Neuer Sensitivitätsweltrekord für Hall-Sensoren
Forscher der RWTH Aachen und der AMO GmbH haben einen neuen Sensitivitätsweltrekord für Hall-Sensoren aufgestellt. Dabei wurde in hexagonalem Bornitrid (hBN) gekapseltes Graphen höchster Qualität verwendet.
Hall-Sensoren sind weitverbreitet im Bereich der Automobil- und Unterhaltungselektronik zur präzisen Positionsbestimmung, die Jahresproduktion beträgt ungefähr 6 Milliarden Einheiten. Die Sensitivität der Hall-Sensoren ist hauptsächlich materialspezifisch und kann durch Verwendung eines Materials mit höherer Ladungsträgerbeweglichkeit und geringerem Schichtwiderstand verbessert werden. Graphen, mit der höchsten Ladungsträgerbeweglichkeit bei Raumtemperatur und niedriger Ladungsträgerdichte aufgrund seiner geringen Dicke, stellt somit das perfekte Material für Hall-Sensoren dar.
Um die Sensitivitätsgrenzen Graphen basierter Hall-Sensoren zu untersuchen, verwendeten Dauber und Kollegen in hBN gekapseltes Graphen, da diese Kombination die bis dato beste Qualtät bei Raumbedingungen liefert.
Graphen basierte Hall-Sensoren zeigen eine spannungs- und stromnormalisierte Sensitivität bis zu 3V/VT bzw. 5700V/AT. Diese Werte liegen mehr als eine Größenordnung über den Werten, die mit siliziumbasierten Hall-Sensoren erreicht werden und um den Faktor zwei über den Werten, die mit den besten III/V Halbleitern zu erreichen sind.
Dieses neue Sensitivitätsniveau ermöglicht Bauteile mit höherer Präzision, geringerem Energieverbrauch und ebenso geringerer Systemgröße.
Die Forschungsarbeit ist veröffentlicht in Applied Physics Letters:
Jan Dauber, Abhay A. Sagade, Martin Oellers, Kenji Watanabe, Takashi Taniguchi, Daniel Neumaier and Christoph Stampfer “Ultra-sensitive Hall sensors based on graphene encapsulated in hexagonal boron nitride”.
Die Arbeit wird finanziell unterstützt von der europäischen Kommission im Projekt Flagship Graphene (Vertrag Nr. 604391) und der ERC (GA-Nr. 280140).
