Herstellung optischer Wellenleiter. - 153 S. Ilmenau : Techn. Univ., Diplomarbeit, 2009
In dieser Arbeit wird ein optimiertes Ätzrezept für die Herstellung von TriPleXTM Lichtwellenleiter ermittelt. Mit Hilfe dieser Technologie ist es gelungen die Parameter eines Wellenleiters allein durch seine Geometrie zu bestimmen. Um die Vorteile der neuen Technologie nutzen zu können, ist ein stabiler und optimierter Herstellungsprozess notwendig. Die Lichtwellenleiter sollen unter anderem ein möglichst senkrechten Winkel und eine geringe Trenchtiefe aufweisen. Für die Optimierung des Ätzprozesses werden zwei Designs of Experiment (DOE) erstellt. Mit Hilfe des ersten DOE werden aus den zehn Eingangsparametern die Parameter ermittelt, welche die untersuchten sieben Ausgangsparameter am stärksten beeinflussen. In der Auswertung des ersten DOE zeigen sich drei Gruppen von geätzten Profilen. Neben nahezu rechteckigen Profilen mit Winkeln von bis zu 84&ayn; wurden auch dreieckförmige Profile mit Winkeln von weniger als 70&ayn; vermessen. Die dritte Gruppe weist kein geätztes Profil auf sondern auf den Wafern wurde eine Polymerschicht abgeschieden. Die Analyse der Ergebnisse des ersten DOE zeigt, dass drei der Eingangsparameter (CCP-Leistung, C4F8-Gasfluss und CH4-Gasfluss) am Einflussreichsten für die untersuchten Ausgangsparameter sind. Diese drei Parameter werden für die Erstellung des zweiten DOE-Durchlaufes als Grundlage verwendet. Nach der Auswertung des zweiten DOE zeigt sich, dass die Winkel der geätzten Wellenleiterstrukturen steiler als die des ersten DOE sind und auch die Trenchtiefe geringer ist. Die Optimierung des Ätzprozesses ist mit dieser Arbeit deshalb noch nicht abgeschlossen, da die Seitenwände der geätzten Wellenleiter noch immer eine Rauigkeit aufweisen.
Entwicklung und Bewertung alternativer elektrischer Kontaktierungsmöglichkeiten von Piezoelektroden in Ultraschallwandlern von Luftmassenmesser für Verbrennungsmotoren, unter Berücksichtigung der mechanischen, akustischen und thermischen Wechselwirkungen der innerhalb der Ultraschallwandlerkonfiguration verwendeten Werkstoffe und den spezifizierten Lebensdaueranforderungen. - 101 S. Ilmenau : Techn. Univ., Diplomarbeit, 2009
Die Diplomarbeit mit dem Titel: "Entwicklung und Bewertung alternativer elektrischer Kontaktierungsmöglichkeiten von Piezoelektroden in Ultraschallwandlern von Luftmassenmesser für Verbrennungsmotoren, unter Berücksichtigung der mechanischen, akustischen und thermischen Wechselwirkungen der innerhalb der Ultraschallwandlerkonfiguration verwendeten Werkstoffe und den spezifizierten Lebensdaueranforderungen" wurde bei der Robert Bosch GmbH in Stuttgart-Feuerbach durchgeführt. - Die zentrale Aufgabe besteht in der Entwicklung eines alternativen Kontaktierkonzeptes des Piezoelementes im Ultraschallluftmassenmesser für die Anwendung in Heavy-Duty Diesel-Engines. Das bisherige Konzept dient als Referenz. Bei der Entwicklung sind die Randbedingungen zu berücksichtigen, die sich aus Kunden-, Funktions-, System- und Fertigungsanforderungen ergeben. Insbesondere die hohen Lebensdaueranforderungen für den Nutzfahrzeugeinsatz von 1,5 Mio. Fahrzeugkilometern oder 30.000 Betriebsstunden seien genannt. Aus einem gegebenen Ultraschallwandlerentwurf wurden die Funktionen der Kontaktierung abgeleitet. Das Umfeld der Kontaktierung wurde eingehend untersucht und die festgestellten Anforderungen - zusätzlich zu den offensichtlichen - zu einer Anforderungsliste verdichtet. Anschließend wurde eine Variantenentwicklung auf Basis der vielfältigen Verbindungsverfahren in Elektronik, Elektrotechnik und Maschinenbau betrieben. Diese wurden an den Anforderungen gemessen und entsprechend bewertet. Von den positiv bewerteten Verbindungsverfahren konnten einige in Stichversuchen überprüft und näher untersucht werden. - Die Ergebnisse dieser Untersuchungen in Verbindung mit Überlegungen zu zeitlichem Rahmen und Wirtschaftlichkeit wurden abschließend in einer Handlungsempfehlung verarbeitet: - Die Lösungsvielfalt konnte auf drei Verbindungsverfahren eingegrenzt werden. Für jedes der drei Verfahren wurden zukünftig sinnvolle Schritte erörtert und in zwei Fällen neue, verfahrensorientierte Ultraschallwandler-Konzeptionen vorgeschlagen.
Electrowetting on Dielectrics (EWOD). - 163 S. : Ilmenau, Techn. Univ., Diplomarbeit, 2009
1875 entdeckte Lippmann den Effekt der Elektrokapillarität. Dies war der Grundstein für den Effekt, der heute als Electrowetting on Dielectrics (EWOD) bezeichnet wird. In der Literatur herrscht die weit verbreitete Meinung, mit elektrischen Spannungen lassen sich Oberflächenspannungen reduzieren. Diese Arbeit hingegen betrachtet den EWOD-Effekt als rein elektrostatischen Effekt. In der Arbeit wurden zwei eigene Herleitungen der Young-Lippmann-Gleichung entwickelt, in denen EWOD als elektrostatischer Aktor betrachtet wurde. Entgegen der gängigen Literatur, in der behauptet wird, beim EWOD würden Oberflächenspannungen herabgesetzt, wurden bei der eigenen Herleitung der Young-Lippmann-Gleichung alle Oberflächenspannungen als konstant betrachtet. Die für die Kontaktwinkeländerung verantwortliche Kraft wurde über die Änderung der im Kondensator gespeicherten Energie hergeleitet. Weiterhin konnte gezeigt werden, dass die ursprüngliche Herleitung der Young-Lippmann-Gleichung eigentlich falsch ist, da sie die ohmschen Verluste beim Laden des Kondensatoraufbaus nicht berücksichtigt. Darausfolgend wurde postuliert: "EWOD folgt den Gesetzen des elektrostatischen Aktors." Ein Phänomen welches beim EWOD-Effekt auftritt ist die Kontaktwinkelsättigung. Ein eigenes Modell der Kontaktwinkelsättigung konnte nicht aufgestellt werden. Stattdessen wurden aber mögliche Ursachen der Kontaktwinkelsättigung diskutiert und ein Modell der Kontaktwinkelsättigung für wahrscheinlich gehalten, welches sich aus mindestens drei Teilmodellen zusammensetzt. Im experimentellen Teil dieser Arbeit wurden zunächst verschiedene lyophobe Schichten, wie z.B. Teflon AF untersucht. Die Aktuierung von Flüssigkeiten mit geringer elektrischer Leitfähigkeit wie z.B. Glycerin konnte prinzipiell nachgewiesen werden. In einem EWOD-Aufbau mit einer LTCC als Dielektrikum wurde der mikroskopische Kontaktwinkel untersucht. Dazu konnten die beiden Annahmen, der mikroskopische Kontaktwinkel weiche vom makroskopischen Kontaktwinkel in einer Höhe von d bzw. 0,1d (d=Substratdicke) vom Substrat aus gesehen ab, durch einen Bildbeweis widerlegt werden. Sowohl im theoretischen als auch im experimentellen Teil wurden einige Indizien aufgeführt, die das aufgestellte Postulat stützen. Die Aufgabenstellung, mit dieser Arbeit ein tiefgreifendes wissenschaftliches Verständnis des EWOD-Effektes zu vermitteln wurde erfüllt.
Korrosionsuntersuchungen an reduktiv abgeschiedenen Nickelschichten. - 193 S. : Ilmenau, Techn. Univ., Diplomarbeit, 2009
In der hier angefertigten Arbeit, ließen sich nur bedingt Übereinstimmungen der aufgezeigten Messwerte untereinander erkennen. Durch Vergleiche mit anderen Literaturquellen ergaben sich bessere Übereinstimmungen. Mit Hilfe von Ruhepotentialmessungen (Open Circuit Potential, OCP), Stromdichte-Potential-Kurven (SPK, potentiodynamische Polarisation) und unter Beobachtung des Einflusses der Geschwindigkeit der Spannungsänderung (Scanrate, SR) auf die Messergebnisse wurde das Korrosionsverhalten der genannten Ni/P-Schichten charakterisiert. Weiterhin erfolgte eine Dokumentation der Reaktionen bei Verkleinerungen der Messfläche und unter Verwendung einer veränderten Messzelle. Durch Auswertung der OCP-Messungen und der SPK wurden folgende Messgrößen ermittelt: OCP, Korrosionspotential, -stromdichte, kathodische, anodische Tafelgerade, Polarisationswiderstand, Durchbruchspotential und die Dicke der abgetragenen Schicht. Diese Messwerte wurden in linearen und halblogarithmischen Stromdichte-Potential-Diagrammen dargestellt und in Abhängigkeit vom Phosphorgehalt und dem pH-Wert der Elektrolyte graphisch erfasst. Mikroskopieaufnahmen vor und nach den Messungen lieferten Aussagen zu korrosionsbedingten Strukturveränderungen auf der Substratoberfläche. Durch Kombination der Informationen aus den SPK und den Mikroskopieaufnahmen ließen sich Rückschlüsse auf Oberflächenreaktionen in den verschiedenen Medien ziehen. Für niedrigphosphorhaltige Proben ergaben die Untersuchungen einen Angriff der Phasengrenzen wodurch selektive Korrosion sichtbar wurde. Bestätigen ließen sich diese Reaktionen durch ihr, verglichen mit den anderen Proben, zumeist weiter im negativen Bereich liegendes Korrosionspotential. Bei mittel- und hochphosphorhaltigen Nickelschichten konnte eine i.A. bessere, auf die nobleren Korrosionspotentiale und niedrigeren Korrosionsstromdichten zurückzuführende, Korrosionsbeständigkeit in sauren Medien ermittelt werden. Für neutrale bis basische Elektrolyte kehrte sich das Reaktionsverhalten teilweise um. Die mikroskopischen Aufnahmen zu den mittel- und hochphosphorhaltigen Schichten zeigen zurückgehende Oberflächenveränderungen mit zunehmendem Phosphorgehalt auf.
Entwurf und Aufbau eines Prüfstandes zur Vermessung dreiachsiger Magnetfeldsensoren. - 110 S. : Ilmenau, Techn. Univ., Diplomarbeit, 2009
Magnetfeldsensoren werden in unterschiedlichsten Bereichen der Technik eingesetzt. Im Maschinenbau kommen Magnetfeldsensoren bei Drehzahl-, Winkel-, Geschwindigkeits- und Wegmessungen zum Einsatz. Weitere Bereiche in denen Magnetfeldsensoren Anwendung finden sind die Medizintechnik (Magnetresonanztomografie, Magnetoenzephalografie) die Geophysik (Vermessung Erdmagnetfelder und kosmischer Strahlung, Kartografie) oder die Werkstofftechnik (Prüfung Werkstoffeigenschaften, Qualitätsprüfung von Bauteilen). Eine spezielle Herausforderung in der Mikrotechnik stellt die Herstellung eines dreidimensional messenden Magnetfeldsensors dar. Dies liegt darin begründet, dass die typischen mikrotechnischen Fertigungsverfahren sogenannte 2,5-D Prozesse sind. Die freie Formgebung in z-Richtung ist daher eingeschränkt. Es können keine Freiformflächen gefertigt werden, sondern nur einfache Extrusionskörper. Diese Arbeit beschäftigt sich mit dem Aufbau eines 3D-Magnetfeldsensors auf Basis eines Silicium-Substrates. Zentrale Forderung dabei ist die Integration von drei GMR-Sensorchips mit je einer sensitiven Achse (1D-Sensorchips) auf dem Silicium-Substrat. Damit der magnetische Feldstärkevektor vollständig erfasst werden kann, müssen die drei Sensorchips drei voneinander unabhängige Sensierrichtungen besitzen. Idealerweise bilden diese ein kartesisches Koordinatensystem, da so die Auflösung in allen Raumrichtungen gleich groß ist. Damit die Funktionssicherheit des 3D-Magnetfeldsensors nachgewiesen werden kann, ist eine Prüfvorrichtung notwendig, welche ein in Betrag und Richtung variables magnetisches Feld erzeugen kann. Die Konzeption, Konstruktion und Fertigung dieses Prüfstandes zur Vermessung dreiachsiger Magnetfeldsensoren wird ebenfalls in dieser Arbeit beschrieben.
Untersuchungen zur Plasmabehandlung von hartmetallhaltigen Pulvern mit dem thermischen Induktionsplasma (ICP). - 111 S. Ilmenau : Techn. Univ., Diplomarbeit, 2009
Im Rahmen dieser Diplomarbeit wird das Verhalten zweier hartmetallhaltiger Pulver (Cr3C2/NiCr, WSC) bei einer Behandlung mit dem induktiv gekoppelten Hochfrequenzplasma (ICP) untersucht. Zudem findet eine Optimierung der Prozessparameter statt. Ziel ist dabei die Oberfläche der Chromkarbid-Nickelchrom-Partikel zu verdichten und bei dem Wolframschmelzkarbid eine möglichst große Anzahl an sphärischen Partikeln zu erhalten. Um diese Vorgabe zu erreichen, wurde unter anderem der Sphäroidisierungsgrad der Pulver in Abhängigkeit von verschiedenen Parametern wie Pulverdurchsatz, Leistung, Druck und Gaszusammensetzung ermittelt. Für die werkstofftechnische Charakterisierung der Pulver wurden diverse Untersuchungsmethoden herangezogen. Der Optimierungsprozess umfasst auf der einen Seite eine Plasmaanpassung durch die Variation des Wasserstoffanteils und der Leistung und auf der anderen Seite die Variation der Pulverförderrate. Kriterium für die Auswahl der optimierten Plasmaparameter ist der Sphäroidisierungsgrad, der Auskunft über den Anteil der modifizierten Partikel gibt. - Die Ergebnisse zeigen, dass für das Chromkarbid-Nickelchrom-Pulver (Cr3C2 / NiCr) die einheitliche Behandlung des Ausgangspulvers mit dem ICP nicht sinnvoll ist. Es ist nicht möglich, in einem Prozess alle Komponenten so zu modifizieren, dass nach der Behandlung die geforderten Eigenschaften für die weitere Anwendung erhalten bleiben. Das Umschmelzen der einzelnen Komponenten im Plasma wäre jedoch problemlos realisierbar. Beim Wolframschmelzkarbid (WSC) konnte ein Sphäroidisierungsgrad von nahezu 100 Prozent nachgewiesen werden. Und somit, dass das ICP eine alternative und effektive Möglichkeit bietet. Auf Basis der Ergebnisse werden wichtige Behandlungsparameter identifiziert und durch ökonomische Betrachtungen ergänzt.
Herstellung und Charakterisierung von Titannitrid-Schichten für trockene EEG-Elektroden. - 79 S. : Ilmenau, Techn. Univ., Diplomarbeit, 2009
In der vorliegenden Arbeit wird die Bestimmung der Prozessparameter für die Herstellung von Titannitridschichten, die Charakterisierung der Schichten, sowie deren Anwendung als Schichtmaterial für EEG-Elektroden beschrieben. Die Schichten werden auf einer LAB 500 Magnetronsputteranlage der Firma Leybold mit Magnetronsputterquellen der Firma Ionx hergestellt. Die Herstellung der Schichten erfolgt auf zwei Wegen. Dem reaktiven rf-Magnetronsputterprozess und dem ARC-Verfahren. Die Ergebnisse der beiden Herstellungsverfahren werden miteinander verglichen. Schlüsselworte: - Titannitrid - Messverfahren: Lineare van-der-Pauw, REM, XRD, GDOS, ESP-Mikrohärtemessung, Hall-Messung, Schichthaftung - Kriterium für Schichtcharakterisierung: spezifischer elektrischer Widerstand
Untersuchungen zur Verkupferung von Polyestertextilien. - 107 S. : Ilmenau, Techn. Univ., Diplomarbeit, 2009
Derzeit spielt die Technologieentwicklung zur Herstellung von "Smart Textiles" eine wichtige Rolle. Diese "intelligenten" Textilfäden sind multifunktionell einsetzbar, insbesondere ist ihre elektrische Leitfähigkeit von Bedeutung. Die Herstellung verkupferter Polyestermaterialien wäre statt der Versilberung von Polyamidfäden ein erheblicher Fortschritt, denn sie sind kostengünstig und thermisch stabil. Der Hauptschwerpunkt dieser Arbeit liegt in der stromlosen Verkupferung von Polyestertextilien. Durch die Anwendung von Aminen und die Variation des Kupferelektrolyten hinsichtlich des Einsatzes von Netzmitteln wurden die Eigenschaften der verkupferten Polyestermaterialien untersucht.
Technologieentwicklung für Transistoren aus kubischem Galliumnitrid. - [ca. 50] S. : Ilmenau, Techn. Univ., Diplomarbeit, 2009
Im Rahmen dieser Diplomarbeit wurden technologische Abläufe für kubische und hexagonale Gruppe III-Nitrid-Halbleiter erarbeitet, die die Realisierung von Feldeffekttransistoren aus der hexagonalen auf 3C-SiC(111)/Si(111) Substraten und nichtpolaren kubischen Gruppe III-Nitride auf freistehenden 3C-SiC(100) Substraten und auf karbonisierten 3C-SiC(100)/Si(100) Substraten mit Gate Längen im Submikrometerbereich ermöglichen. Die erarbeitete Technologie erlaubte es auch mikromechanische Resonatoren herzustellen. Im Ergebnis wurden Demostratoren gefertigt und ihre Funktionsfähigkeit unter Beweis gestellt. Dies war immer dann möglich, wenn die zur Verfügung stehende Heterostruktur zufriedenstellende Eigenschaften besaß. Im Fall der Transistoren aus hexagonalem Material besaßen die gefertigten Bauelemente eine maximale Leitfähigkeit gm von 9.3 mS [oder von 124 S/m (124 mS/mm)] und eine Grenzfrequenz von 10 GHz, und die die effektive Ladungsträgerbeweglichkeit im Kanal konnte mit 290 cm2/ VS ermittelt werden. Im Fall der Transistoren aus kubischem GaN konnten keine zufriedenstellenden Transistoreigenschaften erzielt werden. Die Ursachen dafür sind in der hohen Untergrunddotierung und den schlechten Eigenschaften des Schottky-Kontakte zu suchen. Im Fall der Resonatoren wurde der Nachweis ihrer Funktionsfähigkeit erbracht und die elastischen Eigenschaften des kubischen GaN ermittelt.
Entwicklung eines resonanten Magnetaktors als Antriebselement für Fluide höherer Viskositäten. - 151 S. : Ilmenau, Techn. Univ., Diplomarbeit, 2009
Der vermehrte Einsatz leistungsarmer, kompakter Schnellschaltventile zur Regelung und Steuerung fluidtechnischer Anlagen ermöglicht die kontinuierliche Steigerung von Produktivität und Wirtschaftlichkeit. Verschiedene Vorarbeiten beinhalteten u.a. den Entwurf zweier miniaturisierter, pneumatischer 3/2-Wegeventile auf Grundlage eines Resonanzaktors mit polarisiertem Umkehrhubmagnet. Dissipative Energieverluste aufgrund der zusätzlichen Dämpfung des umströmten oszillierenden Stellelementes durch das Arbeitsmedium sind real nicht zu vernachlässigen. Insbesondere höherviskose Fluide wirken aufgrund ihrer Inkompressibilität stark dämpfend und entziehen dem Anker kinetische Energie. Mögliche Auswirkungen reichen von einer verringerten Schaltfrequenz bei erhöhter Verlustleistung bis zur Einschränkung der Funktionstüchtigkeit des Ventils. Ausgehend von analytischen Berechnungen und CFD-Simulationen beinhaltet die Diplomarbeit eine Untersuchung der Tauglichkeit vorliegender resonanter Magnetventile (Bauweise Flachsitzventil) zum Schalten höherviskoser Medien. Besondere Beachtung finden dabei die Strömungskräfte am Anker. Innerhalb der Konzeptionsphase wurden verschiedene Funktionsprinzipien erarbeitet und klassifiziert. Dämpfungs-, Verschleiß- und Leckageminimierung am Stellelement bilden die Schwerpunkte der Konzeptbewertung. Der rechnergestützte verkoppelte Systementwurf beinhaltet eine netzwerkbasierte Magnetkreisdimensionierung und -optimierung, Strömungssimulationen sowie die Auslegung der Ventilfedern durch strukturmechanische Simulationen. Innerhalb der Eigenschaftsabsicherung erfolgte eine Vermessung realisierter Federraten sowie eine simulationsbasierte Empfindlichkeitsanalyse gegenüber fertigungs-, montage- und betriebsbedingten Parameterschwankungen. Das entworfene Magnetventil ermöglicht das Schalten hydraulischer Druckdifferenzen von mindestens 3 bar mit einer simulierten Verlustleistung von 0,23 W bei Schaltfrequenzen bis 250 Hz. Diese Leistungsparameter belegen die hydraulische Eignung des Prinzips und stellen im marktweiten Vergleich herausragende Werte dar.