Dissertations

Wang, Dong;
Preparation and properties of tailored nanomaterials and nanocomposites. - Ilmenau. - 1 Band (verschiedene Zählungen)
Technische Universität Ilmenau, Habilitationsschrift 2016

Sandjaja, Marco;
Nasschemisches Verfahren zur Abscheidung von Diffusionsbarrieren für Kupfer in VIAs mit hohem Aspektverhältnis. - Berlin, 2015. - v, 117 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2016

Tag der Verteidigung: 21.03.2016

Die Herstellung einer Diffusionssperre zur Vermeidung von Migrationsvorgängen an Schichtgrenzen hat heutzutage für den Aufbau von 3D-Strukturen beim Wafer-Level-Packaging immer mehr Bedeutung gewonnen. Herkömmliche Barriereschichten für Si-Wafer, wie SiO 2, Si 2N 4, werden üblicherweise durch Gasphasenreaktionen erzeugt. Sie genügen aber nicht mehr den heutigen Anforderungen. Nasschemisches Abscheideverfahren und neue Materialien haben in den letzten Jahren aufgrund der guten Kosteneffizienz und der vergleichbar guten Abscheidungsqualität ein besonderes Interesse der Industrie geweckt. Bei der Suche nach einem geeigneten Barrierematerial, das sich außenstromlos abscheiden lässt, werden amorphen Materialien aus Refraktär- und Nichtmetallelementen vorgeschlagen. Insbesondere solche Materialien; die auf einer CoP basieren, gelten als aussichtsreiche Kandidaten zur Unterbindung von Cu-Diffusion. Das zweithöchstschmelzende Element, das Re, lässt sich außenstromlos mit vergleichbar hohem Anteil im Volumen der amorphen CoReP-Schicht abscheiden. Durch solche Re-Konzentration besitzt CoReP eine hohe thermische Stabilität und gilt daher als ein vielversprechender Kandidat für Barrierematerialien. Der stromlose CoReP-Abscheidungsprozess besteht in der Regel aus mehreren Behandlungsschritten, wie Hydrophilierung, Silanisierung, Aktivierung und Metallisierung. In der vorliegenden Arbeit werden die Schritte mit den herkömmlichen Charackterisierungsmethoden für die Si-Waferoberfläche untersucht. Die Untersuchungsergebnisse liefern Erkenntnisse über die Zusammenhänge der einzelnen Parameter und die Möglichkeit zur Optimierung des Abscheidungsverfahrens. Darüber hinaus besteht Bedarf an einer Methode zur Untersuchung der Oberflächenchemie in VIAs. Eine auf Photovolumineszenz basierte Charackterisierungsmethode zur bildlichen Veranschaulichung der anwesenden funktionellen Gruppen im VIA sowie zur Untersuchung der Beleuchtungsdichte der Haftschichtvermittler wird deswegen entwickelt. Außerdem wird die Badformulierung bei den einzelnen Prozessschritten an das Ziel der Arbeit angepasst. Zur Verbesserung des Stofftransports wird bei der CoReP-Abscheidung eine Stoßmethode eingesetzt. Dadurch erfolgt die CoReP-Abscheidung bis in die Tiefe der VIAs. Die Arbeiten führen zu einer neuartigen Arbeitstechnik zur nasschemischen Abscheidung einer CoReP-Legierung mit hohem Aspektverhältnis.

Weinberger, Stefan;
Quasistatische Torsionsspiegel auf Basis von AIN-Festkörpergelenken, 2015. - Online-Ressource (PDF-Datei: XIV, 142 S., 5,26 MB) : Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2015
Parallel als Druckausg. erschienen

Mikrospiegel gehören zu den bekanntesten Mikrosystemen überhaupt. Die erste Veröffentlichung über Mikrospiegel geschah durch Peterson (IBM) im Jahr 1980 und löste zahlreiche Forschungsaktivitäten aus, die bis heute anhalten. Trotz all dieser Aktivitäten besteht der Bedarf an Mikrospiegeln, die eine quasistatische Strahlablenkung mit hoher Dynamik über einen großen Winkelbereich von mehr als ±10˚ ermöglichen und dabei eine Spiegelplattengröße >Ø1 mm aufweisen, die sich zur Ablenkung eines Messstrahls eignet. Diese Arbeit hat das Ziel, einen Beitrag zur Entwicklung von quasistatischen Mikrospiegeln für messtechnische Zwecke zu liefern. Die vorgesehene Anwendung besteht in der Strahlablenkung für Freistrahlinterferometrie in einem optischen Mikrotrackersystem. Es werden Dünnschichttorsionsfedern mit einer Dicke zwischen 400 bis 600 nm erprobt. Aluminiumnitrid (AlN) wird auf Grund seiner nanokristallinen Struktur, die zu hervorragenden mechanischen Eigenschaften führt, in dieser Arbeit erstmals als Torsionsfedermaterial eingesetzt. Lebensdauer- und Bruchfestigkeitsuntersuchungen bestätigen die Eignung von AlN als Torsionsfedermaterial. Es ist untersucht worden, ob durch eine dreidimensionale Formgebung das Torsions- zu Biegesteifigkeitsverhältnis erhöht werden kann. Die torsionsweichen Federn ermöglichen große quasistatische Auslenkungen bei Verwendung von einem elektrostatischen Plattenaktor. Bei kardanisch aufgehängten Spiegeln sind quasistatische Auslenkungen der Spiegelplatten in einem Bereich von -7,3˚ bis +9,3˚ und der Rahmen im Bereich von -10,9˚ bis +6,2˚ erreicht worden, bevor es zur Instabilität (Pull-In-Effekt) kommt. Das Auslenken von Rahmen und Spiegelplatte führt zu einer Querbeeinflussung, wodurch die mögliche Auslenkung reduziert wird. Die erreichten quasistatischen Spiegelauslenkungen von uniaxialen Mikrospiegeln betragen etwa ±12˚. Die verwendeten Plattenaktoren ermöglichen einen kompakten Aufbau, sind gut mit den Technologien der Mikrosystemtechnik herstellbar und haben eine hohe Dynamik. Die übliche hohe Nichtlinearität der Winkel-Antriebsspannungs-Kennlinie wird durch neuartige Ansteuerungsverfahren überwunden, die eine nahezu lineare Kennlinie bei den uniaxialen Mikrospiegeln ermöglichen. Die Spiegelplatten weisen mit einem Reflexionsgrad von ca. 90% (lambda = 632,8 nm) und einem Krümmungsradius R >0,8 m, für eine Plattendicke zwischen 55 bis 70 [my]m, eine hohe optische Qualität auf.

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Yan, Yong;
Plasma-assisted synthesis of hydrogenated TiO 2 for energy storage and conversion. - Ilmenau : Universitätsverlag Ilmenau, 2015. - 1 Online-Ressource. - (Werkstofftechnik aktuell ; 14) : Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2015
Parallel als Druckausg. erschienen

Titandioxid (TiO 2) wird bereits häufig in den Bereichen Energiespeicherung und -umwandlung eingesetzt. Aufgrund der begrenzten Solarabsorption, Ladungsübertragungsgeschwindigkeit und elektrochemischer Aktivität ist die Leistung des TiO 2 allerdings wesentlich niedriger als es für die praktische Anwending erforderlich ist. In dieser Studie wird hydriertes TiO 2 (H-TiO 2) mit unterschiedlichen physikalischen und chemischen Eigenschaften durch Wasserstoff (H 2)-Plasmabehandlung kontrolliert hergestellt, welches hervorragende Leistungen in der Anwendung von Lithium-Ionen-Batterien, Fotokatalyse und fotothermischer Umwandlung aufweist. Darüber hinaus werden die Mikrostrukturen des H-TiO 2 und die Abhängigkeit der Anwendungsleistung des H-TiO 2 von den Vorliegenden Mikrostrukturen umfassend untersucht. Diese Studie bietet neue Erkenntnisse über Synthese, Eigenschaften und Anwendungen von H-TiO 2, durch welche die Entwicklung leistungsfähiger und vielseitiger TiO 2-Materialien für die Energiespeicherung und -umwandlung ermöglicht werden kann. Erstens werden hydrierte Anatas TiO 2-Nanopartikel mit deutlich verbesserter Speicherleistung von Lithium-Ionen durch eine Hochtemperatur (390 ˚C) H 2-Plasmabehandlung in hergestellt. Die systematische elektrochemische Analyse zeigt, dass sich aus dem verbesserten Beitrag der pseudokapazitiven Lithium-Speicherung auf der Partikeloberfläche eine verbesserte Leistungsdichte von H-TiO 2 ergibt. Es wird gezeigt, dass die ungeordneten Oberflächenschichten und die vorliegenden Ti 3+ -Spezies von H-TiO 2 eine wichtige Rolle bei der Verbesserung der pseudokapazitiven Lithiumspeicherung spielen. Zweitens erfolgt eine schnelle Synthese des H-TiO 2 mit unterschiedlichem Hydrierungsgrad durch Hochleistungs-H 2-Plasmabehandlung. Dessen fotokatalytische Aktivitäten werden mit Hilfe von Methylenblau (MB)-Degradation und CO 2-Reduktion in wässrigen und gasförmigen Medien ausgewertet. Im Vergleich zum ursprünglichen TiO 2 zeigt das leicht hydrierte TiO 2 (s-H-TiO 2) eine weiße Färbung und eine verbesserte Fotoaktivität, während das graue oder schwarze H-TiO 2 mit höherem Hydrierungsgrad (h-H-TiO 2) eine viel schlechtere katalytische Leistung aufweist. Wie weitere Untersuchungen gezeigt haben, stellen das höhere Verhältnis der gefangenen Löcher (O - -Zentren) und die niedrige Rekombinationsrate, welche durch die Erhöhung der Oberflächendefekte verursacht sind, die kritischen Faktoren für die hohe Aktivität von s-H-TiO 2 dar. Im Gegensatz dazu besitzt das h-H-TiO 2 eine hohe Konzentration an Gitterdefekten, was zu einer signifikant verringerten Menge an O-Zentren und der vergrößerten strahlungslosen Rekombination führt. Dadurch sinkt die Fotokatalyseaktivität deutlich. Drittens wird das hydrierte schwarze TiO 2 mit großer Infrarotabsorption (aufgrund seiner erheblich vergrößerten, strahlungslosen Rekombination) für die fotothermische Tumortherapie untersucht. Um die Stabilität der Suspension zu verbessern, wurden die H-TiO 2-Nanopartikel (NP s) mit Polyethylenglycol (PEG) beschichtet. Nach PEG-Beschichtung zeigen die H-TiO 2 NP s einen erhöhten fotothermischen Umwandlungswirkungsgrad von 40,8% und eine gute Suspensionsstabilität im Serum. Der Therapieeffekt von H-TiO 2-PEG NP s zeigt, dass dieses Material eine geringe Toxizität besitzt und MCF07- sowie 4T1-Tumorzellen (transplantierbaren Tumorzellen des menschlichen Brustgewebes) unter Infrarotstrahlung effektiv abtöten kann. Zusätzlich werden Si (core) / N-dotiertes TiO 2 (shell) Nanopillar-Arrays mit einer nanoporösen Struktur durch ein einfaches, proteinvermittelndes TiO 2-Abscheidungsverfahren hergestellt. Dieses Ergebnis kann als ein fortschrittlicher Ansatz für die großtechnische Herstellung der H-TiO 2 basierten Nanokompositen angesehen werden.

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Grieseler, Rolf;
Untersuchung der Eigenschaften sowie der Anwendung von reaktiven Mehrschichtsystemen in der Aufbau- und Verbindungstechnik. - Ilmenau : Universitätsverlag Ilmenau, 2015. - Online-Ressource (PDF-Datei: 140 S., 16,15 MB). - (Werkstofftechnik aktuell ; 12) : Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2015
Parallel als Druckausg. erschienen

Diese Dissertation beschäftigt sich mit den thermischen Eigenschaften reaktiver Mehrschichtsysteme. Reaktive Mehrschichtsysteme sind schichtweise aufgebaute Materialien oder Folien, die zumeist aus Einzelschichtdicken zwischen 1 und 100 nm und einer Gesamtschichtdicke zwischen 1 und 500 [my]m bestehen. In den meisten Fällen sind derartige Schichten aus metallischen oder oxidischen Materialien aufgebaut, die nach dem Erreichen der Aktivierungsenergie exotherm reagieren. Im Fall von metallischen Schichten geschieht die Erzeugung von Wärme meist unter Bildung intermetallischer Phasen. Die Vorteile bei rein metallischen Schichten bzw. Folien liegen darin, dass die Reaktion ohne Zufuhr von Sauerstoff oder anderen Gasen stattfinden kann. Die erreichten Temperaturen können dabei mehr als 1600˚C betragen. Demzufolge sind diese Schichten und Folien gut geeignet, um Bauteile stoffschlüssig zu fügen. Die Reaktionszeiten liegen dabei lediglich im Mikro- und Millisekundenbereich. Dadurch kann die thermische Belastung für die zu fügenden Bauteile sehr viel geringer sein als bei herkömmlichen Fügemethoden, zum Beispiel dem Schweißen. Ziel der folgenden Ausführungen und Untersuchungen war die Analyse verschiedener Materialkombinationen, die als reaktive Mehrschichtsysteme zum Fügen von Bauteilen geeignet erscheinen. Als mögliche Materialkombinationen wurden die Systeme Aluminium-Nickel, Aluminium-Titan, Titan-Silizium und Aluminium-Kupfer untersucht. Diese sollten insbesondere auf die erzeugte Wärmemenge und auf die Reaktionsgeschwindigkeit bzw. die Geschwindigkeit der Reaktionsfront hin untersucht werden. Es hat sich gezeigt, dass auch das Wissen um die Diffusionseigenschaften der Materialien essenziell für die Bestimmung verschiedener thermischer Eigenschaften derartiger Materialsysteme ist. Die Diffusionskoeffizienten für die vier genannten Materialsysteme wurden mittels optischer Glimmentladungsspektroskopie an 2 [my]m dicken Doppelschichtsystemen bestimmt. Resultierend aus der im Vergleich zur Literatur geringeren Aktivierungsenergie für die Diffusion wurde als dominierender Diffusionsmechanismus für diese gesputterten Schichten die Korngrenzendiffusion ermittelt. Die Geschwindigkeiten der Reaktionsfront lagen zwischen 0,5 m/s für das Aluminium-Kupfer System als Beispiel für ein langsam reagierendes System und 22 m/s für das Titan-Silizium System als das am schnellsten reagierende Mehrschichtsystem. Die Reaktionsenergie wurde mittels Differential Thermoanalyse untersucht. Dabei konnte neben den Reaktionsenthalpien auch die Aktivierungsenergie für reaktive Mehrschichtsysteme in Abhängigkeit von der Gesamtschichtdicke ermittelt werden. Es zeigte sich, dass zwei verschiedene Mechanismen als entscheidend für die Reaktion in Betracht kommen. Zum Einen ist bei den Systemen Aluminium-Nickel, Titan-Silizium und Aluminium-Kupfer die Diffusion die treibende Kraft der Reaktion und somit die Aktivierungsenergie der Reaktion auch sehr nah zur Aktivierungsenergie der Diffusion. Zum Anderen zeigte sich im System Aluminium-Titan, dass die Reaktion eher durch Grenzflächenmechanismen bestimmt wird, was zu einer erhöhten Aktivierungsenergie der Reaktion im Vergleich zur Diffusion führt. Weiterhin wurde die Anwendung reaktiver Mehrschichtsysteme zum Bonden zweier Bauteile untersucht. Dazu wurden neben den gesputterten Schichten aus dem Aluminium-Nickel System auch kommerziell erhältliche Nanofoils ® basierend auf dem gleichen Schichtsystem untersucht. Es konnte gezeigt werden, dass die Verwendung solcher reaktiven Schichten vergleichsweise gut geeignet ist, um Materialien und Bauteile miteinander zu fügen. Es konnte eine maximale Haftfestigkeit für das Bonden zweier Aluminiumoxid-Substrate mit Hilfe kommerzieller Nanofoils® von 10 bis 30 N/mm 2 erreicht werden. Zudem zeigte sich, welchen Einfluss die Rauheit der Bauteile auf die Qualität des Bonds hat und inwieweit reaktive Schichten im Vergleich zu herkömmlichen Lotmaterialien auf Grund ihrer Wärmeleitfähigkeit nach der Reaktion geeignet sind, um wärmeerzeugende Bauteile mit Wärmesenken zu verbinden. Die erzielten Ergebnisse können als Beitrag für das Erstellen eines Modells genutzt werden, um sowohl die Reaktion als auch den Einfluss der Reaktion und der daraus resultierenden Temperatur auf die umgebenden Materialien und Bauteile abzubilden und zu beschreiben. Sinnvoll wäre in einem nachfolgenden Schritt die Implementierung eines solchen Modells, um einem zukünftigen Anwender reaktiver Mehrschichtsysteme die Möglichkeit zu geben, aus der Vielzahl reaktiver Mehrschichtsysteme die am Besten geeigneten für den jeweiligen Anwendungsbereich zu ermitteln und den Einfluss auf die Bondpartner zu erhalten.

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