Beitrag zur Mikrostrukturierung von fotostrukturierbarem Glas mittels UV-Laserstrahlung, 2005. - Online-Ressource (PDF-Datei: 116 S., 3806 KB) : Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2005
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Wird ein fotosensibles Glas mit UV-Laserstrahlung belichtet, so können fotochemische Gefügemodifizierungen im Glas für einen geometrischen Mikrostrukturierungsprozess nach dem Fotoformverfahren genutzt werden. Für ein verbessertes Prozessverständnis erfolgt anhand einer direkt-schreibenden Belichtungsmethode die systematische Untersuchung des Einflusses von Belichtungsparametern auf Kenngrößen des Mikrostrukturierungsprozesses . Nach einer kurzen Einführung erfolgt die Darstellung der zum Verständnis notwendigen Grundlagen zum Fotoformverfahren, zur UV-Laser-Belichtung und zum verwendeten fotostrukturierbaren Glas. Der Hauptteil der Arbeit widmet sich der Analyse des Einflusses der Belichtungsparameter auf die 3 Prozessschritte des Fotoformverfahrens: UV-Laser-Belichtung (KrF- und XeCl-Excimerlaserstrahlung und (3w)Nd:YAG Festkörperlaserstrahlung), partielle Kristallisation durch Temperung und geometrische Mikrostrukturierung durch nasschemisches Ätzen. Der grundlegende Erkenntnisfortschritt besteht in der Beschreibung strahlungsinduzierter Gefügemodifizierungen auf optische Eigenschaften des Glases und den daraus folgenden Strukturveränderungen in partiell kristallisierten Bereichen getemperter Proben. UV-Laser-belichtete Proben wurden mittels UV-VIS-Spektroskopie, TEM-, HREM-, REM- und AFM-Analyse sowie optischer Lichtmikroskopie untersucht. Die wesentlichen Ergebnisse sind: infolge UV-Laser-Belichtung erfolgt die Bildung von angeregten Zuständen an Ce3+-Ionen, Farbzentren an polyvalenten Elementen (Zinn, Antimon) und Trennstellensauerstoffen sowie Ag-Nanopartikel im Glas. Aus der Belichtung resultierende Gefügemodifizierungen beeinflussen die Größe einzelner Kristalle und deren Vernetzung, die Kristallisationstiefe und die laterale Ausdehnung kristallisierter Bereiche. Das Ätzratenverhältnis wird maßgeblich vom Grad der Vernetzung der einzelnen Kristalle bestimmt. In einem abschließenden Kapitel wird der Einfluss von Belichtungsparametern auf die Glasmikrostrukturierung anhand strukturierter Gräben für die Belichtung mit XeCl-Excimerlaserstrahlung diskutiert. Die potentiellen Anwendungsfelder für das vorgestellte Verfahren liegen auf den Gebieten der Mikrosensorik, -aktuatorik, -mechanik, -optik, -fluidtechnik und nicht zuletzt der Mikroreaktionstechnik.
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Kristallisation eines UV-strukturierbaren Glases im System Li2O-Al2O3-SiO2, 2005. - Online-Ressource (PDF-Datei: 144 S., 5531 KB) : Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2005
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UV-strukturierbare Gläser erweitern die Werkstoffpalette der in der Mikrosystemtechnik anwendbaren Werkstoffe. Mikromechanische Bauteile, wie z.B. Greifer, Taster und Mikroantriebe mit hohen Aspektverhältnissen im Mikrometerbereich sind über den Prozess der Fotostrukturierung von Glas herstellbar. In dieser Arbeit werden die Prozessabläufe bei der Kristallisation eines UV-strukturierbaren Glases im System Li2O-Al2O3-SiO2 untersucht. Die dabei gefundenen Zusammenhänge erweitern das vorhandene wissenschaftliche Verständnis für die in diesem speziellen Glas ablaufenden komplizierten physikalischen und chemischen Prozesse. Entsprechend der Anforderung zur Einstellung des für die UV-Strukturierung nötigen Redoxsystems im Ausgangsglas, wird im ersten Teil der Arbeit kurz auf die erfolgreiche Herstellung des in einer kleintechnischen Anlage geschmolzenen Glases eingegangen. Der Hauptteil dieser Arbeit widmet sich der Lösung noch offener Fragen zum Mechanismus der heterogenen, UV-strahlenunterstützten Bildung von Kristallkeimen. Anhand verschiedener experimenteller Methoden wurden die Vorgänge während der technologischen Einzelschritte Belichten, Tempern und Ätzen untersucht. Es ist weitestgehend gelungen, die Wirkung von Silber als Keimbildner aufzuklären und die exakten Belichtungs- sowie die thermischen Bedingungen für Keimbildung und Kristallwachstum zu definieren. Im Gegensatz zu bisher angenommenen Erkenntnissen befinden sich die Silberionen nicht nur in den tröpfchenförmigen Entmischungen des Glases, sondern feinverteilt sowohl in der Matrix als auch in den Tröpfchen. Nur in den Tröpfchen kann auf den im Strukturierungsprozess gebildeten Silberclustern die Kristallphase Lithiummetasilikat aufwachsen, da nur hier die chemische Zusammensetzung passfähig ist. Die zur Herstellung von mikrostrukturierten Bauteilen gefundenen Bedingungen der Keimbildung und des Kristallwachstums werden als Voraussetzung für die Erzeugung gut ätzbarer Kristallgefüge genutzt. Bei Anwendung eines mehrstufigen Temperregimes mit Haltezeiten bei Keimbildungs- und Kristallwachstumstemperatur konnten mit einer hohen Reproduzierbarkeit und Ausbeute industriell verwendbare Messfedern hergestellt werden. Weiterhin können die gefundenen Zusammenhänge zwischen Belichtungsenergiedichte, Keimbildungs- und Kristallwachstumsbedingungen genutzt werden, um die mechanischen Eigenschaften fotostrukturierter Glasbauteile gezielt zu verändern. Definierte Belichtung und spezielle thermische Nachbehandlung erhöhte die Biegebruchfestigkeit mikrostrukturierter Bauteile von ca. 340 auf etwa 540 MPa.
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Ein Beitrag zur Herstellung integrierter Drehratensensoren in SiGe. - Aachen : Shaker, 2005. - Getr. Zählung [ca. 190 S.]. - (Berichte aus der Mikrosystemtechnik) : Zugl.: Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2005
ISBN 3-8322-4296-1
In der Kraftfahrzeugtechnik sind mikromechanische Drehratensensoren bereits weit verbreitet, sowohl in Fahrsicherheits- als auch in Navigationssystemen. Die derzeitigen Drehratensensorkonzepte und Herstellungstechnologien können allerdings den zukünftigen Anforderungen, insbesondere hinsichtlich benötigter hoher Sensorauflösung und niedriger Produktionskosten nicht mehr gerecht werden. Vor diesem Hintergrund wird in der Arbeit ein neues Sensorkonzept in einer neuen Herstellungstechnologie entwickelt. Um eine bestmögliche Auflösung zu erreichen, verfolgt das Konzept eine vollresonante Auswertung des kapazitiv angetriebenen und ausgewerteten Zwei-Masse-Schwingers. Als Herstellungstechnologie fällt die Wahl auf Silizium-Germanium (SiGe), weil aufgrund der niedrigen Abscheidetemperatur des SiGes eine modulare und monolithische Back-End-Integration von mechanischem Schwinger und Auswerte-IC möglich ist. Dies verbessert ebenfalls die Sensorauflösung. Da kaum Erfahrungen über die Herstellung und Prozessierung von Funktionsschichten mikromechanischer Sensoren aus SiGe vorliegen, muss vor der Umsetzung eine Reihe wesentlicher Verbesserungen und Entwicklungen durchgeführt werden. Die größte Hürde stellt dabei der in der Literatur fälschlicherweise als Stressgradient bezeichnete Parameter dar, welcher um zwei Größenordnungen zu hoch ist. Da in der Literatur keine Ansätze zur Reduzierung des sogenannten Stressgradienten auf den geforderten Wert zu finden sind, werden als Schwerpunkt der Arbeit neue Lösungsideen entwickelt und verifiziert. Bei den Strategien handelt es sich um Variation der Abscheideparameter, Ausheilen der Funktionsschicht in unterschiedlichen Atmosphären, Abscheidung der SiGe-Schicht auf verschiedenen Untergründen, Verwendung mehrlagiger SiGe-Schichtaufbauten sowie Entfernen der Randschicht um die SiGe-Funktionsschicht. Dabei wird durch Kombination eines mehrlagigen Schichtaufbaus mit dem Entfernen der Randschicht erstmals der für Drehratensensoren geforderte Wert erreicht. Weitere experimentell gewonnene Erkenntnisse sind u.a. die starke Abhängigkeit des sogenannten Stressgradienten von der Schichtdicke und die Bildung einer stark verspannten SiO2-Schicht beim Entfernen der Randschicht mit H2O2, welche aber nicht zur Reduzierung des Stressgradienten eingesetzt werden kann. Modelle auf der Basis der Experimente liefern für zukünftige Schicht-Optimierungen ein essentielles Verständnis über den Verlauf des Stressgradienten innerhalb der Schicht. Aufgrund dieser theoretischen Überlegungen kann sowohl eine verspannte Randschicht als auch ein konstanter Dehnungsgradient innerhalb der Schicht ausgeschlossen werden, vielmehr erscheint eine exponentielle Abnahme einer Zugspannung innerhalb der Schicht zur Schichtunterseite hin als realistisch. Nach Bereitstellung der drehratensensor-tauglichen SiGe-Funktionsschicht können das Sensordesign wie auch die Entwicklung eines Prozessflusses für den Demonstrator begonnen werden. Beim Entwurf des Demonstrators werden die Vorteile der SiGe-Technologie, wie z.B. der Wegfall der Perforierung der Resonatorrahmen durch große Unterätzweiten beim Opferschichtätzen konsequent genutzt. Ebenso wird aber auch den elektromagnetischen Wechselwirkungen zwischen Resonator und IC durch eine geeignete Leiterbahnführung Rechnung getragen. Die Entwicklung der einzelnen Prozessschritte erfolgt sowohl auf speziellen Testwafern als auch auf Produktwafern. Besonders hervorzuheben ist dabei die Verbesserung des Opferschichtätzens von Germanium mit H2O2 durch Zugabe eines Puffers, der einen Angriff auf die offenen Aluminium-Bondpads und Leiterbahnen verhindert.
Augerelektronenspektroskopie und niederenergetischer Ionenbeschuss von Siliziumkarbid, 2005. - Online-Ressource (PDF-Datei: 147 S., 3620 KB) : Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2005
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Die vorliegende Arbeit behandelt den Einsatz der Augerelektronenspektroskopie bei der Untersuchung von SiC-Schichten und -Einkristallen mit besonderem Augenmerk auf die Wirkung des Ionenstrahls auf die SiC-Oberfläche beim Sputtern. Die Augerelektronenspektroskopie eignet sich zur Bestimmung vieler Eigenschaften einer SiC-Oberfläche nach dem Beschuss mit Edelgasionen. Der theoretische Teil beinhaltet einen Beitrag zur Anwendung der Faktorenanalyse bei der Auswertung von Auger-Spektren. Ein weiteres Thema des theoretischen Teils ist die Sputtertheorie. Hier wird eine Korrektur der Sigmundschen Formel zur Berechnung der Sputterausbeuten präsentiert. Im experimentellen Teil der Arbeit werden Aussagen über die Abweichungen der Oberflächenzusammensetzung nach dem Sputtern und über die Konzentration der eingebauten Edelgase getroffen. Aus dem Vergleich zwischen den experimentell gemessenen und theoretisch berechneten bzw. simulierten Werten der Sputterausbeuten wird die effektive Oberflächenbindungsenergie von 4 eV/Atom für das Sputtern von SiC mit Edelgasen bestimmt. Sowohl der Nachweis der Änderungen der elektronischen Struktur bei den durch Ionenbeschuss zerstörten einkristallinen SiC-Oberflächen bzw. -Schichten als auch die Bestimmung des Leitungstyps mittels Augerelektronenspektroskopie erweitern das Einsatzgebiet dieser analytischen Methode in der SiC-Technologie.
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Grundlagen einer magnetischen Manipulation von Partikeln für Anwendungen in der miniaturisierten kombinatorischen chemischen Reaktionstechnik, 2004. - Online-Ressource (PDF-Datei: 141 S., 12,2 MB) : Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2004
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Die Miniaturisierung und Parallelisierung kombinatorischer Verfahren in der Chemie, die beispielsweise für die pharmazeutische Wirkstoffsuche genutzt werden, erfordert neue Wege für die Substanzmanipulation. Während eine Vielzahl von technischen Lösungen für die Substanzdosierung bis hinunter in den Picoliterbereich verfügbar sind, erfordert der Substanztransfer im Mikrobereich, d.h. das Aufnehmen und erneute Abgeben kleinster Substanzmengen bei mehrstufigen Reaktionen neue Lösungen. In dieser Arbeit wird aufbauend auf dem Prinzip der Festphasensynthese ein neues Prinzip zum hochparallelen Substanztransfer mittels magnetischer Partikel vorgestellt. Im Gegensatz zu bisher vor allem in der Biochemie üblichen magnetischen Mikropartikeln werden makroskopische Magnetpartikel verwendet, auf die im magnetischen Feld so große Kräfte einwirken, dass sie aus einer Reaktionslösung durch die Flüssigkeitsoberfläche hindurch entnommen werden können. Durch die große Wirkdistanz des magnetischen Feldes kann diese Entnahme ohne direkten Kontakt des Magnetsystems zur Reaktionslösung erfolgen, wodurch sich die Gefahr der Kontamination reduziert. Im ersten Teil dieser Arbeit werden, ausgehend von der Beschreibung der relevanten fluid-mechanischen und magnetischen Effekte sowie experimentellen Untersuchungen, Konzepte für die magnetische Manipulation entwickelt und Lösungsvarianten dimensioniert. Dabei wird auch das Skalierungsverhalten dargestellt und die minimal mögliche Partikelgröße abgeschätzt. Das entwickelte magnetische Manipulationssystem besteht aus mehreren Komponenten. Ein zeilenförmiger Magnet erzeugt bei Überstreichen der Reaktionsplatten eine so große Kraft auf die magnetischen Partikel, dass sie in eine Transportplatte übernommen werden. Dort werden sie durch eine Magnetmatrix, die dem Raster der Reaktionskammern entspricht, während des Transports fixiert. Der zweite Teil der Arbeit ist der technologischen Realisierung der magnetischen Makropartikel und der Reaktionskammerplatten mit integrierter Magnetmatrix gewidmet. Es werden verschiedene Verfahren zur Herstellung der magnetischen Partikel verglichen und die magnetischen Eigenschaften bewertet. Ebenso werden geeignete Verfahren zur Herstellung der Reaktionskammerplatten, zur Einbettung der Magnetmatrix und zum Aufbau der Verbundplatten untersucht. Der Fokus liegt dabei auf dem Mikropulverstrahlen. Die favorisierten technologischen Verfahren werden an Reaktionskammerplatten mit 1536 und 6144 Kammern evaluiert.
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Einfluss von Hochspannungsimpulsen auf Schichtwiderstände und Entwicklung eines Abgleichverfahrens. - Ilmenau : Wiss.-Verl. Ilmenau, 2004. - VI, 137 S Zugl.: Ilmenau : Techn. Univ., Diss., 2004
ISBN 3936404135
Die Arbeit hat sich mit der Studie von Leitungsmechanismen in Schichtwiderständen und dem Abgleich von Schichtwiderständen mittels der Energie von Hochspannungsimpulsen befaßt. Die theoretischen Kenntnisse wurden für die Wirkung von Hochspannungsimpulsen auf elektrisch leitfähige Ketten in der Widerstandsschicht angewendet. Dickschicht-, Dünnschicht- und Polymerwiderstände wurden mit der EHSP -Methode abgeglichen. Die elektrischen und mechanischen Eigenschaften der Schichtwiderstände nach dem Abgleich wurden untersucht und charakterisiert. Modellierungen der leitfähigen Ketten sowie Simulationen von Feldausbreitung und Potentialverteilung im Dickschichtwiderstand wurden durchgeführt. Eine Abgleichvorrichtung als Laborvariante ist im Rahmen dieser Arbeit entwickelt und entstanden.
Siliziumkarbidelektronik : technologische und werkstoffwissenschaftliche Untersuchungen zur Metallisierung/Kontaktierung, 2004. - 5,84 MB, Text : Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2004
Enth. außerdem: Thesen
Siliziumkarbid (SiC) hat als Halbleitermaterial vielfältige Einsatzmöglichkeiten in der Optoelektronik, der Hochfrequenztechnik, der Leistungselektronik und vor allem in der Hochtemperaturelektronik. Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich speziell mit der Herstellung Ohmscher Kontakte auf p-dotiertem 4H-SiC und 6H-SiC für künftige elektronische Anwendungen.Anhand von theoretischen Betrachtungen und vergleichenden Berechnungen der Ladungsträgerkonzentration wird gezeigt, daß sich die Berechnung der elektrisch aktiven Akzeptoren stark vereinfachen läßt. Detailliert werden die Eigenschaften des SiC und ihr Einfluß auf die Kontaktbildung beschrieben. Die Herstellung Ohmscher p-SiC-Kontakte erfordert eine hohe Löcherkonzentration an der Grenzfläche zwischen p-SiC und Metallisierung, welche sich durch Ionenimplantation mit Aluminium erreichen läßt. Mittels Implantation durch eine dünne Al-Schicht wird das Maximum der Akzeptorkonzentration zur Substratoberfläche hin verschoben und somit eine hohe Akzeptorkonzentration im oberflächennahen Bereich erreicht. Amorphe Bereiche lassen sich nach der Implantation und Ausheilung in den hochdotierten p-SiC-Schichten nicht nachweisen. Aus den temperaturabhängigen Flächenwiderstandswerten wird sowohl der spezifische Widerstand berechnet als auch die Ladungsträgerkonzentration und -beweglichkeit abgeschätzt. Die sehr hohe Löcherbeweglichkeit läßt auf einen nahezu vollständigen Einbau der Akzeptoren durch die Implantations- und Ausheilprozedur schließen. Für die Metallisierung / Kontaktierung der SiC-Proben werden Wolframsilizide und -karbide verwendet, um unerwünschte Grenzflächenreaktionen zwischen Halbleiter und Metallisierung zu vermeiden. Dazu wird die Präparation von Wolframsilizid- und Wolframkarbidschichten unter Variation der Substrate und Substrattemperatur beim Sputtern bzw. co-Sputtern und der Temperbedingungen eingehend untersucht. Als Wolframsilizid wird das hexagonale WSi2 verwendet, welches sich auf in-vacuo geheizten Substraten ausbildet. WC und W2C werden als Wolframkarbidmetallisierungen genutzt. Das phasenreine WC bildet sich bei einer hohen Propankonzentration von 2% in einer Propan-Wasserstoff-Atmosphäre und bei Tempertemperaturen oberhalb von 825˚C. Die W2C-Phase indes läßt sich phasenrein bei einer geringen Propankonzentration von <= 0,02% und bei Tempertemperaturen im Bereich von 750&ayn;C bis 1050&ayn;C präparieren. Eine Al/Ti-Metallisierung dient als Referenzmaterial.Es wird gezeigt, daß sich auf den p-4H- und p-6H-SiC-Proben hexagonales WSi2 und phasenreines W2C bildet, in den WC-Schichten jedoch ein geringer W2C-Anteil nachzuweisen ist. Für die drei wolframbasierten Metallisierungen ist keine Reaktion mit den SiC-Substraten nachweisbar. Die erzielten spezifischen Kontaktwiderstände von hexagonalem WSi2 auf p-4H- bzw. p-6H-SiC stellen mit rho_K = 6 10^-4 Ohm cm^2 bzw. 1,2 10^-3 Ohm cm^2 eine Verbesserung bisheriger Ergebnisse um mehr als zwei Größenordnungen dar. Die minimalen spezifischen Kontaktwiderstände von WC bzw. W2C auf p-4H-SiC liegen bei 8,9 10^-4 Ohm cm^2 bzw. 1,7 10^-3 Ohm cm^2 und auf p-6H-SiC bei 1,8 10^-2 Ohm cm^2 bzw. 2,5 10^-3 Ohm cm^2. Der geringste spezifische Kontaktwiderstand aller Proben wurde mit dem Referenzmaterial Al/Ti auf einer 4H-SiC-Probe mit 1,9 10^-4 Ohm cm^2 erreicht. Die spezifischen Kontaktwiderstände der wolframbasierten Metallisierungen und des Referenzmaterials liegen in der gleichen Größenordnung.
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Herstellung, Charakterisierung und elektrische Eigenschaften von modifizierten SiO2 Sol-Gel-Schichten für die Elektrotechnik/Elektronik, 2004. - Online-Ressource (PDF-Datei: 116 S., 4338 KB) : Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2004
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Im Rahmen dieser Arbeit wurden durch Anwendung des Sol-Gel-Prozesses nanoskalierte Schichten mit spezifischen elektrischen Eigenschaften hergestellt, die eine Anwendung als Funktionswerkstoffe in der Elektrotechnik/Elektronik finden können. Da Sol-Gel-Schichten auf der Basis von Siliziumdioxid (SiO2) mit großer mechanischer und chemischer Beständigkeit einen hohen elektrischen Widerstand von >1015O&hahog;cm besitzen, wurden erstmalig zur gezielten Herabsetzung des elektrischen Widerstandes dieser Schichten in der dielektrischen Matrix (SiO2) elektrisch leitende Partikel aus Kohlenstoff (Ruß) oder Rutheniumdioxid in einem weiten Konzentrationsbereich dispergiert. Die durch Hydrolyse von TEOS und MTEOS hergestellten Schichten wurden hinsichtlich ihrer Dicke, Morphologie, Struktur und Zusammensetzung charakterisiert. - Die elektrischen Eigenschaften dieser neuartigen Sol-Gel-Schichten wurden untersucht und die Abhängigkeit des Widerstandes von der Füllstoffskonzentration, der Frequenz und der Temperatur so wie das I-V-Verhalten ermittelt. Der elektrische Leitungsmechanismus wird im Rahmen der Perkolationstheorie und eines daraus abgeleiteten geometrischen Modells starrer elektrisch leitender Kugeln in einer isolierenden Matrix diskutiert. - Mittels Siebdruck wurden erstmals SMD-Widerstände hergestellt, die aus einer kohlenstoffhaltigen Sol-Gel-Funktionsschicht und einer Sol-Gel-Passivierungsschicht bestehen. Die kohlenstoffhaltigen Schichten können darüber hinaus auch für regelbare Widerstände und Wegsensoren mit erhöhter Abriebfestigkeit und Temperaturbeständigkeit eingesetzt werden. Durch Dip-coating wurden dünne RuO2-haltige Sol-Gel-Schichten für SMD-Widerstände abgeschieden. Weiterhin können diese RuO2-haltigen Schichten in Feuchtsensoren verwendet werden.
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Brechzahländerung durch Ionenaustausch in strukturierten Glasbauteilen, 2003. - Online-Ressource (PDF-Datei: 122 S., 1693 KB) : Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2003
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Die werkstofftechnischen Grundlagen für die Brechzahländerung durch Ionenaustausch in einem nach einem speziellen Prozess (Fotostrukturierung) strukturierbaren Glas (FS21) wurden geschaffen. Die Brechzahlreduzierung wurde favorisiert und im Detail untersucht. Durch die nacheinanderfolgende Bearbeitung des Glases mit den Technologien Fotostrukturierung und Brechzahländerung durch Ionenaustausch ist die Herstellung von filigranen lichtleitenden Glasbauteilen möglich. Davon ausgehend können Anwendungen in der Mikrosystem- oder Feinwerktechnik erschlossen werden. Denkbar sind u.a. Greifer und Federn mit integrierter auf Lichtleitung basierender Sensorfunktion und die Ausnutzung der Lichtleitung für spezielle Messtechnikaufgaben. - Für den Ionenaustausch wird eine Salzschmelze der Zusammensetzung 100 % NaNO3 verwendet. Ein kostengünstiger Versuchsaufbau wurde entwickelt und die Prozessparameter so entworfen, dass der Ionenaustausch reproduzierbar durchgeführt werden kann und dennoch über die Änderung von Ionenaustauschtemperatur und -dauer gesteuert werden kann. - Die Arbeit behandelt ausführlich die durch den Ionenaustausch hergestellten Diffusionsprofile in Glas FS21 und deren Abhängigkeit von den Ionenaustauschparametern. Theoretisch zu erwartende Zusammenhänge zwischen Diffusionskoeffizienten sowie Profiltiefen und der Ionenaustauschtemperatur sowie -dauer wurden experimentell gefunden. Außerdem wird auf Besonderheiten im Zusammenhang mit den drei im Glas vorliegenden Ionen Li+, Na+ und K+ eingegangen. - Mechanische Druckspannungen infolge Ionenaustausch werden in speziell entworfenen Ionenaustauschexperimenten nachgewiesen und durch Messung des Gangunterschiedes genauer beschrieben. - Die zu erwartende Brechzahländerung wird aus den Diffusionsprofilen (Profile der chemischen Zusammensetzung) voraus berechnet. Der Vergleich mit gemessenen Brechzahlprofilen erlaubt die Interpretation des Mechanismus der Brechzahlreduzierung. Ebenso wie für die Diffusionsprofile wird auch die Ausbildung der Brechzahlprofile in Abhängigkeit von Ionenaustauschtemperatur und -dauer untersucht. Diese Ergebnisse stimmen mit denen der Diffusionsprofile überein. - Einfache Lichtleiterelemente wurden hergestellt und in ihnen die Parameter lichtleitender Bauteilquerschnitt, Ionenaustauschtemperatur und -dauer variiert. Die Lichtintensität am Austritt dieser Lichtleiterelemente wird bezüglich der genannten Parameter charakterisiert und Maxima werden gefunden. An U-förmigen und Lichtteilerelementen wurde in Prinzipversuchen die lichtleitende Funktion nachgewiesen und somit Hinweise auf die Möglichkeiten der geometrischen Vielfalt der Lichtleiterbauteile gegeben. Die Arbeit kann Ausgangspunkt sowohl für Anwendungsforschung als auch Glasgrundlagenforschung sein und enthält entsprechende Vorschläge.
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Biologisch inspirierte mikrotechnische Werkzeuge für die Mikromontage und die Minimal-Invasive Chirurgie, 2003. - Online-Ressource (PDF-Datei: 128 S., 6838 KB) : Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2003
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"Natur findet die Form". Die konstruktiven Eigenschaften und Funktionsprinzipien der Lebewesen wurden in Millionen Jahren Evolution durch Spezialisierung erworben. Bionik verbindet so die Biologie mit der Technik und gibt als Methode der Umsetzung von Funktionsprinzipien biologischer Systeme dem Konstrukteur eine von der Evolution begründete Logik in die Hand. - In der Mikrosystemtechnik ist eine Vielfalt von Mikrokomponenten entwickelt worden. In der Kombination verschiedener Mikroteile zu einem hybriden System besteht das nächste Forschungsziel. Das Manipulieren dieser Mikrokomponenten ist eine der Schlüsseltechnologien für die weitere Systemintegration. Die Einbeziehung bionischer Entwurfskriterien in die Greifer- und Manipulationstechnik stellt anwendungsorientierte Erweiterungen der Greifer-Grundstruktur nach dem Vorbild biologischer Systeme bereit. - Mundwerkzeuge von Wirbellosen bieten in ihrer modellhaften Abstraktion Anregungen für die Konstruktion des Greifmechanismus und der Greifer-Wirkflächengestaltung. Sie sind - unter Maßgabe der Spezifik der Mikrodimension - störungstolerant und nachgiebig. In der Mikrosystemtechnik werden die monolithischen Getriebe durch nachgiebige Mechanismen realisiert. - Glastechnologie mit fotoempfindlichem Glas, FOTURAN, wurde gewählt für die Fertigung des Greifers. Ein Mikrogreifer mit linearer Kraft-Auslenkung-Kennlinie wurde hergestellt. - Ein strömungsunterstütztes Ätzverfahren wurde entwickelt, mit dem tiefe Strukturen mit einer Wandneigung von ca. 1&ayn; in 2mm Glas realisiert wurden. Auf der Basis der 2mm-Glastechnologie wurden Greifer mit Piezostapel-Aktuatoren entwickelt. Der Einsatz der Finite-Elemente-Methode (FEM) ermöglichte die Optimierung der Gestaltung von mikrostrukturierten Festkörpergelenken für die Realisierung einer großen Auslenkung mit möglichst reduzierter mechanischer Spannung. Ein Greifweg von 2(400æm konnte von den beiden Greifarmen realisiert werden. - Nach dem Prinzip der Flügelkopplung einer Wanze (Graphosoma spec.) wird Silikon-Elastomer eingesetzt, um die Funktionsteile durch ein elastisches Gelenk zu verbinden. Damit wird der Bewegungsbereich der Funktionsteile, unter Verminderung der Bruchgefahr, wesentlich größer. - Mit "Fingerspitzengefühl" kann der Mikrogreifer unter Ausnutzung vom "self-sensing"-Effekt des piezokeramischen Antriebs versehen werden - eine integrierte Sensorik, die bei der Detektion und Regelung des Greifvorganges anwendbar ist. - Minimal-Invasive Chirurgie hat gegenüber den traditionellen Eingriffsmethoden eindeutige Vorteile: kleinere Wundflächen, geringere Gewebeverletzung und kürzere Rekonvaleszenzdauer. In der Minimal-Invasiven Chirurgie ist es oft notwendig, überständiges Gewebe hochpräzise zu zertrennen. Zur Zeit verfügbare Werkzeuge stellen hohe Anforderungen an die manuellen Fähigkeiten der Ärzte. Eine Lösung findet sich im Prinzip der Blattschneiderameise Atta sexdens. Sie durchtrennt Pflanzenblätter mit einer oszillierenden Kieferbewegung und die hochfrequente Translation der Mandibelkanten trägt zu einem effizienten und glatten Schneiden bei. - Das Prinzip von Vibrationssägen wurde für die Konstruktion von MIC-Werkzeuge benutzt. Es führt auch zu einem selektiven Trennen, bei dem die umgebenden Gewebe geschont werden können. Glasfaser und ein Wellenleiter aus flüssigem Metall "Galinstan" wurden benutzt, Energie zu transportieren. Die Konstruktion für MIC-Werkzeuge wurde angegeben. Enerseits wird der Effektor von der durch den flexiblen Wellenleiter übertragenen Schallenergie getrieben, zu oszillieren; gleichzeitig realisiert der Effektor die Bewegung, sich dem zu sägenden Objekt zu nähern.
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