Mikromechanisches Festkörperelektrolyt-Sensorelement und Verfahren zu seiner Herstellung

Stand der Technik

Aus dem Stand der Technik sind Sauerstoffsensoren auf Basis eines

Festkörperelektrolyten bekannt. Beispielsweise werden diese als so genannte Lambdasonden im Automobilbereich eingesetzt, insbesondere zur Erfassung einer Luftzahl eines Luft-Kraftstoff-Gemischs. Derartige Sensoren können typischerweise mindestens eine Festkörperelektrolytmembran umfassen, welche ein Festkörperelektrolytmaterial aufweist.

Aus EP 1 682 253 B1 ist eine Mikrobrennstoffzelle und ein Verfahren zu ihrer Herstellung bekannt, bei denen eine derartige Festkörperelektrolytmembran eingesetzt wird, welche durch eine wabenartige Stützstruktur mechanisch stabilisiert ist. Hierbei fungiert die durch Hochtemperatur belastete

Festkörperelektrolytmembran als Elektrolyt.

Insbesondere aus dem Bereich der Abgassensorik sind weitere Anwendungen denkbar, bei denen neben einer Stabilisierung der Festkörperelektrolytmembran ein Heizen der Festkörperelektrolytmembran gewünscht sein kann.

Herkömmliche Festkörperelektrolytsensorelemente weisen typischerweise Leiterbahnen außerhalb der Festkörperelektrolytmembran auf. Dies kann insbesondere zu einer hohen Heizleistung und einer geringen Regeldynamik führen.

Offenbarung der Erfindung

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung werden dementsprechend ein mikromechanisches Festkörperelektrolyt-Sensorelement zum Nachweis einer Komponente eines Gases oder eine Brennstoffzellenanordnung sowie ein Verfahren zu deren Herstellung, welche die oben genannten Nachteile und Einschränkungen bekannter Vorrichtungen und Verfahren zumindest teilweise überwindet, vorgeschlagen.

Unter einem "Festkörperelektrolyten" ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Festkörper mit elektrolytischen Eigenschaften, also mit ionenleitenden Eigenschaften, zu verstehen. Insbesondere kann der Festkörperelektrolyt eingerichtet sein, um Sauerstoffionen zu leiten. Beispielsweise kann es sich um einen keramischen Festkörperelektrolyten handeln.

Unter einem "Festkörperelektrolyt-Sensorelement" ist allgemein ein

Sensorelement zu verstehen, welches mindestens einen Festkörperelektrolyten verwendet. Das Festkörperelektrolyt-Sensorelement kann insbesondere eingerichtet sein, um mindestens eine Eigenschaft eines Gases in einem

Messraum zu erfassen, insbesondere einen Sauerstoffanteil und/oder eine Luftzahl. Auch andere Festkörperelektrolyt-Sensorelemente sind jedoch grundsätzlich denkbar. Unter einer„Brennstoffzellenanordnung" ist dabei allgemein eine galvanische

Zelle zu verstehen, die die chemische Reaktionsenergie eines vorzugsweise kontinuierlich zugeführten Brennstoffes und eines Oxidationsmittels in elektrische Energie wandelt. Dabei kann der Brennstoff z.B. Wasserstoff sein, er kann jedoch auch in Form anderer, brennbarer Gase vorliegen. Als Oxidationsmittel oder Oxidant kann z.B. Sauerstoff verwendet werden. Dabei kann bei der

Brennstoffzellenanordnung der Brennstoff auf einer Seite einer Membranstruktur und der Oxidanten auf einer anderen Seite der Membranstruktur vorliegen. Die Membran kann z.B. als Festkörperelektrolytmembran ausgebildet sein. Die Brennstoffzellenanordnung kann z.B. als mikromechanische

Brennstoffzellenanordnung ausgebildet sein.

Unter dem Begriff "mikromechanisch" ist allgemein im Rahmen der vorliegenden Erfindung eine Eigenschaft einer dreidimensionalen Struktur zu verstehen, Dimensionen im Mikrometerbereich, insbesondere in einem Bereich von 1 μηι bis 1000 μηι, aufzuweisen. Beispielsweise können dies Breiten von Kavernen oder laterale Ausdehnungen von Membranen sein, welche in diesem Bereich liegen. Dies schließt jedoch nicht aus, dass hierbei auch zusätzliche größere oder kleinere Dimensionen auftreten können.

Im folgenden Text der Anmeldung kann aus Gründen der besseren Lesbarkeit an einigen Stellen lediglich ein„Festkörperelektrolyt-Sensorelement" beschrieben sein. Dabei ist jedoch stets als Alternative für den Begriff„Festkörperelektrolyt- Sensorelement" der Begriff „Brennstoffzellenanordnung" synonym gemeint und somit auch offenbart.

Es wird ein mikromechanisches Festkörperelektrolyt-Sensorelement oder eine Brennstoffzellenanordnung offenbart, umfassend:

- erste Elektroden und zweite Elektroden;

- mindestens eine Festkörperelektrolytmembran, welche zumindest teilweise zwischen den ersten Elektroden und den zweiten Elektroden angeordnet ist;

- mindestens eine mikromechanische Stützstruktur, welche mindestens ein Isolationsmaterial aufweist, wobei die mikromechanische Stützstruktur eingerichtet ist, um die Festkörperelektrolytschicht mechanisch zu

stabilisieren;

wobei mindestens eine durchgängige Leitfähigkeitsschicht in das

Isolationsmaterial der mikromechanischen Stützstruktur eingebettet ist.

Unter einer "Elektrode" ist allgemein im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Element zum Austausch von Ionen zwischen dem Element und einem

Festkörperelektrolyten zu verstehen. Insbesondere können mittels der Elektrode Ionen in die Festkörperelektrolytmembran eingebracht werden, beispielsweise Sauerstoffionen, was auch als "Einbau" der Ionen bezeichnet wird, und/oder Ionen aus der Festkörperelektrolytmembran ausgetragen werden und

beispielsweise in ein Gas umgewandelt werden, beispielsweise Sauerstoffgas, wobei dieser Vorgang auch als "Ausbau" der Ionen bezeichnet werden kann. Bei den Elektroden kann es sich somit insbesondere um elektrische Kontakte zur elektrischen und/oder ionischen Kontaktierung eines Festkörperelektrolyten handeln.

Insbesondere kann es sich um ein poröses, elektrisch leitfähiges

Elektrodenmaterial handeln. Unter einem "porösen" elektrisch leitfähigen Elektrodenmaterial sind allgemein im Rahmen der vorliegenden Erfindung Materialien zu verstehen, welche Poren aufweisen, derart, dass ein Gasdurchtritt durch das poröse, elektrisch leitfähige Elektrodenmaterial möglich ist. So kann beispielsweise ein Gasdurchtritt durch das poröse, elektrisch leitfähige

Elektrodenmaterial erfolgen, wobei das Gas an einer Grenzfläche zwischen der Elektrode und dem Festkörperelektrolyten in Ionen umgewandelt wird, wobei die Ionen in ein Gitter des Festkörperelektrolyten eingebaut werden können.

Die Bezeichnungen "erste" und "zweite" Elektroden sind als reine

Beschreibungen anzusehen, ohne eine Reihenfolge oder Rangfolge anzugeben und beispielsweise ohne die Möglichkeit auszuschließen, dass mehrere Arten von ersten Elektroden und mehrere Arten von zweiten Elektroden oder jeweils genau eine Art vorgesehen sein kann. Weiterhin können zusätzliche Elektroden, beispielsweise ein oder mehrere dritte Elektroden vorhanden sein.

Die ersten Elektroden und die zweiten Elektroden können jeweils über einen Stromkollektor verfügen. Der Stromkollektor kann insbesondere aus einem porösen Material hergestellt sein. Das Material kann beispielsweise Platin umfassen. Auch andere Materialien sind grundsätzlich denkbar.

Die ersten Elektroden und/oder die zweiten Elektroden können mit ein oder mehreren weiteren Schichten beschichtet sein, beispielsweise einer oder mehreren Schichten, welche für eine katalytische Umsetzung eingerichtet sind. Die Schichten können insbesondere porös ausgestaltet sein. Beispielsweise können die Schichten Rhodium umfassen. Auch weitere Materialien sind grundsätzlich denkbar.

Für das Leitfähigkeitsmaterial kann mindestens ein Material eingesetzt werden, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: hochdotiertem Siliziumcarbid, hochdotiertem Polysilizium. Die Leitfähigkeitsschicht kann derart ausgebildet werden, dass sie eine Dicke von 100 nm bis 1000 nm aufweist, vorzugsweise von 300 nm bis 800 nm und besonders bevorzugt von 500 nm.

Die Leitfähigkeitsschicht kann vorzugsweise dazu eingerichtet sein, um eine Führung für einen Heizstrom bereitzustellen, welcher dazu vorgesehen sein kann, die Festkörperelektrolytmembran zu heizen. Alternativ oder zusätzlich kann die Leitfähigkeitsschicht auch dazu eingerichtet sein, einen elektrischen Kontakt vorzugsweise zu einem funktionalen Element, welches insbesondere auf der Festkörperelektrolytmembran angeordnet sein kann, bereitzustellen. _.

Der Begriff "Isolationsmaterial" bezeichnet im Rahmen der vorliegenden

Erfindung grundsätzlich ein Material, welches eingerichtet ist, um einen Bereich, welchen das Isolationsmaterial ausfüllt, elektrisch und/oder thermisch zu isolieren. Insbesondere kann das Isolationsmaterial eingerichtet sein, um einen

Übertrag von Wärme und/oder elektrischen Strömen zumindest weitgehend zu vermeiden. Für das Isolationsmaterial kann mindestens ein Material eingesetzt werden, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: Siliziumnitrid, stressarmem Siliziumnitrid. Der Begriff "stressarm" bezeichnet hierbei, dass das stressarme Siliziumnitrid durch einen Annealing-Schritt nach einem Abscheiden des

Siliziumnitrids so behandelt ist, dass Eigenspannungen ganz oder zumindest teilweise abgebaut sind.

Die mikromechanische Stützstruktur kann insbesondere eine wabenförmige Grundstruktur aufweisen. Insbesondere kann die mikromechanische

Stützstruktur eine Vielzahl von Hohlräumen aufweisen. Die Hohlräume können mindestens einen Querschnitt aufweisen, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: einem Polygon, insbesondere einem Dreieck, einem Viereck, einem Fünfeck oder einem Sechseck; einem Kreis; einer Ellipse. Der Querschnitt kann insbesondere eine durchschnittliche Breite von 5 μηι bis 100 μηι aufweisen, vorzugsweise von 10 μηι bis 50 μηι, besonders bevorzugt von 15 μηι bis 25 μηι. Weiterhin kann die mikromechanische Stützstruktur eine Höhe quer,

insbesondere senkrecht, zu einer Erstreckungsrichtung des mikromechanischen Festkörperelektrolyt-Sensorelements oder der Brennstoffzellenanordnung, insbesondere von 10 μηι bis 200 μηι, vorzugsweise von 20 μηι bis 100 μηι, besonders bevorzugt von 30 μηι bis 50 μηι, aufweisen. Auch andere

Dimensionen sind grundsätzlich denkbar.

Die mikromechanische Stützstruktur kann weiterhin quer, insbesondere senkrecht, zu der Erstreckungsrichtung des mikromechanischen

Festkörperelektrolyt-Sensorelements oder der Brennstoffzellenanordnung mindestens ein Profil aufweisen. Das Profil kann einen ersten Abschnitt mit einer ersten Breite B1 und einem zweiten Abschnitt mit einer zweiten Breite B2 aufweisen. Der erste Abschnitt kann an die Festkörperelektrolytmembran angrenzen. Der zweite Abschnitt kann, von der Festkörperelektrolytmembran getrennt, an den ersten Abschnitt angrenzen. Die erste Breite B1 kann die zweite Breite B2 um mindestens das Doppelte übersteigen. Hierbei können die erste „

Breite B1 und die zweite Breite B2 jeweils zu der Trägersubstratoberfläche bestimmt werden.

Die mikromechanische Stützstruktur kann insbesondere derart ausgestaltet sein, dass dadurch ein Referenzgasraum ausgebildet wird, in welchem sich ein oder mehrere Referenzgase befinden können.

Unter einer "Membran" im Sinne der vorliegenden Erfindung ist grundsätzlich ein Element mit einer beliebigen Grundfläche und einer definierten Dicke zu verstehen, wobei die Dicke vorzugsweise von 100 nm bis 5 μηι liegt, besonders bevorzugt von 300 nm bis 1 μηι. Die Membran kann beispielsweise für mindestens einen oder mehrere Stoffe in eine Richtung durchlässig sein.

Beispielsweise kann die Membran für mindestens einen oder mehrere Stoffe in beide Richtungen durchlässig sein. Auch andere Ausführungsformen sind grundsätzlich denkbar.

In einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung mindestens eines mikromechanischen Festkörperelektrolyt-Sensorelements oder einer Brennstoffzellenanordnung offenbart.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann die Verfahrensschritte, welche im Folgenden beschrieben werden, umfassen. Die Verfahrensschritte können vorzugsweise in der vorgegebenen Reihenfolge durchgeführt werden. Hierbei können ein oder sogar mehrere Verfahrensschritte gleichzeitig oder zeitlich überlappend durchgeführt werden. Weiterhin können einer, mehrere oder alle der Verfahrensschritte einfach oder auch wiederholt durchgeführt werden. Das Verfahren kann darüber hinaus noch weitere Verfahrensschritte umfassen.

Das Verfahren zur Herstellung mindestens eines mikromechanischen

Festkörperelektrolyt-Sensorelements oder einer Brennstoffzellenanordnung umfasst die folgenden Schritte:

a) Bereitstellen mindestens eines Trägersubstrats;

b) Einbringen von Kavernen in das Trägersubstrat;

c) Aufbringen mindestens eines Isolationsmaterials auf Oberflächen der

Kavernen, wodurch mindestens eine Isolationsschicht auf den Oberflächen der Kavernen gebildet wird; d) Aufbringen mindestens einer Festkörperelektrolytmembran derart auf eine Trägersubstratoberfläche des Trägersubstrats, dass die

Festkörperelektrolytmembran die Kavernen teilweise bedeckt;

e) Freistellen des Isolationsmaterials und/oder der Isolationsschicht;

f) Aufbringen von ersten Elektroden und von zweiten Elektroden derart, dass die Festkörperelektrolytmembran zumindest teilweise zwischen den ersten Elektroden und den zweiten Elektroden angeordnet ist;

wobei während in Schritt c) mindestens ein Leitfähigkeitsmaterial derart auf die Isolationsschicht aufgebracht wird, dass sich innerhalb der Kavernen eine verbundene Leitfähigkeitsschicht ausbildet, und weiteres Isolationsmaterial so auf die Leitfähigkeitsschicht aufgebracht wird, dass die Isolationsschicht die Leitfähigkeitsschicht sowohl von dem Trägersubstrat als auch von den Kavernen trennt.

Unter einem "Trägersubstrat" ist allgemein ein Element zu verstehen, welches eingerichtet ist, um ein oder mehrere weitere Elemente zu tragen und welches dementsprechend eine mechanische Stabilität aufweist. Insbesondere kann es sich, wie unten ausgeführt, um ein Halbleitersubstrat handeln, welches mikromechanisch strukturiert ist und welches beispielsweise eine Kaverne aufweist. Das Trägersubstrat kann beispielsweise ein scheibenförmiges oder plattenförmiges Halbleitersubstrat sein. Das Trägersubstrat kann insbesondere als Chip ausgebildet sein. Insbesondere kann das Trägersubstrat Silizium oder Germanium umfassen. Auch andere Halbleitermaterialien wie Siliziumcarbid, insbesondere temperaturstabiles Siliziumcarbid, oder Galliumnitrid sind grundsätzlich denkbar. Das Trägersubstrat kann beispielsweise eine Dicke von 50 μηι bis 1000 μηι und eine laterale Abmessung von 1 mm bis 200 mm oder sogar bis zu 300 mm aufweisen. Auch andere Dimensionen sind grundsätzlich denkbar. Insbesondere vor einer Durchführung des Schritts b) kann mindestens eine

Opferschicht auf das Trägersubstrat aufgebracht werden. Insbesondere kann die Opferschicht auf die Trägersubstratoberfläche aufgebracht werden,

beispielsweise auf eine Vorderseite und/oder auf eine Rückseite des

Trägersubstrats. Beispielsweise können zwei oder mehrere Opferschichten direkt oder unter Zwischenschaltung einer oder mehrerer Zwischenschichten aufeinander aufgebracht sein. Die Opferschicht kann mindestens ein Material aufweisen, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: Siliziumdioxid, Siliziumnitrid, Aluminiumoxid und Aluminiumnitrid. Die Opferschicht kann insbesondere als Barriere während des Ausbildens der Kavernen eingerichtet sein. Die Opferschicht kann beispielsweise eine Schichtdicke von 0,5 μηι bis 5 μηι, vorzugsweise von 1 μηι bis 3 μηι, besonders bevorzugt von 2 μηι aufweisen. Auch andere Dimensionen sind grundsätzlichen denkbar.

Auf die Opferschicht, welche auf der Vorderseite des Trägersubstrats

aufgebracht ist, kann mindestens eine erste Fotolackschicht aufgebracht werden. Die erste Fotolackschicht kann beispielsweise mittels mindestens einer

Belichtungsmaske derart behandelt werden, dass Fenster in der ersten

Fotolackschicht entstehen. Die Fenster können die erste Fotolackschicht vollständig durchdringen und die Opferschicht teilweise freistellen. Die Fenster können beispielsweise einen runden oder ovalen Querschnitt aufweisen. Auch andere Ausführungsformen sind grundsätzlich denkbar. Die Fenster können beispielsweise einen Durchmesser von 0,5 μηι bis 100 μηι, vorzugsweise von 1 μηι bis 50 μηι, besonders bevorzugt von 1 ,5 μηι bis 20 μηι, aufweisen.

Der Begriff "Kavernen" bezieht sich im Rahmen der vorliegenden Erfindung auf frei und/oder offen gestaltete Hohlräume. Vorzugsweise kann es sich um in das Trägersubstrat von der Trägersubstratoberfläche aus hineinragende Hohlräume handeln. Die Kavernen können im Querschnitt grundsätzlich eine beliebige Grundform aufweisen, beispielsweise eine Weinglasform, d.h. eine erste becherartige oder kelchartige Form, an welche sich eine längliche, stielartige zweite Form anschließt.

Die Kavernen können derart in das Trägersubstrat eingebracht werden, dass die Kavernen bevorzugt eine Form aufweisen, welche über ein erstes Volumen und über ein zweites Volumen verfügen. Das erste Volumen kann an die Opferschicht und/oder an die Trägersubstratoberfläche angrenzen und das zweite Volumen kann, von der Opferschicht und/oder der Trägersubstratoberfläche getrennt, an das erste Volumen angrenzen. Das erste Volumen kann einen ersten

Durchmesser aufweisen, welcher einen zweiten Durchmesser, den das zweite Volumen aufweist, um mindestens das Doppelte übersteigt. Der erste

Durchmesser und der zweite Durchmesser können jeweils parallel zu der Trägersubstratoberfläche bestimmt werden. Der erste Durchmesser kann beispielsweise eine Größe von 2 μηι bis 20 μηι liegen, vorzugsweise von 5 μηι bis 10 μηι, aufweisen. Auch andere Dimensionen sind grundsätzlich denkbar. Die Bezeichnungen "erstes" und "zweites" Volumen sowie "erster" und "zweiter" Durchmesser sind als reine Beschreibungen anzusehen, ohne eine Reihenfolge oder Rangfolge anzugeben und beispielsweise ohne die Möglichkeit

auszuschließen, dass mehrere Arten von ersten Volumen und/oder ersten Durchmessern und mehrere Arten von zweiten Volumen und/oder zweiten Durchmessern oder jeweils genau eine Art vorgesehen sein kann. Weiterhin können zusätzliche Volumen und/oder Durchmesser, beispielsweise ein oder mehrere dritte Volumen und/oder Durchmesser vorhanden sein.

Das Einbringen von Kavernen in das Trägersubstrat kann insbesondere mittels mindestens eines Ätzprozesses erfolgen. Der Ätzprozess kann ausgewählt werden aus der Gruppe bestehend aus: einem isotropen Ätzprozess, einem anisotropen Ätzprozess. Auch andere Verfahren, wie beispielsweise ein Abtrag des Trägersubstrats mittels Lasertechniken, sind grundsätzlich denkbar. Der Ätzprozess kann beispielsweise ein reaktives lonenätzen umfassen. Der Begriff "reaktives lonenätzen" bezeichnet im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich einen ionenunterstützten Reaktivätzprozess, bei welchem reaktive Ionen verwendet werden, um Material des Trägersubstrats abzutragen. Der Ätzvorgang kann bei diesem Verfahren primär physikalisch erfolgen und es kann eine gewisse Vorzugsrichtung im Ätzangriff entstehen. Dementsprechend kann das Einbringen von Kavernen in Schritt b) insbesondere ganz oder teilweise als anisotroper Ätzprozess ausgestaltet sein.

In einer bevorzugten Ausgestaltung kann Schritt c) insbesondere folgende Teilschritte umfassen:

c1 ) Aufbringen eines ersten Teils des Isolationsmaterials auf die Oberflächen der Kavernen, wobei die erste durchgängige Isolationsschicht auf den Oberflächen der Kavernen gebildet wird;

c2) Aufbringen des Leitfähigkeitsmaterials auf die erste Isolationsschicht, wodurch sich die Leitfähigkeitsschicht ausbildet, welche von dem

Trägersubstrat getrennt ist;

c3) Aufbringen eines zweiten Teils des Isolationsmaterials auf die

Leitfähigkeitsschicht, wobei die zweite Isolationsschicht gebildet wird, welche die Leitfähigkeitsschicht von den Kavernen trennt. Die Bezeichnungen "erster" und "zweiter" Teil sind als reine Beschreibungen anzusehen, ohne eine Reihenfolge oder Rangfolge anzugeben und

beispielsweise ohne die Möglichkeit auszuschließen, dass mehrere Arten von ersten Teilen und mehrere Arten von zweiten Teilen oder jeweils genau eine Art vorgesehen sein kann. Weiterhin können zusätzliche Teile, beispielsweise ein dritter Teil vorhanden sein.

Die Teilschritte können jeweils derart durchgeführt werden, dass die Kavernen zumindest teilweise aufgefüllt werden und nach dem Auffüllen ein freies Volumen aufweisen. Der Begriff "freies Volumen" bezeichnet im Sinne der vorliegenden

Erfindung grundsätzlich einen Teils eines Volumens innerhalb der Kavernen, welches nicht mit dem Isolationsmaterial und/oder Leitfähigkeitsmaterial gefüllt ist. Ein oder mehrere der Teilschritte können mittels mindestens einer chemischen Gasphasenabscheidung, insbesondere einer chemischen

Gasphasenabscheidung unter Niederdruck, erfolgen.

Der Begriff "chemische Gasphasenabscheidung" bezeichnet grundsätzlich im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Verfahren, bei dem auf einer

Oberfläche, insbesondere auf den Oberflächen der Kavernen und/oder auf der Trägersubstratoberfläche, Materialien aufgrund einer chemischen Reaktion aus einer Gasphase, vorzugsweise bei einer bestimmten Reaktionstemperatur, abgeschieden werden. Insbesondere kann die chemische Reaktion auf der Oberfläche stattfinden. Eine chemische Gasphasenabscheidung unter

Niederdruck kann insbesondere vorteilhaft sein, um gewünschte chemische Reaktionen an der Oberfläche zu fördern und unerwünschte chemische

Reaktionen an der Oberfläche zumindest weitgehend zu unterdrücken.

Insbesondere kann ein Druck von 1 Pa bis 1000 Pa eingesetzt werden.

Das Verfahren kann weiterhin ein Entfernen von überschüssigem

Isolationsmaterial und/oder überschüssigen Leitfähigkeitsmaterial umfassen. Der

Begriff„überschüssig" bezeichnet in diesem Zusammenhang grundsätzlich Isolationsmaterial und/oder Leitfähigkeitsmaterial, welches auf der Opferschicht und/oder auf der ersten Fotolackschicht aufliegt. Das Entfernen von

überschüssigem Isolationsmaterial und/oder von überschüssigen

Leitfähigkeitsmaterial kann mindestens einen Prozess umfassen, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: einem chemisch-mechanischen Polierverfahren, einem nasschemischen Atzprozess, einem trockenchemischen Atzprozess, einem lonenätzen.

Der Begriff „chemisch-mechanisches Polierverfahren" bezeichnet insbesondere ein Verfahren, welches ein Polieren einer Oberfläche durch ein Poliertuch mit einem definierten Druck umfasst. Insbesondere kann das Poliertuch aus einem Polyurethanschaum hergestellt sein. Weiterhin kann während des

Polierverfahrens ein vorzugsweise kolloidales Poliermittel zugegeben werden.

Unter einem„trockenchemischen Atzprozess" ist grundsätzlich ein Verfahren zu verstehen, bei welchem der Materialabtrag durch beschleunigte Teilchen, insbesondere durch Argon-Ionen, oder mithilfe plasmaaktivierter Gase erfolgt. Es können hierbei physikalische Effekte und/oder chemische Effekte, insbesondere chemische Reaktionen zwischen beschleunigten Teilchen und der Oberfläche des Substrats, ausgenutzt werden.

Vorzugsweise kann nach jedem der Teilschritte c1 ) bis c2) jeweils das Entfernen von überschlüssigem Isolationsmaterial bzw. Leitfähigkeitsmaterial erfolgen. Auch andere Verfahrensschritte sind jedoch grundsätzlich denkbar.

Insbesondere vor Durchführung des Teilschritts d) kann ein Entfernen der Opferschicht erfolgen. Das Entfernen der Opferschicht kann mindestens einen Prozess umfassen, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: einem chemischmechanischen Polierverfahren, einem nasschemischen Atzprozess, einem trockenchemischen Atzprozess, einem lonenätzen. Das Entfernen der

Opferschicht kann derart erfolgen, dass nach dem Entfernen Ausbuchtungen über den Kavernen definiert werden, welche das Isolationsmaterial und das Leitfähigkeitsmaterial umfassen.

Schritt d) kann insbesondere mittels eines Elektronenstrahlverdampfers erfolgen. Der Begriff „Elektronenstrahlverdampfer" bezeichnet grundsätzlich im Rahmen der vorliegenden Erfindung eine beliebige Vorrichtung zum Verdampfen von Feststoffen. Es handelt sich dabei um ein thermisches Verfahren unter Vakuum, bei welchem Verdampfungsenergie mittels einer Elektronenkanone in ein zu verdampfendes Material eingebracht wird. Das Freistellen des Isolationsmaterials kann ein Aufbringen mindestens einer zweiten Fotolackschicht an der Trägersubstratrückseite umfassen.

Die Bezeichnungen "erste" und "zweite" Fotolackschicht sind als reine

Beschreibungen anzusehen, ohne eine Reihenfolge oder Rangfolge anzugeben und beispielsweise ohne die Möglichkeit auszuschließen, dass mehrere Arten von ersten Fotolackschichten und mehrere Arten von zweiten Fotolackschichten oder jeweils genau eine Art vorgesehen sein kann. Weiterhin können zusätzliche Fotolackschichten, beispielsweise eine dritte Fotolackschicht vorhanden sein.

Zumindest teilweises kann ein Entfernen des Trägersubstrats derart erfolgen, dass das Isolationsmaterial eine mikromechanische Stützstruktur definiert. Das Entfernen des Trägersubstrats kann beispielsweise durch mindestens einen trockenchemischen Ätzprozess erfolgen. Auch andere Verfahren sind grundsätzlich denkbar.

Nach Durchführung des Teilschritts f) kann mindestens ein Stromkollektor auf die mikromechanische Stützstruktur aufgebracht werden. Die vorgeschlagene Vorrichtung und das vorgeschlagene Verfahren weisen gegenüber bekannten Vorrichtungen und Verfahren zahlreiche Vorteile auf. So kann insbesondere bei modernen Abgassensoren eine erwünschte Aufheizung des mikromechanischen Festkörperelektrolyt-Sensorelements oder der

Brennstoffzellenanordnung mit einer niedrigen Heizleistung und einer hohen Dynamik erfolgen. Insbesondere kann dies durch eine Anordnung in einem

Inneren der mikromechanischen Stützstruktur der Festkörperelektrolytmembran realisiert werden. Durch eine Integration von Heizleiterbahnen in die

mikromechanische Stützstruktur der Festkörperelektrolytmembran kann grundsätzlich deren aktive Fläche beibehalten werden und gleichzeitig kann der für eine gewünschte Übertemperatur notwendige Wärmeübertrag in das mikromechanische Festkörperelektrolyt-Sensorelement wegen eines höheren Wärmeleitwiderstands der Festkörperelektrolytmembran viel niedriger sein, als wenn die Heizleiterbahnen außerhalb der Festkörperelektrolytmembran angeordnet ist.

Mit anderen Worten: die Festkörperelektrolytmembran weist einen relativ hohen Wärmeleitwiderstand auf. Wenn nun die Heizleiterbahnen wie in herkömmlichen Anwendungen nur außerhalb der Membran angeordnet werden, z.B. die

Membran ringförmig umgeben, dann wird eine sehr hohe Heizleistung benötigt, um auch z.B. in der Mitte der Membran gelegene Bereiche schnell und dauerhaft auf die gewünschte Temperatur von z.B. mehreren hundert Grad Celsius zu bringen. Es ist somit eine für die eigentlich erforderliche Temperatur

überdimensionierte Heizung bzw. Heizleistung notwendig. Dies ist nicht effizient. Im Gegensatz dazu können mit der vorgeschlagenen Lösung die in der

Stützstruktur angeordneten Leitfähigkeitsschichten, die z.B. als Heizleiterbahnen wirken, die Wärme direkt an den Orten erzeugen, wo die Wärme benötigt wird. Eine Erwärmung auch von Stellen mitten in der Membran (die Membran wird dabei als aus einer Vielzahl von Untermembranen zusammengesetzt betrachtet) ist so ohne Weiteres möglich. Auf diese Weise kann die Erwärmung schneller erfolgen und auch mit weniger Heizleistung im Vergleich zu herkömmlichen Vorrichtungen. Dadurch kann Energie eingespart werden, die

Leitfähigkeitsstrukturen können kleiner dimensioniert werden und die

Regelungsdynamik kann verbessert werden (kürzeres Ansprechverhalten).

Bei dem Verfahren zur Herstellung des mikromechanischen Festkörperelektrolyt- Sensorelements oder der Brennstoffzellenanordnung können durch eine spezielle Abfolge von isotropen und anisotropen Ätzprozessen die Kavernen in das Trägersubstrat eingebracht werden, welche dann mittels mehreren chemischen Gasphasenabscheidungen, insbesondere chemischen

Gasphasenabscheidungen unter Niederdruck, bis auf das freie Volumen mit dem Isolationsmaterial gefüllt werden. Dieser Verfahrensschritt kann durch einen Zwischenschritt ergänzt werden, in welchem ein Gas gewechselt und eine etwa

500 nm dicke Schicht aus hochdotiertem Siliziumcarbid oder Polysilizium auf das vorher abgeschiedene Isolationsmaterial abgeschieden und nach einem erneuten Gaswechsel wiederum mit dem Isolationsmaterial abgedeckt wird. Die Leitfähigkeitsschicht kann insbesondere zu einer Führung eines Heizstroms genutzt werden oder auch zu einer Kontaktierung weiterer funktionaler Elemente auf der Membran.

Kurze Beschreibung der Figuren Weitere Einzelheiten und Merkmale ergeben sich aus der nachfolgenden

Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele, insbesondere in Kombination mit den Ansprüchen. Die Erfindung ist jedoch nicht auf die Ausführungsbeispiele beschränkt. Es zeigen:

Figuren 1 A bis 1 R ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zur Herstellung mindestens eines mikromechanischen Festkörperelektrolyt-Sensorelements oder einer mikromechanischen Brennstoffzellenanordnung sowie eine bevorzugte Ausführungsform des

Festkörperelektrolyt-Sensorelements oder der

Brennstoffzellenanordnung (Figur 1 R);

Figur 2 eine bevorzugte Ausführungsform einer

mikromechanischen Stützstruktur mit einer

Festkörperelektrolytmembran; und

Figur 3 die Ausführungsform des mikromechanischen

Festkörperelektrolyt-Sensorelements oder der

Brennstoffzellenanordnung aus Figur 1 R in

perspektivischer Darstellung.

Beschreibung der Ausführungsformen

Im folgenden Text der Anmeldung kann aus Gründen der besseren Lesbarkeit an einigen Stellen lediglich ein„Festkörperelektrolyt-Sensorelement" beschrieben sein. Dabei ist jedoch stets als Alternative für den Begriff „Festkörperelektrolyt- Sensorelement" der Begriff „Brennstoffzellenanordnung" synonym gemeint und somit auch offenbart.

In den Figuren 1 A bis 1 R ist eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung mindestens eines mikromechanischen

Festkörperelektrolyt-Sensorelements 1 10 oder der Brennstoffzellenanordnung 1 10 dargestellt. Während die Figuren 1 A bis 1 Q Zwischenprodukte zeigen, zeigt

Figur 1 R das mikromechanische Festkörperelektrolyt-Sensorelement 1 10 oder die Brennstoffzellenanordnung 1 10. Das Festkörperelektrolyt-Sensorelement 1 10 bzw. die Brennstoffzellenanordnung 1 10 kann jedoch noch weitere Elemente umfassen.

In einem ersten, in Figur 1 A dargestellten Verfahrensschritt wird mindestens ein Trägersubstrat 1 12 bereitgestellt. Vorzugsweise kann das Trägersubstrat 1 12 ein Halbleitersubstrat, insbesondere ein Siliziumsubstrat, sein. Insbesondere kann die Bereitstellung in Form mindestens eines Wafers erfolgen. Das Trägersubstrat 1 12 kann mindestens eine Trägersubstratoberfläche 1 14 aufweisen. In einem in Figur 1 B dargestellten Verfahrensschritt kann auf das Trägersubstrat mindestens eine Opferschicht 1 16 aufgebracht werden. Die Opferschicht 1 16 kann beispielsweise Siliziumoxid umfassen. Auch andere Materialien sind grundsätzlich denkbar. Insbesondere kann die Opferschicht 1 16 jeweils auf einer Vorderseite 1 18 und einer Rückseite 120 des Trägersubstrats 1 12 aufgebracht werden.

In einem weiteren, in Figur 1 C dargestellten Verfahrensschritt kann auf die Opferschicht 1 16, welche auf der Vorderseite 1 18 des Trägersubstrats 1 12 aufgebracht ist, mindestens eine erste Fotolackschicht 121 aufgebracht werden. Die erste Fotolackschicht 121 kann beispielsweise mittels mindestens einer Belichtungsmaske derart behandelt werden, dass Fenster 122 innerhalb der ersten Fotolackschicht 121 entstehen. Die Fenster 122 können die erste

Fotolackschicht 121 vollständig durchdringen. Beispielsweise können die Fenster 122 eine polygonale Grundform aufweisen, z.B. in der Art eines Dreiecks, eines Vierecks, eines Fünfecks, eines Sechsecks oder auch eines Achtecks.

Verschiedene Fenster können verschiedene polygonale Grundformen aufweisen. Auch sind kreisrunde oder elliptische Grundformen denkbar. In diesem

Ausführungsbeispiel kann das Fenster vorzugsweise einen Durchmesser von 2 μηι bis 3 μηι, insbesondere von 2,5 μηι, aufweisen. Auch andere Dimensionen sind grundsätzlich denkbar.

In einem nächsten, in Figur 1 D dargestellten Verfahrensschritt können Teile der Opferschicht 1 16, welche durch die Fenster 122 freigestellt sind, derart entfernt werden, dass die Fenster 122 durch die Trägersubstratoberfläche 1 14 begrenzt werden. Das Entfernen kann insbesondere durch ein reaktives lonenätzen erfolgen. Auch ein Einsatz von weiteren Verfahren ist grundsätzlich denkbar.

In einem weiteren Verfahrensschritt werden Kavernen 124 in das Trägersubstrat 1 12 eingebracht. Dies ist in den Figuren 1 E bis 1 F dargestellt. Die Kavernen 124 können von der Vorderseite 1 18 her in das Trägersubstrat 1 12 geätzt werden. Dieses Ätzen kann durch die Fenster 122 hindurch erfolgen. Die Kavernen 124 können derart in das Trägersubstrat 1 12 eingebracht werden, dass die Kavernen 124 eine Form aufweisen, welche über ein erstes Volumen 126 und über ein zweites Volumen 128 verfügen. Das erste Volumen 126 kann an die Vorderseite 1 18 des Trägersubstrats 1 12 angrenzen und das zweite Volumen 128 kann, von der Vorderseite 1 18 getrennt, an das erste Volumen 126 angrenzen. Das erste Volumen 126 kann einen ersten Durchmesser d1 aufweisen. Der erste

Durchmesser d1 kann einen zweiten Durchmesser d2, den das zweite Volumen 128 aufweist, um mindestens das Doppelte übersteigen. Der erste Durchmesser d1 und der zweite Durchmesser d2 können jeweils insbesondere parallel zu der Trägersubstratoberfläche 1 14 bestimmt werden.

Wie in Figur 1 E dargestellt, kann zunächst das erste Volumen 126 in das Trägersubstrat 1 12 eingebracht werden. Insbesondere kann das erste Volumen 126 durch mindestens einen isotropen Ätzprozess in erzeugt werden. Der erste Durchmesser d1 des ersten Volumens 126 kann beispielsweise eine Größe von 2 μηι bis 20 μηι aufweisen, vorzugsweise von 5 μηι bis 10 μηι. Weiterhin kann das erste Volumen 126 eine Tiefe von 1 μηι bis 10 μηι aufweisen, vorzugsweise von 3 μηι bis 4 μηι. Auch andere Dimensionen sind grundsätzlich denkbar.

Anschließend kann, wie in Figur 1 F dargestellt, das zweite Volumen 128 in das Trägersubstrat 1 12 eingebracht werden, beispielsweise durch mindestens einen anisotropen Ätzprozess. Beispielsweise kann das zweite Volumen vorzugsweise eine Tiefe von 10 μηι bis 80 μηι aufweisen, vorzugsweise von 30 μηι bis 40 μηι.

In einem weiteren, in den Figuren 1 G bis 1 K dargestellten Verfahrensschritt wird mindestens ein Isolationsmaterial 130 auf Oberflächen 132 der Kavernen 124 aufgebracht. Dadurch wird mindestens eine Isolationsschicht 134 auf den Oberflächen 132 der Kavernen 124 gebildet. Während dieses Verfahrensschritts wird mindestens ein Leitfähigkeitsmaterial 136 derart auf die Isolationsschicht 134 aufgebracht, dass sich eine verbundene Leitfähigkeitsschicht 138 ausbildet. Weiterhin wird weiteres Isolationsmaterial 130 so auf die Leitfähigkeitsschicht

138 aufgebracht, dass die Isolationsschicht 134 die Leitfähigkeitsschicht 138 sowohl von dem Trägersubstrat 1 12 als auch von der Kaverne 124 trennt. Dieser Verfahrensschritt kann mehrere Teilschritte umfassen, welche in den Figuren 1 G bis 1 K dargestellt sind.

In einem in Figur 1 G dargestellten Teilschritt kann zunächst ein erster Teil 140 des Isolationsmaterials 130 auf die Oberflächen 132 der Kavernen 124 aufgebracht werden. Für das Isolationsmaterial 130 kann mindestens ein

Material eingesetzt werden, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus:

Siliziumnitrid, stressarmem Siliziumnitrid. Es kann weiterhin eine erste

durchgängige Isolationsschicht 142 auf den Oberflächen 132 der Kavernen 124 gebildet werden. Das Isolationsmaterial 130 kann insbesondere durch eine chemische Gasphasenabscheidung erfolgen. Auch weitere Verfahren sind grundsätzlich denkbar.

In einem in Figur 1 H dargestellten Teilschritt kann ein Entfernen von

überschüssigem Isolationsmaterial 130 erfolgen, z.B. außerhalb der Kavernen 124. Das Entfernen von überschüssigem Isolationsmaterial 130 kann mindestens einen Prozess umfassen, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: einem chemisch-mechanischen Polierverfahren, einem nasschemischen Ätzprozess, einem trockenchemischen Ätzprozess, einem lonenätzen. Beispielsweise kann, wie ebenfalls in Figur 1 H dargestellt, innerhalb dieses Teilschritts die erste Fotolackschicht 121 gleichzeitig von dem Trägersubstrat 1 12 entfernt werden.

In einem weiteren, in Figur 1 1 dargestellten Teilschritt kann das

Leitfähigkeitsmaterial 136 auf die erste durchgängige Isolationsschicht 142 aufgebracht werden. Für das Leitfähigkeitsmaterial 136 kann mindestens ein Material eingesetzt werden, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus:

hochdotiertem Siliziumcarbid, hochdotiertem Polysilizium. Dadurch kann sich die Leitfähigkeitsschicht 138 ausbilden, welche von dem Trägersubstrat 1 12 getrennt ist. Die Leitfähigkeitsschicht 138 kann derart ausgebildet werden, dass sie eine Dicke von 100 nm bis 1000 nm, vorzugsweise von 300 nm bis 800 nm, besonders bevorzugt von 500 nm, aufweist.

Anschließend kann, wie in Figur 1 J dargestellt, ein Entfernen von

überschüssigem Leitfähigkeitsmaterial 136 derart, z.B. außerhalb der Kavernen 124, erfolgen, dass die Opferschicht 1 16 freigestellt wird.

In einem weiteren, in Figur 1 K dargestellten Teilschritt kann ein zweiter Teil 144 des Isolationsmaterials 130 auf die Leitfähigkeitsschicht 138 aufgebracht werden. Dadurch kann eine zweite durchgängige Isolationsschicht 146 gebildet werden, welche die Leitfähigkeitsschicht 138 von der Kaverne 124 trennt. Die Teilschritte gemäß den Figuren 1 G, 1 1 und 1 K können jeweils derart durchgeführt werden, dass die Kavernen 124 zumindest teilweise aufgefüllt werden und nach dem Auffüllen ein freies Volumen 148 aufweisen. Diese freien Volumen 148 sind in den Figuren 1 K bis 1 R als leere weiße Flächen im ersten Volumen 126 dargestellt, siehe auch Figuren 2 und 3. Weiterhin können ein oder mehrere der Teilschritte durch mindestens eine chemische

Gasphasenabscheidung, insbesondere durch eine chemische

Gasphasenabscheidung unter Niederdruck, erfolgen.

Anschließend kann, wie in Figur 1 L dargestellt, wiederum ein Entfernen von überschüssigem Isolationsmaterial 130, z.B. außerhalb der Kavernen 124, derart erfolgen, dass die Opferschicht erneut 1 16 freigestellt wird.

In einem nächsten Schritt kann, wie in Figur 1 M dargestellt, ein Entfernen der Opferschicht 1 16 derart erfolgen, dass die Trägersubstratoberfläche 1 14 freigestellt wird. Das Entfernen der Opferschicht 1 16 kann insbesondere durch einen nasschemischen Ätzprozess erfolgen. Auch weitere Verfahren sind grundsätzlich denkbar. Das Entfernen kann derart erfolgen, dass nach dem Entfernen über den Kavernen 124 Ausbuchtungen 150 definiert werden, welche das Isolationsmaterial 130 und das Leitfähigkeitsmaterial 136 umfassen.

In einem weiteren, in Figur 1 N dargestellten Schritt, wird mindestens eine Festkörperelektrolytmembran 152 derart auf die Trägersubstratoberfläche 1 14 aufgebracht, dass die Festkörperelektrolytmembran 152 die Kavernen 124 teilweise bedeckt. Die Festkörperelektrolytmembran 152 kann vorzugsweise ein keramisches Material, insbesondere Aluminiumoxid und/oder Zirkoniumdioxid, vorzugsweise Scandium-stabilisiertes Zirkoniumdioxid, besonders bevorzugt Yttrium-stabilisiertes Zirkoniumdioxid, umfassen. Auch weitere Materialien sind denkbar. Das Aufbringen der Festkörperelektrolytmembran 152 kann

insbesondere mittels mindestens eines Elektronenstrahlverdampfers erfolgen. Auch ein Einsatz von anderen Verfahren ist grundsätzlich denkbar.

In einem nächsten, in den Figuren 10 bis 1 Q dargestellten, Verfahrensschritt wird das Isolationsmaterial 130 freigestellt. Das Freistellen des

Isolationsmaterials 130 kann, wie in Figur 10 dargestellt, ein Aufbringen mindestens einer zweiten Fotolackschicht 154 umfassen, z.B. auf der Rückseite 120 des Trägersubstrats 1 12. Beispielsweise kann das Aufbringen der zweiten Fotolackschicht 154 durch mindestens eine strukturierte Abscheidung erfolgen, insbesondere durch einen Schattenmaskenprozess.

In einem weiteren Verfahrensschritt kann, wie in Figur 1 P dargestellt, das Trägersubstrat 1 12 zumindest teilweise entfernt werden, derart, dass das

Isolationsmaterial 130 eine mikromechanische Stützstruktur 156 definiert. Das Entfernen kann z.B. von der Rückseite 120 durch in der zweiten Fotolackschicht 154 ausgebildete Fenster. Anschließend können, wie in Figur 1 Q dargestellt, die zweite Fotolackschicht 154 sowie das Opferschichtmaterial 1 16 entfernt werden.

In weiteren Verfahrensschritten, wie in Figur 1 R dargestellt, werden erste Elektroden 158 und zweite Elektroden 160 derart aufgebracht, dass die

Festkörperelektrolytmembran 152 zumindest teilweise zwischen den ersten

Elektroden 158 und den zweiten Elektroden 160 angeordnet ist. Die ersten Elektroden 158 und die zweiten Elektroden 160 können jeweils aus einem Material hergestellt sein, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: Platin, Palladium. Auch weitere Materialien sind denkbar. Weiterhin kann mindestens ein Stromkollektor 162 aufgebracht werden, welcher für eine durchgehend elektrische Verbindung jeweils der ersten Elektroden 158 untereinander und jeweils der zweiten Elektroden 160 untereinander sorgt.

In Figur 2 ist eine Ausführungsform für die mikromechanische Stützstruktur 156 mit der Festkörperelektrolytmembran 152 dargestellt. Die mikromechanische

Stützstruktur ist eingerichtet, um die Festkörperelektrolytmembran 152 zu stabilisieren. Die mikromechanische Stützstruktur 156 umfasst hierbei das mindestens eine Isolationsmaterial 130. In das Isolationsmaterial 130 ist die mindestens eine durchgängige Leitfähigkeitsschicht 138 eingebettet. Die Leitfähigkeitsschicht 138 ist insbesondere dazu eingerichtet, um die

Festkörperelektrolytmembran 152 zu heizen. Die Leitfähigkeitsschicht 138 kann mindestens ein Material aufweisen, welches ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus: hochdotiertem Siliziumcarbid, hochdotiertem Polysilizium. Die Leitfähigkeitsschicht 138 kann eine Dicke von 100 nm bis 1000 nm,

vorzugsweise von 300 nm bis 800 nm, besonders bevorzugt von 500 nm, aufweisen. Die mikromechanische Stützstruktur 156 kann insbesondere eine wabenförmige Grundstruktur 166 aufweisen. Die mikromechanische Stützstruktur kann eine Vielzahl von Hohlräumen 168 aufweisen. Die Hohlräume 168 können

beispielsweise einen sechseckigen Querschnitt aufweisen. Es sind jedoch auch dreieckige, viereckige, fünfeckige, achteckige oder runde oder elliptische

Querschnitte denkbar. Die mikromechanische Stützstruktur 156 kann weiterhin quer, insbesondere senkrecht, zu einer Erstreckungsrichtung 170 der

mikromechanischen Stützstruktur 156 mindestens ein Profil aufweisen. Das Profil kann einen ersten Abschnitt 172 mit einer ersten Breite B1 und einen zweiten Abschnitt 174 mit einer zweiten Breite B2 aufweisen. Der erste Abschnitt 172 kann an die Festkörperelektrolytmembran 152 angrenzen. Der zweite Abschnitt 174 kann, von der Festkörperelektrolytmembran 152 getrennt, an den ersten Abschnitt 172 angrenzen. Die erste Breite B1 kann die zweite Breite B2 um mindestens das Doppelte übersteigen. Hierbei können die erste Breite B1 und die zweite Breite B2 jeweils parallel zu der Festkörperelektrolytmembran 152 bestimmt werden.

Figur 3 zeigt eine Ausführungsform für ein mikromechanisches

Festkörperelektrolyt-Sensorelement 1 10 bzw. eine Brennstoffzellenanordnung 1 10 in perspektivischer Darstellung. Das mikromechanische Festkörperelektrolyt- Sensorelement 1 10 umfasst hierbei die mikromechanische Stützstruktur 156. Für weitere Details der mikromechanischen Stützstruktur 156 wird auf die

Beschreibung zur Figur 2 verwiesen.

Das mikromechanische Festkörperelektrolyt-Sensorelement 1 10 bzw. die

Brennstoffzellenanordnung 1 10 umfasst weiterhin erste Elektroden 158 und zweite Elektroden 160 sowie die Festkörperelektrolytmembran 152, welche zumindest teilweise zwischen den ersten Elektroden 158 und zweiten Elektroden 160 angeordnet ist. Weiterhin können die ersten Elektroden 158 und die zweiten Elektroden 160 jeweils über den Stromkollektor 162 verfügen.