Studentische Arbeiten

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Weigel, Christoph;
Herstellung eines Freistrahlinterferometers mittels DRIE in fused silica. - 99 S. : Ilmenau, Techn. Univ., Masterarbeit, 2012

Für die Realisierung von mikrooptischen Interferometern wird meistens auf hybride Systeme zurückgegriffen. Dabei erweist sich die Justierung durch immer kleinere Abmessungen als schwierig und zeitaufwändig. Die Herstellung als integriertes mikrooptisches System ermöglicht eine schnelle Inbetriebnahme und hohe Reproduzierbarkeit. In dieser Arbeit werden integrierte Freistrahlinterferometer in fused silica entwickelt, die diese Eigenschaften erfüllen sollen. Ausgehend von den technologischen Randbedingungen werden verschiedene Designvarianten von Freistrahlinterferometern entwickelt, die sich in der Art der Strahlteilung, den geometrischen Abmessungen und den Grad der Integration unterscheiden. Dazu werden geometrische Modelle erstellt und das Signal- und Dämpfungsverhalten analysiert. Des Weiteren werden Grenzen für die Auswertung ermittelt und Anforderungen an den Herstellungsprozess definiert. Für die Herstellung werden vorhandene Prozessschritte analysiert und optimiert, um mikrooptische Strukturen hoher Qualität zu erzeugen. Das Hauptaugenmerk liegt dabei auf der Optimierung des Glasätzprozesses hin zu geringeren Rauheiten der Flanken und somit besserer optischer Güte. Dabei wurden unterschiedliche HF-Leistungen auf ihren Einfluss untersucht. Das Ergebnis sind nahezu senkrechte Kanten mit über 100 mym Höhe und mittlere Rauheiten mit weniger als 8 nm. Für die Verspiegelung von Funktionsflächen sind diese Kanten optisch dicht mit Aluminium zu beschichten. Voraussetzung dafür ist das Aufbringen einer Maske, die über die gesamte Höhe der geätzten Strukturen die Seitenflächen bedeckt und gewünschte Bereiche freilegt. Dazu werden Versuchsreihen für Sprühbelackungen mit dem Photoresist AZ nLof 2070 durchgeführt, die den Einfluss der Lackzusammensetzung, der Belichtungsdosis, den Proximityabstand und weiteren Parametern untersuchen. Das Ergebnis daraus und der nachfolgenden Metallisierung sind optisch dichte Verspiegelungen von senkrechten Kanten großer Höhe. Die hergestellten Freistrahlinterferometer werden in einem Demonstratoraufbau auf ihre Funktionsfähigkeit und Kenngrößen untersucht und Einflüsse auf die Messgenauigkeit dargestellt. Des Weiteren werden Verbesserungsvorschläge für eine weitere Verringerung des Justageaufwands und Verbesserung der Auswertbarkeit von mikrooptischen Systemen aufgezeigt.



Giesler, Katharina;
Analyse eines neuen Antriebskonzepts für ein mehrachsiges Reflektorelement. - 52 S. Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2012

Reflektorelemente der Mikrotechnik sind heutzutage nicht mehr wegzudenken. Sie verkleinern optische Systeme wie zum Beispiel Displays und Sensoren. Mit der Entwicklung eines neuen mehrachsigen Reflektorelements soll eine nicht mehr achsengebundene Reflektion mit großen Winkeln im nichtresonanten Bereich erhalten werden. Im Rahmen der Bachelorarbeit wird das Konzept eines neuen mehrachsigen Reflektorelements analytisch und experimentell betrachtet. Die analytischen Betrachtungen zeigen, dass je nach Einsatz des Aktors verschiedene Winkel erreichbar werden können. In der experimentellen Betrachtung ist eine allgemeine Funktionalität des Prinzips festzustellen.



Fliegner, Caroline;
Miniaturisierte Druckerzeugung für fluidisch durchstimmbare Membran-Mikrolinsen. - 39 S. Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2012

Adaptive Mikrolinsen haben eine große Bedeutung für mobile Systeme, wobei besonders membranbasierte Mikrolinsen einen großen Verstimmbereich bei gleichzeitiger Robustheit gegenüber Umwelteinflüssen abdecken können. Im Rahmen dieser Arbeit wird eine solche membranbasierte Mikrolinse vorgestellt, die mit einer integrierten Pumpeinrichtung arbeitet. Sie basiert auf dem thermo-pneumatischen Prinzip, wobei eine thermische Entkopplung zwischen der geheizten Struktur und dem optischen Pfad realisiert wird. Das System wird als hybrider Aufbau aus Keramik und Silizium entwickelt. Es wird hinsichtlich der Temperaturverteilung bei Leistungseintrag, der Verformung der Membran und der optischen Eigenschaften bewertet. Das Mikrosystem zeichnet sich durch ein großes Temperaturgefälle über der Keramik von der Heizstruktur zum optischen Pfad, einen gut ausgenutzten Verformungsbereich der Membran sowie durch gute optische Eigenschaften in einem großen Brennweitenbereich aus. Eine thermische Entkopplung durch räumliche Trennung zweier Strukturen in einem Mikrosystem ist demnach möglich.



Ziegner, Fred;
Methoden und Potentiale des "Micro Energy Harvesting" am Beispiel eines intraokularen Energiewandlers. - 50 S. Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2011

Die Arbeit beschäftigt sich mit den Potentialen der lokalen Energieversorgung aus ambienten Quellen. Mit dem Schwerpunkt mechanisch-elektrischer Energieumwandlung enthält die Arbeit die Rechercheergebnisse zu den grundlegenden Funktionsprinzipien und Einsatzmöglichkeiten des "Micro Energy Harvesting" zur Energieversorgung autonom arbeitender Sensorsysteme.



Muether, Robert;
Aufbau, Test und Optimierung einer Reaktorkammer für ein laserinduziertes Mikroplasma. - 83 S. Ilmenau : Techn. Univ., Diplomarbeit, 2011

Das Teilprojekt B7 "Nanotools" des Sonderforschungsbereiches 622 an der Technischen Universität Ilmenau verfolgt die Entwicklung von Werkzeugen zur Integration in die Nanopositionier- und Nanomessmaschine (NPMM). Die vorliegende Arbeit befasst sich mit Untersuchungen zur Konzeptionierung einer mikrotechnisch hergestellten Reaktorkammer für ein laserinduziertes Mikroplasma. Die zu konzeptionierende Reaktorkammer dient als Quelle für ein selektives Plasmaätzverfahren. Die gepulste Strahlung eines Nd:YAG-Lasers wird durch eine Optik ins Innere der Reaktorkammer geführt und dort in einer SF6-Gas-Atmosphäre fokussiert. Die beim optischen Plasmadurchbruch vorherrschende hohe Energiedichte bzw. das Vorhandensein von angeregten Teilchen, ermöglicht die Erzeugung von chemisch reaktiven Ätzmedien. Durch Extraktion der reaktiven Plasmaspezies aus dem Reaktor zu einer Probe hin, ist eine gezielte Bearbeitung ausgewählter Halbleitermaterialien, wie z.B. Silizium, an einer betreffenden Stelle im sub-m-Bereich möglich. Die Schwerpunkte zur Konzeption eines Mikroplasmareaktors lagen bei Untersuchungen zu den mechanischen und optischen Eigenschaften der verwendeten AlN-Dünnschichtmembranen unter dem Einfluss einer laserinduzierten Plasmazündung. Das optische Transmissionsverhalten der AlN-Dünnschichtmembranen wurde charakterisiert. Hieraus wurde ein Optimum zwischen Schichtdicke und Transmissionsgrad der verwendeten Laserwellenlänge etabliert. Zur Untersuchung der mechanischen Stabilität der Dünnschichtmembranen wurden Schalldruckmessungen am Laserplasma, hydrostatische Drucktests und Bruchtests unter dem Einfluss laserinduzierter Schockwellen durchgeführt. Als Ergebnis der Untersuchungen konnte ein Konzept zum Aufbau eines mechanisch und chemisch stabilen Mikroplasmareaktors abgeleitet werden.



Schulz, Alexander;
Design und Herstellung mikrooptischer Elemente mittels DRIE. - 100 S. : Ilmenau, Techn. Univ., Diplomarbeit, 2011

In dieser Arbeit wird das Design und die Herstellung mikrooptischer Elemente mittels DRIE untersucht. Es wird das Tiefenstrukturieren von Kieselglas als Standardprozess der Plasmatechnologie charakterisiert. Ziel ist unter anderem ein Konzept für ein Freistrahlinterferometer. Strahlteiler sind das wichtigste Element für den Aufbau eines integrierten Interferometers. Schwerpunktmäßig wurden Strahlteiler basierend auf dem Brechungsgesetz und der Interferenz an Mehrfachschichten behandelt. Bestehende Ätzprozesse wurden charakterisiert, und daraus ein optimierter Ätzprozess zum tiefen Glasätzen entwickelt. Es wurde ein Wellenleiter, in Form eines neuartigen SiO2 Schichtsystems, entwickelt. Damit konnte eine Integration der Elemente zu einem Interferometer erzielt werden. Eine Prozessfolge zur Herstellung der Elemente wurde entwickelt und die technologischen Grenzen festgelegt. Mit dieser Prozessfolge konnten erfolgreich optische Strukturen hergestellt werden. Ein optischer Messstand wurde aufgebaut und die hergestellten Komponenten charakterisiert. Es konnte eine erfolgreiche Strahlteilung an tiefgeätzten Glasstrukturen einer Designvariante durchgeführt werden. Aus den Ergebnissen wurden die Anforderungen an die Herstellung mikrooptischer Elemente abgeleitet.



Lampert, Kathrin;
Nanoimprint-Lithografie mit UV-empfindlichen Lacksystemen. - 109 S. : Ilmenau, Techn. Univ., Diplomarbeit, 2011

Die weltweit vorangetriebene Miniaturisierung von Sensoren, Aktoren und elektronischen Bauelementen führt zu steigenden Anforderungen an die Lithografie als Verfahren zur Reproduktion von Strukturen auf einem Substrat. Als hochauflösendes, durchsatzorientiertes und kostengünstiges Verfahren ist seit 1995 die Nanoimprint-Lithografie (NIL) bekannt. Bei diesem Lithografieverfahren wird ein strukturierter Stempel in eine zähflüssige Lackschicht gepresst, wobei der Lack durch Kapillarkräfte die Kavitäten der Stempelstrukturen ausfüllt. Vor dem Entfernen des Stempels wird der Lack ausgehärtet. Im Fall der ultravioletten Nanoimprint-Lithografie (UV-NIL) wird ein transparenter Quarzglasstempel verwendet, durch welchen der Lack mittels UV-Belichtung ausgehärtet wird. Am Zentrum für Mikro- und Nanotechnologien (ZMN) der TU Ilmenau steht die Maskenjustier- und Belichtungsanlage MA/BA8 Gen3 (MA8) der Firma SÜSS MicroTec AG für die Fotolithografie zur Verfügung. Mit einem Einsatz zur Stempelaufnahme kann die Anlage für UV-NIL umgerüstet werden. Das Ziel der vorliegenden Diplomarbeit ist die Etablierung des UV-NIL-Prozesses am MA8 sowie die Übertragung der durch einen NIL-Stempel definierten Strukturen in mikrotechnologisch relevante Substratmaterialien wie z.B. Silicium, Siliciumoxid und Siliciumnitrid mittels reaktivem Ionenätzen an der Trockenätzanlage Plasmalab System 100 von Oxford Instruments Plasma Technology (RIE Oxford). Der Stempel ist das strukturdefinierende Element des UV-NIL-Prozesses. Im Rahmen dieser Arbeit wurden zunächst Hersteller kundenspezifisch gestalteter Stempel recherchiert und Angebote für im MA8 einsetzbare Stempel eingeholt. Aufgrund der hohen Kosten wurden diese Stempel jedoch nicht angeschafft. Für die Erprobung des UV-NIL-Prozesses wurden stattdessen Möglichkeiten zur Herstellung von Teststempeln am ZMN überprüft. Die Herstellung von Teststempeln mit einer Grundfläche von 1cm× 1cm und minimalen lateralen Strukturabmessungen von 700nm mittels Fotolithografie und anschließendem Ätzprozess wurde demonstriert. Als Befestigung der Teststempel auf einem Trägersubstrat zur Aufnahme im MA8 wurde die Verwendung von Thermorelease-Folie erfolgreich erprobt. Die Abformung der Teststempel in die UV-NIL-Lacke mr-UVCur06 und mr-UVCur21 (Micro Resist Technology GmbH) konnte am MA8 erfolgreich demonstriert werden. Standardparameter für die Prozessführung wurden festgelegt. Das vor der Strukturübertragung erforderliche Entfernen der Restlackschicht mittels Sauerstoffplasma wurde an der RIE Oxford etabliert und die Ätzraten für die UV-NIL-Lacke bestimmt. Die Übertragung der mittels UV-NIL definierten Strukturen in Silicium und Siliciumnitrid an der RIE Oxford wurde erfolgreich demonstriert und für die jeweiligen Prozesses die Selektivität des UV-NIL-Lacks mr-UVCur06 bestimmt. Zudem konnte durch geeignete Prozessführung trotz inhomogener Abformung die vollständige Stempelstruktur in Siliciumnitrid (Ätzstopp auf Silicium) übertragen werden.



Hartlep, Christian;
Mechanische Modellierung von bulk-micromachined Infrarot-Sensoren. - 54 S. Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2011

Die vorgelegte Bachelorarbeit beschäftigt sich mit der Untersuchung der mechanischen Eigenschaften von Infrarotsensoren, um die strukturelle Zuverlässigkeit der Sensoren zu verbessern. Die hohe Abhängigkeit der Eigenfrequenzen zu den mechanischen Spannungen ermöglichte den Einsatz von Finite-Elemente-Simulationen in Kombinationen mit der vibrometrischen Bestimmung der Eigenfrequenzen. Die Frequenzmesswerte dienten der Validierung des Modells und wurden für Sensoren auf Waferebene sowie für Sensoren nach dem Packaging aufgenommen. Daraus resultierend wurden im ersten Schritt mögliche Kombinationen von intrinsischen Spannungen in den einzelnen Schichten der Sensormembran ermittelt. Weiterhin wurde betrachtet, ob verschiedene Geometrieparameter durch die Lage der Eigenfrequenzen bestimmbar sind. Darauf aufbauend wurden im zweiten Schritt die aus dem Klebevorgang resultierenden mechanischen Spannungen untersucht.



Becker, Annette;
Aktorkonzepte für ein großflächiges, aktives Polierwerkzeug. - 36 S. Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2011

Die vorliegende Bachelorarbeit befasst sich mit möglichen Aktorkonzepten für ein großflächiges, aktives Glättwerkzeug für optische Freiformen. In der Optik gewinnen Freiformen zunehmend an Bedeutung. Dabei handelt es sich um optische Bauelemente, die nicht rotationssymmetrisch sind. Diese können nicht mit gewöhnlichen Methoden bearbeitet werden, da diese mit Werkzeugen fester Form arbeiten. Für Freiformen muss sich das Werkzeug der Werkstückoberfläche anpassen können.



Hauser, Markus;
Konzeption, Entwurf und Aufbau eines AlN-basierten, kapazitiven Drucksensors zum intraokularen Druckmonitoring. - 103 S. Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2011

In der vorliegenden Masterarbeit werden Anforderungen an die Architektur eines implantierbaren Augeninnendrucksensors erarbeitet. Die Anwendung dieser Sensoren richtet sich vor allem an Patienten mit Glaukom-Erkrankung (Grünen Star). Bei dieser Risikogruppe besteht die Gefahr, dass der Augeninnendruck einen kritischen Grenzwert von 22 mmHg (= 2,926 kPa) übersteigt. Da diese Grenze tagesformabhängig nur zeitweilig überschritten wird, ist ein kontinuierlicher Messvorgang erforderlich. Der Schwerpunkt der Arbeit liegt in der Entwicklung der Druckmesszelle und dem Aufbau eines Prototyps. Nach einer Recherche zum Stand der Technik erfolgt die Konzeption eines Absolutdrucksensors. Insbesondere werden neue Anwendungsmöglichkeiten von Aluminiumnitrid (AlN) als Membranmaterial untersucht. Der Vorteil in der Verwendung von AlN liegt in der hohen mechanischen Belastbarkeit. Zudem besitzt es piezoelektrische Eigenschaften, welche für die Entwicklung eines Mikrogenerators genutzt werden können. Die Dimensionierung der geometrischen Parameter erfolgt mit Hilfe einer automatisierten, modellgestützten Parameteroptimierung in Maple. Die Beschreibung der Randbedingungen des Optimierungsverfahrens wurde auf Grundlage der Umgebungseigenschaften im Auge festgelegt. Hieraus ergeben sich u.a. der Messbereich (60 bis 130 kPa), die zur Verfügung stehende Sensorfläche (= 1 mm) und eine gewünschte hohe Empfindlichkeit des Sensors mit einer Auflösung von 1 mmHg (= 133 Pa). Das Optimierungsverfahren umfasst die Bestimmung der Kammerhöhe, Membrandicke sowie Membranfläche und bildet die Grundlage für den Entwurf und die Fertigung eines Maskensatzes zur Fotolithographie und des dazugehörigen Flow-Charts. Als Vorbereitung zur Umsetzung der notwendigen Prozessschritte wurden am Zentrum für Nano- und Mikrotechnologien (ZMN) Vorversuche durchgeführt. Dazu wurde die Membran als geometrisches Primitiv ("lines and spaces") nachgebildet. Damit konnten Aussagen zur lokalen Verteilung intrinsischer Spannungen, Abscheidung und Kantenbedeckung von mehrschichtigen Membranen auf der Opferschicht sowie Ätzrate bzw. Selektivität von HF-Dampf bezüglich Siliziumoxid und -nitrid, getroffen werden. Die gezogenen Rückschlüsse aus der wissenschaftlichen Auswertung der Vorversuche flossen zur Findung stabiler Prozesskombinationen und parameter in die Sensorfertigung ein. Zeitgleich wurde zur Überprüfung der Sensoren ein Messplatz aufgebaut und auf dessen grundlegende Funktionsfähigkeit getestet.