Master-/Diplomarbeiten

Der Markt für Consumer-Inertialsensoren ist durch die neuesten Entwicklungen und rasant steigenden Absätze in der Unterhaltungselektronik in einem stetigen Wachstum begriffen. Neuartige Wandlerkonzepte, die auf feldeffektbasierter Signalwandlung basieren, versprechen geringere Flächenanfordrungen und CMOS-Kompatibilität. Ein feldeffektbasierter Wandler besteht aus einem Feldeffekttransistor, wobei dessen Gateelektrode beweglich gelagert ist. Wenn diese Elektrode durch eine externe Kraft ausgelenkt wird, kann dies anhand der Stromänderung im Transistor gemessen werden. Es wird im Rahmen der Untersuchung eine Entwurfsmethodik entwickelt, die für die Auslegung von feldeffektbasierten Wandlerelementen innerhalb einer Inertialsensorentwicklung auf CMOS-MEMS-Basis genutzt werden kann. Dabei wird zunächst ein Prozessplan vorgestellt, der die Vorgehensweise beschreibt. Anschließend wird auf die einzelnen Aspekte des Entwicklungsvorgangs vertieft eingegangen.

In dieser Arbeit "Optimierungsversuche zur Erhöhung der Wärmeleitfähigkeit und der Festigkeit von Mischsystemen hergestellt aus hochdestillierten- und Mesophasenpechen" sollen die physikalischen Eigenschaften von schlickergegossenen Bauteilen verbessert werden, besonders die elektrische und thermische Leitfähigkeit. In einigen Anwendungen, speziell im Bereich Tiegel für Elektronenstrahlverdampfungsanlagen oder induktionsbeheizte Tiegel, reichen derzeit die thermischen und elektrischen Eigenschaften von schlickergegossenen Bauteilen nicht aus. Die Thermoschockbeständigkeit ist zu gering und die Bauteile überstehen selten einen Auf- und Abheizzyklus oder der elektrische Widerstand ist zu hoch und die eingespeiste Leistung genügt nicht zum Schmelzen des Metalls. Die Idee hinter dieser Arbeit ist, zwei unterschiedliche Pechtypen zu mischen und somit die Werkstoffoptimierung vorzunehmen. Hochdestillierte Peche bringen dabei eine hohe Festigkeit und Mesophasenpeche eine hohe Wärmeleitfähigkeit. Die hochdestillierten Peche werden mit 25 %, 50 % und 75 % Mesophasenpech gemischt, in einen Schlicker überführt und in Gipsformen gegossen. Dabei werden zwei unterschiedliche Probentypen erhalten- Pillen für die Charakterisierung des Brennverhaltens der Proben und Platten für die Bestimmung der physikalischen Eigenschaften. Die erhaltenen Proben werden getrocknet, die Platten anschließend carbonisiert, graphitiert und zerschnitten, um die jeweiligen Probendimensionen für die unterschiedlichen Messverfahren zu erhalten, wie zum Beispiel Vier- Punkt- Biegeprüfung, Quecksilber- Porosimetrie, RFA und die Bestimmung der Wärmeleitfähigkeit und elektrischen Leitfähigkeit. Mit Hilfe der Penetrationsmessung, eine neu eingeführte Messmethode zur Charakterisierung des thermomechanischen Verhaltens, werden die grünen schlickergegossenen Pillen analysiert. Ziel dieser Arbeit ist es, eine Mischung mit guten thermischen und elektrischen Eigenschaften bei gleichzeitig guten Festigkeiten zu finden. Somit wäre es möglich für jede Anwendung die Eigenschaften, durch Mischen von unterschiedlichen Ausgangspechen, maßzuschneidern.

Am Fachgebiet Mikromechanische Systeme wird Entwicklungsarbeit zu integriert optischen Interferometern basierend auf Siliziumoxinitrid auf Silizium geleistet. Im Rahmen des Forschungsprogramms OptiMi wird ein Konzept für ein optisches Mikrotrackersystem entwickelt. Die Interferometerstrukturen und deren Aufbautechnologie werden im Hinblick auf parallele, kostengünstige Fertigung mit etablierten Mikrotechnologien entworfen. Die optomechanische Kopplung zwischen Glasfasern und integrierten Wellenleitern stellt dabei sowohl unter technologischen als auch unter funktionellen Gesichtspunkten eine Herausforderung dar. In der vorliegenden Arbeit wird die Kopplung zunächst theoretisch analysiert. Relevante Einflussgrößen sollen anschließend herausgearbeitet werden. Darauf aufbauend werden gegenwärtige Konzepte auf Realisierbarkeit untersucht und bewertet. Die passive Justage mittels anisotrop geätzter V-Gruben zur Ausrichtung der Wellenleiterstirnflächen kommt dabei als technologisch etabliertes, beherrschbares Verfahren in Frage. Im praktischen Teil der Arbeit werden die theoretisch ermittelten Koppeleigenschaften der Stirnflächenkopplung messtechnisch überprüft. Hinsichtlich der Herstellung koppelbarer Stirnflächen optischer Güte kann der Prozess des Wafersägens mit Diamanttrennschreiben systematisch optimiert werden. Ein weiterer Abschnitt betrachtet die Aufbautechnik, die Herausforderungen und die Bedingungen des Klebeprozesses zur justierten Fixierung der Koppelanordnung. Abschließend gibt der Autor eine Zusammenfassung der Ergebnisse sowie einen Ausblick auf fortführende Arbeiten und alternative Konzepte.

Die vorliegende Arbeit thematisiert die Erzeugung eines induktiv gekoppelten Hochdruckplasmas bei niedrigen Quellenleistungen mit Stickstoff als Prozessgas. Ziel war es ein stabiles, mit Stickstoff angereichertes Plasma zu generieren, das für die Untersuchung der Nitrierwirkung auf Stahloberflächen eingesetzt werden kann. Dazu wurde im Verlauf der praktischen Tätigkeit das Gasleitungssystem der verwendeten Plasmaanlage mehrfach umgebaut, so dass Stickstoff auf unterschiedlichen Wegen in die Plasmaquelle eingeleitet werden kann. Außerdem wurden Hardware- und Softwarekomponenten der Anlagensteuerung verändert. Hinzu kam die Realisierung eines Temperaturmesssystems, mit dem die Gastemperatur in situ ermittelt werden kann. Da die Eigenschaften des thermischen induktiv gekoppelten Plasmas durch die Einspeisung von Stickstoff verändert werden, wurde im Anschluss eine praktische und theoretische Untersuchung zur Anpassung des Lastschwingkreises vorgenommen. Die Messung der Gastemperatur und die Beobachtung der Plasmastabilität bei Variation der Anlagenparameter Quellenleistung und Gasfluss wurden verwendet, um eine möglichst stabile und hohe Energieeinkopplung im Plasma zu erreichen. Ähnliche Versuche wurden mit einem dualen Betrieb aus ICP und Glimmentladung durchgeführt. Zusätzlich zur Temperaturbewertung konnte hiermit die Bias-Spannung zur Interpretation der Versuche herangezogen werden. Ferner diente die Glimmentladung zur Erzeugung weiterer Ladungsträger in Bauteilnähe. Nachdem die Quellenparameter, die Gasflussart und die Gasflussmenge auf die gewünschten Randbedingungen angepasst waren, wurde ein Prozessablauf erarbeitet, der eine Randschichtmodifikation mit Härtesteigerung zur Folge haben sollte. Zur Schichtbefundung wurden metallografische Schliffe angefertigt, die hinsichtlich der Struktur und der Eindringtiefe untersucht wurden. Dabei wurden extern nitrierte Proben als Referenz genutzt, um Vergleiche mit Bauteilen aus den Vornitrier- und Nitrierversuchen anzustellen. Weitere Schichteigenschaften, wie Stickstoffgehalt und Mikrohärte, wurden ermittelt, um die Begutachtung der Nitrierergebnisse zu erweitern. Die untersuchten Proben der Nitrierversuche wiesen Nitrierschichten auf. Mit einer Prozessmodifikation konnte bei einer Behandlungszeit von 1h eine Schicht erzeugt werden, die der der Referenzprobe in Härte und Schichtdicke entsprach.

Eine einfache automatische Erkennung von beschädigten Lebensmittelverpackungen unter Schutzgasatmosphäre bedeutet für die Industrie eine enorme Zeit- und Kostenersparnis. - Diese Arbeit befasst sich vor allem mit der Entwicklung eines Testmoduls für einen passiven Mikrosensors zur Detektion von Luftsauerstoff, welcher die Haltbarkeit von leicht verderblichen Lebensmittel stark verringert. Dieses Testmodul soll sich durch einen geringen Energieverbrauch auszeichnen, um es mittels RFID-Technologie auswerten zu können. Aufgrund verschiedener Randbedingungen wurden verschiedene Funktionsprinzipien gegenüberstellt und im Anschluss eine Grobdimensionierung des ausgesuchten Prinzips eines Metalloxid-Halbleiter Gassensors durchgeführt. Damit wurden die notwendigen Lithografiemasken entworfen und für die anschließende Prozessierung der Testmodule ist ein Prozessablaufplan mit 15 Prozessschritten erstellt worden. In den Entwürfen sind Sollbruchstellen integriert worden. Direkt im Anschluss erfolgte die Überprüfung der Funktionsfähigkeit der Testmodule und in weiterführenden Untersuchungen konnten spezifische Abhängigkeiten unter verschiedenen Atmosphären beobachtet und dokumentiert werden.