Forschung -

Entwicklung neuer magnetischer Sensoren beschleunigen

Magnetische Sensoren erfassen unter anderem Positionen, Bewegung und die elektrische Stromstärke. Sie kommen nicht nur in Smartphones und autonomen Fahrzeugen zum Einsatz, sondern auch in der Biotechnologie und vernetzten Systemen in der Industrie 4.0. Ein neues Kompetenzzentrum erforscht und entwickelt magnetische Hochleistungssensoren, die robust, energieeffizient und verzögerungsfrei messen.

Für das standortübergreifende Kompetenzzentrum MagSens kooperieren die Arbeitsgruppen von Professor Dr. Günter Reiss der Universität Bielefeld und Professor Dr. Mathias Kläui der Universität Mainz. Die beiden Physiker sind Spezialisten für die Herstellung von sehr dünnen Schichten aus wenigen Atomlagen, die als Basis für magnetische Sensoren dienen.

„Die ultradünnen Schichten lassen sich mit zahlreichen Eigenschaften ausstatten“, sagt Reiss. Das geschieht, indem wir Eisen, Nickel, Kupfer und Aluminium- oder Magnesiumoxid unterschiedlich kombinieren. Um neue Eigenschaften zu erreichen, ist bislang viel Zeit und Aufwand erforderlich. Das beginnt bei der Modellbildung, mit der berechnet wird, wie die unterschiedlichen Atome zusammenwirken. Bei der Herstellung der Schichten muss dann geprüft werden, ob sie auch tatsächlich die gewünschten Eigenschaften haben – falls nicht, muss der Herstellungsprozess korrigiert werden, oft viele hundert Male.

Das Kompetenzzentrum MagSens soll den Prozess von der Modellierung bis zur erfolgreichen Herstellung beschleunigen. Die neue Forschungsinfrastruktur nutzt dafür moderne Konzepte der Materialforschung und setzt maschinelles Lernen ein. Dafür geben die Forschenden dem Computer, der die Herstellungsanlage steuert, Erfahrungswerte vor. „Das System erkennt Muster und Grundprinzipien in den Abläufen der Herstellung“, sagt Reiss. „So kann es zuverlässiger und schneller als bisher berechnen, mit welcher Materialzusammensetzung und Herstellungsparametern sich bestimmte Effekte der magnetischen Schichten erreichen lassen.“ Eine neue Beschichtungsanlage für die Produktion der ultradünnen Schichten kann die magnetischen Eigenschaften schon im Herstellungsprozess identifizieren. „Das Steuerungssystem kann damit Einstellungen schon während der Herstellung justieren, um den gewünschten Effekt präzise zu erreichen“, sagt Reiss.

Die Mainzer Forscher übertragen die neu entwickelten ultradünnen Schichten im Reinraum auf Wafer.

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