Dissertationen und Habilitationen

Anzahl der Treffer: 210
Erstellt: Thu, 28 Mar 2024 23:03:58 +0100 in 0.0686 sec


Täschner, Robert;
Prozess- und Sensorentwicklung für fertigungsgerechte hochtemperaturtaugliche Drucksensorsysteme auf Siliziumbasis. - Ilmenau, 2018. - 205 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2018

Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Entwicklung fertigungstauglicher, driftstabiler Hochtemperatur-MEMS-Druckmesssysteme auf Siliziumbasis. Diese Systeme werden benötigt, um beispielsweise in der Prozessautomation die Komplexität und damit Fehleranfälligkeit der eingesetzten Messtechnik zu senken. Die Steuerung von Prozessen kann mit derartigen Sensoren effizienter, dynamischer und somit auch ökonomischer erfolgen. Es ergab sich daher die Problemstellung des Entwurfs eines Sensors für derartige Randbedingungen und der Entwicklung eines Prozesses sowie dessen Teilschritte unter der Maßgabe einer industriellen Fertigungstauglichkeit. Die Konzepterstellung für das mikromechanische Gesamtsystem erfolgte unter Beachtung der mit der steigenden Einsatztemperatur deutlich steigenden Anforderungen an die Stabilität des Sensors. Der Entwurf der Sensoren wurde unter Berücksichtigung einer dem Sensor innewohnenden Resistenz gegen Fertigungsschwankungen, allseitige statische Druckeinflüsse und Montagespannungen sowie einer optimierten sensorischen Empfindlichkeit und Kennlinienabweichung, minimierten Leckströmen wie auch Temperaturabhängigkeiten durchgeführt. Es wurde eine umfassende Technologieentwicklung für die für die Fertigung des Sensors nötigen Frontend- und Backendprozesse durchgeführt. Unter anderem erfolgten die Entwicklung einer ECE-SOI-Technologie und die Prozessoptimierung des Sensorprozesses für das Silizium-Direkt-Bonden und dessen Optimierung für den Einsatz in hoch belasteten MEMS sowie die Entwicklung hoch wirksamer Packaging Substrate. Neben Prozessierungen erfolgte die umfassende Charakterisierung der Sensoren und Verbindungsverfahren auch auf bisher nicht untersuchte Einflussfaktoren. Unter Anwendungen der gewonnenen Erkenntnisse wurde ein neuartiger Fertigungsprozess für hochtemperaturtaugliche, piezoresistive Silizium MEMS-Drucksensoren entwickelt. Dieser Fertigungsprozess lässt die ökonomische Produktion der MEMS mit hohen Chipausbeuten und einer exzellenten Prozesssicherheit zu. Der wesentliche Beitrag liegt in der Kombination neuer konstruktiver und technologischer Lösungen zur Schaffung eines deutlich verbesserten Sensorkonzepts gegenüber dem Stand der Technik in Bezug auf die messtechnische Stabilität des Systems sowie der Produzierbarkeit im industriellen Maßstab.



Biswas, Shantonu;
Metamorphic stretchable electronics. - Ilmenau : Universitätsbibliothek, 2018. - 1 Online-Ressource (XXIV, 139 Seiten)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2018

Die jüngsten Fortschritte auf dem Gebiet der Elektronik wenden sich der Realisierung mechanischer dehnbarer Elektroniken zu. Diese sind in der Lage sich umzuwandeln um neue Formfaktoren anzunehmen. Um eine nahtlose Integration der Elektronik in unsere Alltagsgegenstände und viele weitere Anwendungsfelder zu ermöglichen, bei denen herkömmliche starre elektronische Systeme nicht ausreichen, ist mechanische Dehnbarkeit notwendig. Diese Arbeit zielt darauf ab, eine dehnbare Leiterplattentechnologie (sPCB) zu demonstrieren, die mit industriellen Herstellungsprozessen kompatibel ist. Idealerweise soll das starre Trägersubstrat der konventionellen Elektronik durch ein dehnbares Gummisubstrat mit dehnbaren Leiterbahnen ersetzt werden. Zunächst wurde eine Methode entwickelt, um eine industrietaugliche, einlagige, dehnbare Leiterplatte zu realisieren. Der dargestellte Ansatz unterscheidet sich von anderen Methoden in diesem Bereich, welche die Metallisierung auf dem Gummisubstrat aufbringen und die Komponenten anschließend darauf montieren. Dadurch leiden diese unter einer geringeren Ausrichtung und Fixierung. Stattdessen wird im dargestellten Ansatz ein harter Träger verwendet, der den Einsatz des dehnbaren Gummimaterials bis ans Ende der Prozesskette verschiebt. Diese Single-Layer-Methode wurde weiterentwickelt, um mehrschichtige, integrierte sPCB zu realisieren, bei der verschiedene Metallisierungsebenen durch vertikalen Durchkontaktierungen (VIA) miteinander verbunden werden. Auch dieses Verfahren verwendet konventionelle starre Träger für den Herstellungsprozess. Wie in der konventionellen Leiterplattentechnologie ist auch die Herstellung auf starren Trägern wichtig, da sie Folgendes ermöglicht: Ausrichtung und Registrierung, Hochtemperaturprozesse, konventionelle Chip-Bestückung durch Roboter und "On-Hard-Carrier"-Bauteiltests. Darüber hinaus ermöglicht die dargestellte Methode den direkten Einsatz handelsüblicher SMDs, was für die einfache Realisierung komplexer elektronischer Schaltungen wichtig ist. Als Endsubstrat kommt ein hochelastisches Silikonmaterial (EcoFlex) zum Einsatz, welches die Bauelementebenen einkapselt. Um die Bauelementebenen vom harten Träger auf das weiche Substrat zu übertragen, wird ein einstufiges, waferbasiertes und lösungsmittelfreies Ablöseverfahren eingesetzt, bei dem die differentielle Grenzflächenadhäsion einer Multi-Opferschichten genutzt wird. Für die hochelastischen Leiterbahnen wurde ein neues Mäander-Metallbahndesign entwickelt, welches als "spannungsadaptiv" bezeichnet wird. Die neue Mäander-Metallbahn variiert in ihrer Breite, um das einwirkende Drehmoment in den Metallbahnen, aufgrund der ungleichmäßigen Spannungsverteilung über die Mäander-Schleifen, aufzunehmen. Das spannungsadaptive Design zeigt eine signifikante Verbesserung der Spannungsverteilungen auf den Metallbahnen und führt experimentell zu einem höheren Niveau der maximalen Dehnung und der Anzahl der Dehnungszyklen. Es wurde eine breite Palette von dehnbaren Systemen demonstriert, darunter Elektronik, Optoelektronik, Akustoelektronik und Sensor-Arrays. Die Demonstratoren, auf Basis einer einzigen Metallisierungsschicht in einer Gummimatrix, enthalten Arrays mit gehäusten SMDs, LED-Nacktchips, laborgefertigte Si [my]-Transistoren und MEMS-Mikrofone. Weiterhin wird eine integrierte Multilayer-sPCB mit Chip-großen LEDs und Transistoren demonstriert, um eine adressierbare aktive Matrix zu realisieren. Dieser Prototyp demonstriert die Machbarkeit von integrierten Multilayer-sPCB und wird im Prinzip dazu führen, dass jedes heute bekannte elektronische System in ein äquivalentes dehnbares System überführt werden kann. Schließlich stellt diese Arbeit das bahnbrechende Konzept der metamorphen Elektronik vor, welche sich umwandeln kann um neue Topologien und Formfaktoren anzunehmen. Es werden verschiedene Arten von Deformationsmechanismen demonstriert, darunter das Aufblasen von gleichförmigen oder strukturierten Gummimembranen, 3D-geführte Deformationen und Vakuumformung in Kombination mit 3D-Schablonen. Die Palette der Topologien reicht dabei von halbkugelförmig, kugelförmig, konkav/konvex, pyramidenförmig, turmartig, bis hin zu komplexeren 3D-Formen, darunter Bienenaugen-Strukturen.



http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2018000172
Steiner, Cindy;
Plasmagestützte Nanostrukturierung von ETFE-Folie. - Ilmenau : Universitätsverlag Ilmenau, 2018. - 1 Online-Ressource (xiii, 168 Seiten). - (Werkstofftechnik aktuell ; Band 18)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2018

Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Untersuchung der Strukturbildung auf Ethylentetrafluorethylen-Folie (ETFE) in einem Plasmaätzprozess. Als Plasmaquelle wird ein Doppel-Magnetron-System mit gepulster Gleichspannung genutzt. In einer reinen Sauerstoffatmosphäre bilden sich negative Sauerstoffionen, die im Kathodenfall zum Substrat beschleunigt werden und mit diesem interagieren. Durch die Wechselwirkung mit der ETFE-Folie wird deren Oberfläche nanostrukturiert. Zunächst wird durch Variation der Energiedosis der Einfluss der Prozessparameter auf die Strukturbildung untersucht. Die Nanostrukturen werden hinsichtlich ihrer reflexionsmindernden und damit transmissionserhöhenden Wirkung sowie ihrer Strukturgrößen, -formen und -tiefen analysiert. Mit steigender Energiedosis zeigt sich ein Anstieg der Strukturtiefe. Damit verbunden steigt die Transmission bis zu einem Maximum an und fällt bei weiterer Steigerung der Energiedosis wieder ab. Der Zusammenhang zwischen der Energiedosis, der Transmissionsänderung und den Strukturdimensionen wird dargestellt und diskutiert. Die zur Analyse der Nanostrukturen genutzten Charakterisierungsmethoden werden miteinander verglichen und auf ihre Anwendbarkeit zur Beschreibung nanostrukturierter ETFE-Folie untersucht und bewertet. Weiterhin wird der Einfluss der kristallinen Bereiche auf die Strukturbildung untersucht. Dafür wird die teilkristalline ETFE-Folie monoaxial verstreckt. Die Kristalllamellen richten sich im ETFE aus. Im Plasmaätzprozess bilden sich auf den gereckten ETFE-Folien Nanostrukturen aus, die sich von denen auf ungerecktem ETFE unterscheiden. Die Dimensionen der Nanostrukturen werden in Bezug zu den Dimensionen der kristallinen Bereiche betrachtet und der Zusammenhang zwischen Strukturbildung und den kristallinen Bereichen des ETFE untersucht und diskutiert. Abschließend werden Möglichkeiten zur weiteren Erhöhung der Transmission dargestellt. Die im Rahmen der Arbeit gewonnenen Erkenntnisse zur Abhängigkeit der Strukturbildung von den Plasmaparametern werden auf das Polymer Polyethylenterephthalat (PET) übertragen. Außerdem wird die Stabilität des nanostrukturierten ETFE gegenüber Witterungseinflüssen gezeigt und damit das Potenzial nanostrukturierten ETFE-Folie für Außenanwendungen wie der Verkapselung von Solarzellen dargestellt.



https://www.db-thueringen.de/receive/dbt_mods_00034643
Krenkel, Sharon;
Anisotrope, hierarchische Strukturierung von nanoporösen Gläsern. - Ilmenau : Universitätsverlag Ilmenau, 2018. - 1 Online-Ressource (xvii, 277 Seiten). - (Werkstofftechnik aktuell ; Band 17)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2017

Die im Rahmen des Projektes "ANIMON" entstandene Arbeit beschäftigt sich mit der Herstellung und Charakterisierung von glasbasierten, hierarchisch porösen Monolithen mit anisotropem Porensystem im Mikro- bzw. Nanometerbereich. Die Formgebung durch Verziehen von Rohrbündeln unter Anwendung des Draw-Down-Prozesses wurde mit dem Herstellungsprozess für nanoporöse Gläser ausgehend von Alkaliborosilicatgläsern kombiniert. Mit diesem zweistufigen Verfahren wurden hierarchisch poröse Multikapillaren erzeugt. Die Größe der anisotrop orientierten Luft- bzw. Kanalporen liegt zwischen 5*10^-6 und 2 mm, die der Nanometerporen zwischen 2 und 300 nm. Die Grundlagenuntersuchungen zum Entmischungsverhalten und zur Viskosität ausgewählter Natriumborosilicatgläser und die Kontrolle der Prozesstechnik waren Voraussetzungen für die Steuerung der Porengrößen. Durch eine gezielte Auswahl der Prozessparameter, angepasst an die Glaszusammensetzung, ließ sich die Größeneinstellung der Nanometerporen vom Formgebungsprozess trennen. In Hinblick auf zukünftige Anwendungen wurden die mechanischen sowie optischen Eigenschaften bestimmt, erste Versuche zur Biokompatibilität durchgeführt und die Oberfläche modifiziert. In einem weiteren Teil der Arbeit wurde der Ansatz verfolgt, auch die Nanometerporen in der Glaswand zu orientieren. Hierfür war die Ausrichtung der Primärphasen unter Zugbelastung zielführend. Die Quantifizierung der Porenorientierung erfolgte mittels eines eigens entwickelten Bildanalyseverfahrens. Über die im Projekt vorgesehene Umformmethode hinaus wurden generative Fertigungsverfahren zur Herstellung hierarchisch poröser Monolithe mit anisotropen Poren im Mikrometerbereich untersucht. Im Falle des selektiven Lasersinterns mit dem CO2-Laser wurden mechanisch stabile Monolithe erhalten, deren Porengröße von der Formgebung unabhängig kontrollierbar ist. Des Weiteren wurde eine anisotrope Orientierung der Luft- und Kanalporen über die Schwamm-Replika-Technik realisiert. Verziehen und generative Fertigung wurden erfolgreich für entmischbare Gläser optimiert, so dass Glasformkörper mit Nanometerporen in den Wänden, Kanälen mit Durchmessern bis zu Millimetern und einer großen Bandbreite an geometrischen Formen erzeugt werden können. Nach passender Oberflächenfunktionalisierung erlauben sie Anwendungen in der Sensortechnologie, als Mikroreaktoren und für die Katalyse.



https://www.db-thueringen.de/receive/dbt_mods_00034529
Endr˝ody, Csaba;
Mikromechanischer, elektrostatischer Schrittaktor für die hyperspektrale Bildgebung. - Ilmenau : Universitätsbibliothek, 2018. - 1 Online-Ressource (1 Band, verschiedene Seitenzählungen)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2018

Es wird ein zweiachsiger, mikromechanischer Schrittaktor für die diskrete Positionierung eines Blenden-Arrays entwickelt. Die Anwendung liegt dabei in der hyperspektralen Bildgebung. Basierend auf dem chromatisch-konfokalen Prinzip kann eine spektrale Filterung mittels einer Lochblende, eines Hyperchromaten, eines Bildsensors und einer softwareseitigen Nachbearbeitung des abgebildeten Punktes erfolgen. Wenn anstelle der Lochblende ein Blenden-Array eingesetzt wird, können mehrere Objektpunkte gleichzeitig erfasst werden. Die Objektebene kann mit dem Scannen des Blenden-Arrays vollständig abgetastet werden. Für diese Aufgabe wird ein mikromechanisches System entwickelt, das hohes Integrationspotential bietet. Abgeleitet von den optischen Anforderungen wird ein Bewegungsbereich von ±100 [my]m mit einer minimalen Schrittgröße von 10 [my]m benötigt. Das Blenden-Array wird aus 200 [my]m dünnem Glas hergestellt, hat eine Größe von 5,5×7 mm^2 und eine Masse von 17-20 mg. Das reaktive Ionentiefenätzen von Silicium (DRIE) spielt eine zentrale Rolle bei der Fertigung der Aktorchips auf einem Silicon-on-Insulator (SOI) Wafer und wird für eine bessere Strukturtreue optimiert. Es werden zwei Aktorsysteme entworfen und umgesetzt. Im ersten Teil der Arbeit wird ein linearer Mikroschrittaktor mit elektrostatischer Aktuierung und inch-worm Schrittmechanismus realisiert. Basierend auf den Ergebnissen aus dem ersten Teil, wird im zweiten Teil ein zweiachsiger Mikroschrittaktor entwickelt. Der entworfene zweiachsige Mikroschrittaktor hat eine Größe von 14×10,7×1 mm^3. Die Antriebsspannungen liegen unter 200 V. Das zweiachsige System erreicht die angestrebten Entwurfswerte mit einer Schrittgröße von 8,4-18,1 [my]m (abhängig vom DRIE-Prozess) und einem Bewegungsbereich von 217-236 [my]m. Die Wiederholgenauigkeit der Schrittgrößen liegt bei etwa ±1,2 [my]m. Mit der resonanten Ansteuerung kann eine Schrittfrequenz von 13,5 Hz erreicht werden. Die unübliche Kombination von realisierter Schrittgröße, Bewegungsbereich und Traglast übertreffen die bekannten, siliciumbasierten Mikropositioniersysteme. Die umgesetzten Schrittaktoren können in das hyperspektrale System problemlos integriert werden. Weitere Anwendungsfelder sind in der Optik und spektralen Abbildung vorstellbar: Farbfilter-Arrays oder segmentierte Linsen können diskret positioniert werden, um dabei die resultierende Bildqualität zu steigern.



http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2018000013
Paszuk, Agnieszka;
Controlling Si(111) and Si(100) surfaces for subsequent GaP heteroepitaxy in CVD ambient. - Ilmenau : Universitätsbibliothek, 2017. - 1 Online-Ressource (XV, 142 Seiten)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2017

Die Integration von III-V-Unterzellen auf einem kostengünstigen aktiven Si-Substrat hat das Potential, Mehrfach-Solarzellen mit einem hohen Konversionswirkungsgrad zu ermöglichen. Das Wachstum von III-V-Materialien mit niedriger Defektdichte auf Si ist schwierig aufgrund der unterschiedlichen Kristallstrukturen. Dank der geringen Gitterfehlanpassung kann eine GaP Nukleationsschicht, die auf dem Si Substrat aufgewachsen wird, den Übergang von Si zu anderen III-V Materialien erleichtern. Solche pseudomorphen GaP/Si-Quasisubstrate ermöglichen die anschließende Integration planarer oder Nanodraht (ND)-basierter III-V-Strukturen. Die planaren Strukturen werden für gewöhnlich in [100]-Orientierung gewachsen, wohingegen ND-Strukturen bevorzugt entlang der [111]-Richtung wachsen. Die vorliegende Arbeit untersucht die Präparation der Si Unterzelle und der pseudomorphen GaP/Si Quasisubstrate mittels metallorganischer chemischer Gasphasenabscheidung (MOCVD). Auf der Si(100) Oberfläche verursachen Einfachstufen beim heteroepitaktischen Wachstum von III-V-Schichten die Entstehung von Antiphasendomänen, wohingegen bei Si(111)-Substraten die Kontrolle der Polarität der GaP-Schichten entscheidend ist, um das senkrechte Wachstum von ND zu erreichen. MOCVD-Wachstumsprozesse sind sehr komplex aufgrund der Anwesenheit von metallorganischen Ausgangsstoffen, des Prozessgases (H2), welches einen starken Einfluss auf die Stufenformation des Si hat, und wegen des allgegenwertigen Wechselspiels zwischen energetischen und kinetischen Prozessen. Um die präzise Präparation der Si-Oberfläche kontrollieren zu können verwenden wir in situ Reflexions-Anisotropie-Spektroskopie (RAS) und korrelieren Signale, welche an entscheidenden Prozessschritten auftreten, mit Ultrahochvakuum (UHV)-basierten Oberflächen-empfindlichen Methoden. Beide Si-Oberflächen wechselwirken stark mit dem H2-Prozessgas, was zu einer Terminierung der Oberflächen mit Monohydrid führt. Der Kollektor in Si(100) und Si(111) wird durch Tempern unter TBP oder TBAs Precursor gebildet, welches zu einer Diffusion von P oder As in Si führt. Nach der Kollektor-Bildung weiteres Tempern in H2 ist notwendig, um für die GaP Nukleation wieder eine glatte Oberfläche (epiready) zu generieren. Um GaP(111) mit B-Typ-Polarität zu erzielen, was für vertikales III-V ND-Wachstum notwendig ist, ist eine Modifizierung der H-terminierten Si-Oberfläche nötig. Durch eine gezielte Terminierung der Si-Oberfläche mit As oder H2 lässt sich die Polarität des GaP-Films kontrollieren. Im Falle von Si(100) 6˚ kann mittels in situ RAS die Dimer-Ausrichtung der Majoritätsdomäne auf der Oberfläche in Abhängigkeit der As-Quelle (Asx oder TBAs) und der Abkühlprozedur kontrolliert werden. Dies erlaubt die gezielte Einstellung der Untergitterausrichtung der nachfolgend gewachsenen, eindomänigen GaP/Si(100)-Schicht. Somit können sowohl für planare als auch für ND-basierte photovoltaische Mehrfachabsorber-Strukturen geeignete GaP/Si Quasisubstrate mit wohldefinierten Grenzflächen und einem p-n-Übergang im Si kontrolliert in der MOCVD präpariert werden.



http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2017000743
Mehner, Hannes;
Passive mechanische Mikrosysteme für multiple Ereigniserkennung. - Ilmenau : Universitätsbibliothek, 2017. - 1 Online-Ressource (i, II, 208 Seiten)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2017

Mikrosysteme, welche vorhandene Umgebungsenergie (bspw. mechanisch, thermisch) in elektrische Energie wandeln und so den dauerhaften Betrieb bspw. eines nachgeschalteten Mikrosensors ermöglichen, bilden einen bedeutenden Forschungsbereich. Nach wie vor bestehen technologische Herausforderungen, die die Produktreife derartiger Konzepte behindern, wobei als größtes Hindernis die begrenzte elektrische Leistungsmenge vieler Systeme anzuführen ist. Für Applikationen, bei welchen die Umgebung nicht genügend Energie für einen annähernd konstanten Betrieb eines Energiewandlers liefert, der Einsatz elektrochemischer Energiespeicher bspw. aufgrund gesundheitsgefährdender Risiken nicht möglich ist oder selten (Jahre) auftretende aber funktionell kritische Grenzwertüberschreitungen sensorisch erfasst werden sollen, sind neue Konzepte notwendig. Im Rahmen dieser Arbeit wird ein neuartiger Bereich energieautarker Mikrosysteme thematisiert. Er umfasst Systeme, welche ohne den Bedarf an elektrischer Energie physikalische Größen der Umgebung erfassen und über beliebige Zeiträume speichern können. Dabei wird die Energie der zu erfassenden physikalische Größe selbst genutzt, um eine reversible oder irreversible Zustandsänderung im Mikro-system hervorzurufen. Die Beibehaltung dieser Zustandsänderung über beliebige Zeiträume wie auch die Möglichkeit den internen Zustand des Mikrosystems in einen nutzbaren elektrischen Messwert zu wandeln sind für den Systementwurf von entscheidender Bedeutung. In dieser Arbeit werden zwei Beispiele derartiger passiver Mikrosysteme vorgestellt. Dabei handelt sich um rein mechanisch passive Mikrosysteme, bei welchen das mechanische Funktionsprinzip des Formschluss verwendet wird. Beide Systeme werden mittels Silicon-on-Insulator Substraten hergestellt. Ein passiver Stoßbeschleunigungssensor auf Basis eines Rastmechanismus, ermöglicht die Erfassung und Speicherung mehrerer Stoßbeschleunigungen. Eine federgeführte seismische Masse bewegt sich relativ gegenüber zwei gefederten Gegenrasten. Die Lage der seismischen Masse wird über eine Verzahnung zu den Gegenrasten gesichert. Je nach Systemvariante können 12 bis 16 verschiedene Stoßbeschleunigungsamplituden im Bereich von 3 g bis 240 g erfasst und gespeichert werden. Mittels eines integrierten elektrostatischen Tangentialaktors können die Systeme bei Spannungen von bis zu 65 V initialisiert werden. Zwei strukturierte Elektrodenflächen, welche mittels eines Deckelchips aus Glas 10 [my]m oberhalb der seismischen Masse positioniert sind, ermöglichen eine kapazitive Messung und so die Wandlung der mechanischen Position in einen elektrischen Messwert. Ein erstmals präsentiertes Konzept für einen lateral aufgebauten, mechanisch binären Zählmechanismus bildet das zweite passive mechanische Mikrosystem. Der Systementwurf weist das Potential zum Zählen und Speichern einer großen (> 100) Anzahl physikalischer Grenzwertüberschreitungen auf. Der Zählerwert wird im System in Form eines mechanisch binären Codes gespeichert. Der Mechanismus ist aus einer Grundmenge funktionaler Systemelemente aufgebaut, die seriell aneinander gereiht werden. Am Eingang des Mechanismus soll ein Energiewandler sitzen, welcher die Energie der zu erfassenden physikalischen Grenzwertüberschreitung in eine zum Mechanismus passende Kraft-Weg-Charakteristik wandelt. Im Rahmen dieser Arbeit werden die Konzeptionierung und die Demonstration der Funktionsfähigkeit des Mechanismus vorgestellt, der Energiewandler am Systemeingang wird als abstrakte Größe behandelt. Die Funktionsfähigkeit des Mechanismus wird mit 2-Bit Systemen demonstriert. Die maximale Schaltkraft tritt beim [3 &flech; 0 Zustandswechsel auf und beträgt rund 20 mN. Dabei muss der Eingang über einen Schaltweg von rund 82 [my]m bewegt und eine maximale Schaltenergie von rund 650 nJ erbracht werden. An einem 2-Bit System wird ein Dauerversuch mit 15 000 Schaltvorgängen durchgeführt, wobei am Ende des Dauerversuchs rund 30 % der Schaltvorgänge fehlerhaft sind. Mittels dünner, piezoresistiver Polysilicium-widerstände auf den Bitführungsfedern kann der mechanische Zählerwert in einen elektrischen Messwert gewandelt werden. Das Phänomen Reibung zwischen trockenchemisch strukturierten Siliciumflächen ist für beide Systementwürfe von Bedeutung. Es wird mittels eigens entworfener Teststrukturen untersucht. Dabei wird ein Gleitreibfaktor zwischen 0,35 und 0,5 bei maximalen Normalkräften von 2,6 mN gemessen.



http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2017000705
Mihm, Sebastian;
Methodik und ganzheitliche Prozessoptimierung zur Effizienzsteigerung des atmosphärischen Plasmaspritzens von Wärmedämmschichten. - Ilmenau : Universitätsbibliothek, 2017. - 1 Online-Ressource (XI, 176 Seiten)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2017

Verbunden mit dem globalen Wirtschaftswachstum und der überproportional wachsenden Nachfrage nach Rohstoffen, wirken sich stetig steigende Energie- und Rohstoffpreise auf die Wirtschaftlichkeit des atmosphärischen Plasmaspritzens von Wärmedämmschichten im Gasturbinenbau aus. Um diese Schichtsysteme basierend auf keramischen, porösen Yttrium-stabilisierten Zirkonoxidschichten auch zukünftig wirtschaftlich wie auch ressourcenoptimiert zu produzieren, muss der Verknappung von Rohstoffen durch Erhöhung der Energie- und Ressourceneffizienz entgegengewirkt werden. Das zentrale Forschungsthema der vorliegenden Arbeit beinhaltet die Entwicklung einer Methodik zur Effizienzsteigerung des atmosphärischen Plasmaspritzens von Wärmedämmschichten unter beibehalten qualifizierter und bekannter Schichteigenschaften. Unter Verwendung des industriell weitverbreiteten Ein-Anoden-Kathoden Gleichstromplasmagenerators F4/MC60, wird basierend auf einer konvergent-divergenten Düsengeometrie (VMT_1.0) eine Methodik zur ganzheitlichen Prozessoptimierung entwickelt und validiert. Auf Grundlage von 12 definierten Prozessparametern erfolgt über die Messgegenstände Spritzfleck, String, Beschichtungsplatte eine schrittweise Optimierung von Plasma-, Partikel- und Schichteigenschaften. In Verbindung mit der Auswertung effizienzbeschreibender Größen (Auftragwirkungsgrad, effektiver Schichtauftrag pro Zeit) und Schichteigenschaften (Porosität, Schichtdicke) wird durch den ganzheitlichen Optimierungsansatz eine signifikante Effizienzsteigerung bei vergleichbarer Schichtqualität erreicht. Die erzielten Ergebnisse, eine Reduktion des Pulververbrauchs und der Beschichtungszeit um ca. 50 % sowie ein Schichtauftrag pro Zeit von 59 g/min verdeutlichen, dass mit dem Ein-Kathoden-Anoden System Prozesseigenschaften zu realisieren sind, die normalerweise nur durch Mehr-Anoden/Kathoden- und Hochenergie-Applikationen erreicht werden. Durch Prozesscharakterisierungen der optimierten Plasma-, Partikel- und Schichteigenschaften mit Hilfe verschiedener diagnostischer Messverfahren (Enthalpiesonde, SprayWatch, ICP-Sensor) und der Vergleich mit der Ausgangssituation, werden die Ergebnisse der einzelnen Entwicklungsphasen der Methodik validiert und das Prozessverständnis für das atmosphärischen Plasmaspritzen verbessert. Dabei werden Prozessdefizite hinsichtlich schwankender Düsenstandzeiten der konvergent-divergenten Düsengeometrie aufgezeigt, die durch eine eingeschränkte Anodenfußpunktbewegung des Lichtbogens verursacht sind. Untersuchungen des Einflusses unterschiedlicher konvergent-divergenter Düsengeometrie (VMT_1.0, VMT_2.0, VMT_3.0) auf den Plasmaspritzprozess in Verbindung mit den entwickelten Parametern sowie numerische Strömungssimulationen, beschreiben die Ursache der unterdrückten Anodenfußpunktbewegung und bilden Voraussetzung für das Auslegen einer neuartigen konvergent-zweistufigen divergenten Düsengeometrie (VMT_4.0, 3-Zonen-Düse). Durch ihre geometrisch gegliederte Gestaltung wird die Anodenfußpunktbewegung erhöht und zeitgleich die Prozesseigenschaften der entwickelten Parameter bezüglich Effizienz und Schichtqualität beibehalten. Sie stellt eine weitere Prozessverbesserung dar und bildet das Bindeglied zwischen zylindrischer und konvergent-divergenter Düsengeometrie.



http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2017000282
Nicolai, Katja;
Generative Fertigung von Sinterglaskörpern für Glasdurchführungen durch 3D-Drucken. - Ilmenau : Universitätsverlag Ilmenau, 2017. - 1 Online-Ressource (209 Seiten). - (Werkstofftechnik Aktuell ; 16)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2017

Die Arbeit behandelt die erstmalige Ergänzung des Herstellungsprozesses von Glasdurchführungen durch den Einsatz eines generativen Verfahrens zur Fertigung von Rohlingen für Sinterglaskörper sowie die Anpassung der vor- und nachgelagerten Prozessschritte an die dadurch veränderten Bedingungen. Damit sollte der herkömmliche Prozessschritt "Pressen" hinsichtlich Kosten- und Zeiteinsparung im Rahmen von Kleinserien ersetzt werden. Bei dem ausgewählten generativen Verfahren handelte es sich um den 3D - Pulverbettdruck. Der 3D - Druck von Glaspulver für technische Anwendungen war ein Novum, so dass Erfahrungswerte aus dem Bereich der Keramik den Einstieg in die Problematik und deren Weiterentwicklung für Glas ermöglichten. Die Herausforderung bestand darin, trotz der Unterschiedlichkeit der beiden Formgebungsverfahren Pressen und 3D - Pulverbettdruck vergleichbare Eigenschaften der Rohlinge für Sinterglaskörper zu erhalten. Der beim Pressen verwendete Druck für die Formgebung ist beim 3D - Pulverbettdruck nicht vorhanden. Die erforderliche Dichte und Porosität muss über eine geeignete Korngrößenverteilung der Ausgangsmaterialien erreicht werden Glaspulver mit Korngrößenverteilungen ab < 165 [my]m mit 20 % bis 30 % Feinanteilen (2 - 3 [my]m) hatten die günstigste Anordnungsmöglichkeit der Pulverbestandteile. Mit dem entwickelten Temperaturprogramm für den Entbinder- und Sinterprozess wurde durch Modellierung und Optimierung die vollständige Zersetzung der Binderbestandteile sichergestellt. Die Porositäten der durch 3D - Pulverbettdruck hergestellten Sinterglaskörper im Vergleich zu denen aus dem herkömmlichen Presseverfahren betrugen 25 % - 40 % zu 22 % und die Dichten 1,7 g/cm^3 zu 2 g/cm^3. Im Hinblick auf spätere Einschmelzungen konnten die Differenzen durch Anpassung der Abmessungen der Rohlinge ausgeglichen werden. Beide Herstellungsverfahren haben Formtoleranzen von 1 bis 2 %. Die durch 3D - Pulverbettdruck hergestellten Sinterglaskörper erfüllen die erforderlichen Qualitätsparameter bei der Verwendung für Glasdurchführungen und entsprechen dem Stand der Technik nach dem Einschmelzen. Ausgehend von diesen Ergebnissen konnte eine stabile Prozesskette für die Fertigung von Glasdurchführungen mit generativ gefertigten Rohlingen für Sinterglaskörper abgeleitet werden.



https://www.db-thueringen.de/receive/dbt_mods_00032750
Zhao, Weihong;
Vierpunktmessungen an freistehenden Nanodrähten mit einem Multispitzen-Rastertunnelmikroskop. - Ilmenau : Universitätsbibliothek, 2017. - 1 Online-Ressource (103 Blätter)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2017

In dieser Arbeit wird die Schaffung der präparativen Voraussetzungen für das Nanodrahtwachstum, die Inbetriebnahme des komplexen MTSTMs für Nanodraht-Charakterisierung und erste Experimente mit anschließenden Analysen an ersten Proben vorgestellt. Zunächst wurden entsprechende Prozessparameter für Präparation von Si(111)- und GaP(111)-Substraten mittels metallorganischer Gasphasenabscheidung (MOCVD) - Verfahren etabliert. Si(111)-Substrate wurden durch Annealingsprozess komplett von Oxidschicht sowie allen anderen Verunreinigungen befreit und mit Wasserstoff terminiert. Mittels AFM-Untersuchung wurde eine Verringerung der Rauheit durch nasschemische Vorbehandlung nachgewiesen. GaP(111)-Substrate wurden ebenfalls mittels MOCVD präpariert, um Oxide und Verunreinigungen zu entfernen. Mittels LEED-Untersuchung ließ sich die Oberflächenpolarität von GaP(111) in A-Typ mit (2x2)-Oberflächenrekonstruktion und B-Typ mit (1x1) unterscheiden. Mit sehr hohem V/III Verhältnis, niedriger Wachstumsrate und niedrigerer Temperatur konnte die Oberflächenrauheit von GaP(111)B, der für Wachstum vertikaler Nanodrähte notwendig ist, bei homoepitaktischem Wachstum stark gesenkt werden. Ein speziell angefertigtes Multispitzen-Rastertunnelmikroskop (MTSTM) mit einem Rasterelektronenmikroskop wurde für diese Arbeit in Betrieb genommen. Mit MTSTM ist es möglich, bis zur vier STM-Spitzen in-situ kontrolliert und kollisionsfrei an Nanostrukturen anzunähern und eine Anordnung für eine Vierpunktmessung zur Bestimmung des Widerstands zu realisieren. Die freistehenden Nanodrähte wurden im Ultrahochvakuum zerstörungsfrei mit hoher Auflösung und geringem Aufwand untersucht, verglichen mit herkömmlicher lithografischer Methode. Erste Experimente an Proben mit freistehenden p-dotierten GaAs-Nanodrähten, die im vapor-liquid-solid (VLS) Prozess mit konstanter Temperatur bzw. zwei Temperaturstufen in MOCVD mit/ohne Push-Leitung präpariert wurden, wurden durchgeführt. Dabei wurden p-GaAs-Nanodrähte auf n-GaP(111)B-, n-GaAs(111)B- sowie p-GaAs(111)B-Substrat zur elektrischen Charakterisierung untersucht und ausgewertet. Es wurde experimentell herausgefunden und nachgewiesen, dass unzureichende Vorsättigung mit Dotierstoff eine ausgebreitete Verarmungszone im Sockelbereich des Nanodrahts verursachte, die man sonst mit lithografisch kontaktierten Einzeldrähten so nicht ermittelt hätte. Darüber hinaus ist es zum ersten Mal gelungen, die Leitfähigkeit freistehender porösen Si/c-Si-Nanodrähte durch MTSTM zu untersuchen. Die festgestellte Diodencharakteristik über den porösen Si/c-Si-Übergang stimmt mit dem Ergebnis an planarer Probe mit poröser Si-Schicht auf c-Si-Substrat sehr gut überein.



http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2017000187