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Prof. Töpfer

Projektleiter

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INHALTE

Ausgangslage und Motivation

Die Detektion magnetischer Felder erlaubt die Gewinnung von Informationen in vielfältigen Anwendungsgebieten, welche von der industriellen Prozesskontrolle und zerstörungsfreien Werkstoffprüfung über Geo-Exploration bis hin zu biomedizinischen Anwendungen reichen. Einer der Hauptvorteile der Magnetfeldsensorik besteht im zerstörungsfreien Zugang zu elektrischen Kenngrößen und strukturellen Eigenschaften. Dabei ist die (ferndiagnostische) Messung schwächster magnetischer Felder von besonderem Interesse und wird in geologischen, archäologischen, material-wissenschaftlichen und biomedizinischen Anwendungen verwendet. Der Stand der Technik ist hierbei gegeben durch die Sensitivität von supraleitenden Induktionsspulen (Superconductive Quantum Interference devices, SQUIDs), welche im Bereich von 1-10 fT/Hz1/2 liegt. Diese Sensoren erfordern jedoch einen hohen kryotechnischen Aufwand zur Kühlung auf mindestens unter -196 °C, um überhaupt betrieben werden zu können. 

Ultrasensitive Detektion schwächster Magnetfelder mit magnetoelektrischen MEMS

Projektziele

Zweiseitig eingespannte Balken auf der Basis von Gruppe III-Nitriden auf Silizium mit Nickelelektroden.

Das Ziel der Forschergruppe ist die Entwicklung integrierter und resonanter Mikrostrukturen auf Basis magnetoelektrischer Komposite für die Messung schwächster (z.B. bio-) magnetischer Felder bei Raumtemperatur.  Das Forschungsvorhaben umfasst daher ein grundlegendes Verständnis der design-relevanten Eigenschaften und ihrer Abhängigkeiten, die Fähigkeit der Simulation und Voraussage der Performanz, die Bereitstellung der technologischen Basis inklusive Layout, technologischer Ablauf, Einstellung und Analyse der Schicht-charakteristika (insbesondere mit Bezug auf Deposition und Nachbehandlung), sowie messtechnische Aspekte in Bezug auf Validierung des Sensorsystems.

Projektinhalte

Die wissenschaftlichen Arbeitsziele teilen sich in vier eng miteinander wechselwirkende Arbeitspakete auf:
Modellierung und Design                       
Ziel ist die theoretische Berechnung der Wandlungseffizienz von in Abhängigkeit von der gewählten Sensorgeometrie und dem Kompositmaterial, sowie die Modellierung in Ersatzschaltbildern. Die so gewonnenen Erkenntnisse werden generalisiert in Form von Designregeln und Richtlinien zur Entwicklung variabler magnetoelektrischen   Sensorsystemen auf Basis einer Bibliothek der Charakteristika, Fitfunktionen und geometrischen Grundformen.
Herstellung und Charakterisierung:      
Ziel ist die Entwicklung, Herstellung und Analyse der magnetoelektrischen Komposite, und insbesondere die Untersuchung der mikrostrukturellen, magnetischen und elektrischen Schichteigenschaften in Anhängigkeit von den Depositions- und Nachbehandlungsparametern.
Realisierung/ Verifizierung:                    
Ziel ist die technologische Realisierung der unter (I.) entworfenen MEMS inklusive die Entwicklung der Herstellungstechnologie basierend auf den Schichten aus (II.), die Untersuchung technologischer Einflüsse auf das Sensorverhalten und die Realisierung eines Demonstrators.
Systemintegration und Validierung:     
Ziel ist die messtechnische Bestimmung der Wandlungseffizienz der magnetoelektrischen MEMS aus (III.) und ihrer Eignung als Sensor. Dazu gehören auch der Entwurf eines geeigneten Messaufbaus und einer entsprechenden Messschaltung, sowie die Validierung derselben.