem Durchsatz ermöglichen. Durch Hinzufügen eines Magnetfeldsensors zur Familie der druckbaren Elektronik [1] wollen wir energieeffiziente kontaktlose Schalter für intelligente Verpackungen oder Postkarten sowie intelligente und schützende Kleidung (z. B. für Feuerwehrleute, Sportler) realisieren mit einem In- Stoff integrierte Navigations- und Positionsverfolgungsmodule. Für dieses Konzept wurden hochleistungsfähige druckbare Magnetfeldsensoren realisiert, die auf dem Riesenmagnetowiderstandseffekt (GMR) beruhen [2]. Diese Sensoren werden aus einer Paste gedruckt, die GMR-Flocken enthält, welche mittels Dünnschichttechnologien hergestellt wurden. Solche GMR-Sensoren können auch auf flexiblen Substraten siebgedruckt werden und bleiben in einem Temperaturbereich von -10°C bis +95°C [3] gemäß den Anforderungen an die Unterhaltungselektronik voll funktionsfähig.
In dieser Präsentation werden wir die aktuelle Technologie zur Realisierung von druckbaren Hochleistungs-Magnetfeldsensoren überprüfen. Wir werden zeigen, dass GMR-Sensoren auf ultradünne Polymerfolien mit einer Foliendicke von bis zu 6 µm gedruckt werden können. Die Verwendung eines geeigneten Polymerbindemittels für die GMR-Paste gewährleistet hervorragende Perkolationskontakte zwischen GMR-Mikroflocken und ermöglicht eine hohe Sensorempfindlichkeit von 3 T-1 bei einem niedrigen Magnetfeld von etwa 1 mT. Die Haftung zwischen dem gedruckten Sensor und der Polymerfolie ist ausreichend stark, um einer Biegung des Sensors auf einen Krümmungsradius von 16 µm standzuhalten, ohne die mechanische Integrität der Vorrichtung zu beeinträchtigen. Mit dieser Leistung können unsere gedruckten GMR-Sensoren für interaktive Elektronik auf der Haut verwendet werden, die wir mit einer berührungslosen Steuerung virtueller Objekte für die praktische Anwendung in tragbaren Geräten, künstlicher Prothetik, Robotik und im Internet der Dinge präsentieren.
[1] D. Makarov et al., ChemPhysChem (Review) 14, 1771 (2013).
[2] D. Karnaushenko, D. Makarov et al., Adv. Mater. 24, 4518 (2012).
[3] D. Karnaushenko, D. Makarov et al., Adv. Mater. 27, 880 (2015).