Das Heterogeneous Integration Laboratory (HIL) an der TU Ilmenau führt multidisziplinäre Forschung durch - Wir erforschen innovative Methoden zur Integration von Nanomaterialien und -bauelementen über verschiedene Material- und Größenskalen hinweg. Unsere multidisziplinäre Forschung verbindet Materialwissenschaft, Elektrotechnik und angewandte Physik, um neue Technologien für Elektronik, Photonik und Sensorik zu entwickeln.
Unsere Projekte gliedern sich in zwei zentrale Bereiche:
Ziel: Entwicklung von Methoden zur technischen Selbstmontage und zum Nanotransfer, um funktionelle elektronische und photonische Materialien in heterogene Systeme zu integrieren.
Anwendungen:
✔ Metamorphe Elektronik – Produkte, die morphologische Veränderungen durchlaufe
✔ Dehnbare Elektronik – Verteilung anorganischer Halbleiter auf dehnbaren Substrate
✔ Mikroskopisch kleine Chips - Chips mit LEDs, Transistoren und Solarzellen, die in unseren eigenen Projekten und in Gemeinschaftsprojekten verwendet werden
Techniken und Know-How:
Die Forschung erfordert, dass wir lernen, wie man Geräte mit anorganischen Halbleitern herstellt. Wir können Bauelemente auf Si-Basis, einschließlich Transistoren und photovoltaische Zellen, herstellen. Darüber hinaus haben wir Erfahrung in der Verarbeitung von Bauelementen auf GaAs- und GaN-Basis, die von Transistoren bis zu LEDs mit mikroskopischen Chipabmessungen reichen. Unser Hauptaugenmerk liegt darauf, diese Bauelemente zu vertreiben und in neue Anwendungen zu integrieren. So haben wir zum Beispiel Pionierarbeit bei der Selbstmontage geleistet. Die technischen Prozesse der Selbstmontage nutzen Oberflächenspannung, Formerkennung, Hierarchien, Rezeptoren und Bindungsstellen, die programmiert werden können, um die Montage zu steuern (kein "pick and place") und elektrische Verbindungen zwischen den einzelnen Elementen herzustellen (kein Drahtbonder erforderlich).
Das Verfahren wurde in den folgenden Anwendungen eingesetzt:
Ziel: Herstellung und Integration von Nanomaterialien, die in unserem Labor durch Bottom-up-Synthese erzeugt werden. Auch hier besteht ein Ziel darin, diese Bausteine an präzisen Stellen auf einer Oberfläche oder in 3D zu integrieren. Auf diese Weise geht der Trust eine bekannte Herausforderung der Nanoverarbeitung an.
Herausforderung: Nach der Entdeckungsphase niedrigdimensionaler Nanomaterialien mit einzigartigen, größenabhängigen Funktionen gilt es nun, skalierbare Herstellungsprozesse für die industrielle Nutzung zu entwickeln. Die Erforschung und Entwicklung solcher "Nanomanufacturing"-Methoden ist das aktuelle Ziel in den Nanowissenschaften.
Forschungsschwerpunkte:
Herstellung von funktionellen Nanopartikeln - Entwicklung reaktiver Nanopartikel, Nanopartikeltransistoren, -sensoren sowie metallischer und halbleitender Nanopartikel
Nanoxerografische Drucker - Unser Team hat nanoxerografische Drucker entwickelt, die funktionelle Nanopartikel aus der Gas- oder Flüssigphase mit einer 5000-fach höheren Auflösung als herkömmliche xerografische Drucker an präzisen Stellen auf einem Substrat integrieren können. Die Technik eignet sich für verschiedene Nanopartikel von 0,1 nm bis 40 mm und findet Anwendung bei der Herstellung von Nanopartikel-basierten Geräten.
Integration von Nanodrähten - Das Team hat das Wachstum von Nanodrähten an vordefinierten Stellen auf Oberflächen und die Herstellung von Nanodraht-LEDs mit Heteroübergang demonstriert. In Zusammenarbeit wurden die Gerätephysik, der Transport und die Elektrolumineszenz untersucht.
Selbstausgerichtetes Wachstum von nanoskopischen Bonddrähten - Das Team hat ein Verfahren entdeckt, das das selbstausgerichtete Wachstum von nanoskopischen Bonddrähten ermöglicht. Das Verfahren ermöglicht die Realisierung von frei geformten elektrischen Punkt-zu-Punkt-Verbindungen. Die Drähte bestehen aus metallischen Nanopartikeln.
Elektroabscheidung von Nanopartikeln aus der Gasphase - Dies ist ein weiteres Verfahren, das wir derzeit erforschen. Das Verfahren ermöglicht die Abscheidung von funktionellen Materialien an vorher festgelegten Stellen auf einer Oberfläche. Es ist ähnlich wie die Elektroabscheidung in der Flüssigphase. Es handelt sich jedoch um ein Gasphasenverfahren, das auf dem Zusammenspiel von Gasionen mit hoher Mobilität, einem strukturierten Substrat und luftgetragenen Nanopartikeln beruht. Es vermeidet Materialverluste und hat einzigartige Eigenschaften, die es zu erforschen gilt.
Gerichtetes Transportieren in der Luft - Grundlagen und Anwendungen - Das Projekt untersucht einen neuen, von uns entdeckten Transportmechanismus, der die örtlich begrenzte Sammlung von Schwebeteilchen mit einer höheren Rate als bisher möglich unterstützt.
► Stark vereinfacht ist der Prozess ein gerichteter elektrodynamischer Transportprozess. Der Prozess führt zu einer lokalisierten Sammlung und Konzentration von Luftpartikeln an vorbestimmten Messpunkten auf einem strukturierten Substrat. Der entdeckte Prozess ist auf eine breite Palette von Partikelgrößen (bisher 15 Größenordnungen in Bezug auf das Partikelgewicht) und -arten (organisch und anorganisch) anwendbar.