Wissenschaftliche Arbeiten

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Erstellt: Fri, 23 Feb 2024 02:50:35 +0100 in 3.6650 sec


Lampouras, Ioannis; Holz, Mathias; Strehle, Steffen; Körner, Julia
Precisely controlled batch-fabrication of highly sensitive co-resonant cantilever sensors from silicon-nitride. - In: Journal of micromechanics and microengineering, ISSN 1361-6439, Bd. 34 (2024), 1, 015005, S. 1-14

Dynamic-mode cantilever sensors are based on the principle of a one-side clamped beam being excited to oscillate at or close to its resonance frequency. An external interaction on the cantilever alters its oscillatory state, and this change can be detected and used for quantification of the external influence (e.g. a force or mass load). A very promising approach to significantly improve sensitivity without modifying the established laser-based oscillation transduction is the co-resonant coupling of a micro- and a nanocantilever. Thereby, each resonator is optimized for a specific purpose, i.e. the microcantilever for reliable oscillation detection and the nanocantilever for highest sensitivity through low rigidity and mass. To achieve the co-resonant state, the eigenfrequencies of micro- and nanocantilever need to be adjusted so that they differ by less than approximately 20%. This can either be realized by mass deposition or trimming of the nanocantilever, or by choice of dimensions. While the former is a manual and error-prone process, the latter would enable reproducible batch fabrication of coupled systems with predefined eigenfrequency matching states and therefore sensor properties. However, the approach is very challenging as it requires a precisely controlled fabrication process. Here, for the first time, such a process for batch fabrication of inherently geometrically eigenfrequency matched co-resonant cantilever structures is presented and characterized. It is based on conventional microfabrication techniques and the structures are made from 1 µm thick low-stress silicon nitride. They comprise the microcantilever and high aspect ratio nanocantilever (width 2 µm, thickness about 100 nm, lengths up to 80 µm) which are successfully realized with only minimal bending. An average yield of % of intact complete sensor structures per wafer is achieved. Desired geometric dimensions can be realized within ±1% variation for length and width of the microcantilever and nanocantilever length, ±10% and ±20% for the nanocantilever width and thickness, respectively, resulting in an average variation of its eigenfrequency by 11%. Furthermore, the dynamic oscillation properties are verified by vibration experiments in a scanning electron microscope. The developed process allows for the first time the batch fabrication of co-resonantly coupled systems with predefined properties and controlled matching states. This is an important step and crucial foundation for a broader applicability of the co-resonant approach for sensitivity enhancement of dynamic-mode cantilever sensors.



https://doi.org/10.1088/1361-6439/ad0d80
Reuter, Christoph; Ecke, Gernot; Strehle, Steffen
Exploring the surface oxidation and environmental instability of 2H-/1T’-MoTe2 using field emission based scanning probe lithography. - In: Advanced materials, ISSN 1521-4095, Bd. 36 (2024), 4, 2310887, S. 1-14

An unconventional approach for the resistless nanopatterning 2H- and 1T’-MoTe2 by means of scanning probe lithography is presented. A Fowler-Nordheim tunneling current of low energetic electrons (E = 30-60 eV) emitted from the tip of an atomic force microscopy (AFM) cantilever is utilized to induce a nanoscale oxidation on a MoTe2 nanosheet surface under ambient conditions. Due to the water solubility of the generated oxide, a direct pattern transfer into the MoTe2 surface can be achieved by a simple immersion of the sample in deionized water. The tip-grown oxide was characterized using Auger electron and Raman spectroscopy, revealing it consists of amorphous MoO3/MoOx as well as TeO2/TeOx. With the presented technology in combination with subsequent AFM imaging it was possible to demonstrate a strong anisotropic sensitivity of 1T’-/(Td)-MoTe2 to aqueous environments. We finally used the discussed approach to structure a nanoribbon field effect transistor out of a few-layer 2H-MoTe2 nanosheet. This article is protected by copyright. All rights reserved



https://doi.org/10.1002/adma.202310887
Lampouras, Ioannis; Holz, Mathias; Strehle, Steffen; Körner, Julia
Precisely controlled batch-fabrication of highly sensitive co-resonant cantilever sensors from silicon-nitride. - In: Journal of micromechanics and microengineering, ISSN 1361-6439, Bd. 34 (2024), 1, 015005, S. 1-14

Dynamic-mode cantilever sensors are based on the principle of a one-side clamped beam being excited to oscillate at or close to its resonance frequency. An external interaction on the cantilever alters its oscillatory state, and this change can be detected and used for quantification of the external influence (e.g. a force or mass load). A very promising approach to significantly improve sensitivity without modifying the established laser-based oscillation transduction is the co-resonant coupling of a micro- and a nanocantilever. Thereby, each resonator is optimized for a specific purpose, i.e. the microcantilever for reliable oscillation detection and the nanocantilever for highest sensitivity through low rigidity and mass. To achieve the co-resonant state, the eigenfrequencies of micro- and nanocantilever need to be adjusted so that they differ by less than approximately 20%. This can either be realized by mass deposition or trimming of the nanocantilever, or by choice of dimensions. While the former is a manual and error-prone process, the latter would enable reproducible batch fabrication of coupled systems with predefined eigenfrequency matching states and therefore sensor properties. However, the approach is very challenging as it requires a precisely controlled fabrication process. Here, for the first time, such a process for batch fabrication of inherently geometrically eigenfrequency matched co-resonant cantilever structures is presented and characterized. It is based on conventional microfabrication techniques and the structures are made from 1 µm thick low-stress silicon nitride. They comprise the microcantilever and high aspect ratio nanocantilever (width 2 µm, thickness about 100 nm, lengths up to 80 µm) which are successfully realized with only minimal bending. An average yield of % of intact complete sensor structures per wafer is achieved. Desired geometric dimensions can be realized within ±1% variation for length and width of the microcantilever and nanocantilever length, ±10% and ±20% for the nanocantilever width and thickness, respectively, resulting in an average variation of its eigenfrequency by 11%. Furthermore, the dynamic oscillation properties are verified by vibration experiments in a scanning electron microscope. The developed process allows for the first time the batch fabrication of co-resonantly coupled systems with predefined properties and controlled matching states. This is an important step and crucial foundation for a broader applicability of the co-resonant approach for sensitivity enhancement of dynamic-mode cantilever sensors.



https://doi.org/10.1088/1361-6439/ad0d80
Reuter, Christoph; Ecke, Gernot; Strehle, Steffen
Exploring the surface oxidation and environmental instability of 2H-/1T’-MoTe2 using field emission based scanning probe lithography. - In: Advanced materials, ISSN 1521-4095, Bd. 36 (2024), 4, 2310887, S. 1-14

An unconventional approach for the resistless nanopatterning 2H- and 1T’-MoTe2 by means of scanning probe lithography is presented. A Fowler-Nordheim tunneling current of low energetic electrons (E = 30-60 eV) emitted from the tip of an atomic force microscopy (AFM) cantilever is utilized to induce a nanoscale oxidation on a MoTe2 nanosheet surface under ambient conditions. Due to the water solubility of the generated oxide, a direct pattern transfer into the MoTe2 surface can be achieved by a simple immersion of the sample in deionized water. The tip-grown oxide was characterized using Auger electron and Raman spectroscopy, revealing it consists of amorphous MoO3/MoOx as well as TeO2/TeOx. With the presented technology in combination with subsequent AFM imaging it was possible to demonstrate a strong anisotropic sensitivity of 1T’-/(Td)-MoTe2 to aqueous environments. We finally used the discussed approach to structure a nanoribbon field effect transistor out of a few-layer 2H-MoTe2 nanosheet. This article is protected by copyright. All rights reserved



https://doi.org/10.1002/adma.202310887
Lampouras, Ioannis; Holz, Mathias; Strehle, Steffen; Körner, Julia
Precisely controlled batch-fabrication of highly sensitive co-resonant cantilever sensors from silicon-nitride. - In: Journal of micromechanics and microengineering, ISSN 1361-6439, Bd. 34 (2024), 1, 015005, S. 1-14

Dynamic-mode cantilever sensors are based on the principle of a one-side clamped beam being excited to oscillate at or close to its resonance frequency. An external interaction on the cantilever alters its oscillatory state, and this change can be detected and used for quantification of the external influence (e.g. a force or mass load). A very promising approach to significantly improve sensitivity without modifying the established laser-based oscillation transduction is the co-resonant coupling of a micro- and a nanocantilever. Thereby, each resonator is optimized for a specific purpose, i.e. the microcantilever for reliable oscillation detection and the nanocantilever for highest sensitivity through low rigidity and mass. To achieve the co-resonant state, the eigenfrequencies of micro- and nanocantilever need to be adjusted so that they differ by less than approximately 20%. This can either be realized by mass deposition or trimming of the nanocantilever, or by choice of dimensions. While the former is a manual and error-prone process, the latter would enable reproducible batch fabrication of coupled systems with predefined eigenfrequency matching states and therefore sensor properties. However, the approach is very challenging as it requires a precisely controlled fabrication process. Here, for the first time, such a process for batch fabrication of inherently geometrically eigenfrequency matched co-resonant cantilever structures is presented and characterized. It is based on conventional microfabrication techniques and the structures are made from 1 µm thick low-stress silicon nitride. They comprise the microcantilever and high aspect ratio nanocantilever (width 2 µm, thickness about 100 nm, lengths up to 80 µm) which are successfully realized with only minimal bending. An average yield of % of intact complete sensor structures per wafer is achieved. Desired geometric dimensions can be realized within ±1% variation for length and width of the microcantilever and nanocantilever length, ±10% and ±20% for the nanocantilever width and thickness, respectively, resulting in an average variation of its eigenfrequency by 11%. Furthermore, the dynamic oscillation properties are verified by vibration experiments in a scanning electron microscope. The developed process allows for the first time the batch fabrication of co-resonantly coupled systems with predefined properties and controlled matching states. This is an important step and crucial foundation for a broader applicability of the co-resonant approach for sensitivity enhancement of dynamic-mode cantilever sensors.



https://doi.org/10.1088/1361-6439/ad0d80
Reuter, Christoph; Ecke, Gernot; Strehle, Steffen
Exploring the surface oxidation and environmental instability of 2H-/1T’-MoTe2 using field emission based scanning probe lithography. - In: Advanced materials, ISSN 1521-4095, Bd. 36 (2024), 4, 2310887, S. 1-14

An unconventional approach for the resistless nanopatterning 2H- and 1T’-MoTe2 by means of scanning probe lithography is presented. A Fowler-Nordheim tunneling current of low energetic electrons (E = 30-60 eV) emitted from the tip of an atomic force microscopy (AFM) cantilever is utilized to induce a nanoscale oxidation on a MoTe2 nanosheet surface under ambient conditions. Due to the water solubility of the generated oxide, a direct pattern transfer into the MoTe2 surface can be achieved by a simple immersion of the sample in deionized water. The tip-grown oxide was characterized using Auger electron and Raman spectroscopy, revealing it consists of amorphous MoO3/MoOx as well as TeO2/TeOx. With the presented technology in combination with subsequent AFM imaging it was possible to demonstrate a strong anisotropic sensitivity of 1T’-/(Td)-MoTe2 to aqueous environments. We finally used the discussed approach to structure a nanoribbon field effect transistor out of a few-layer 2H-MoTe2 nanosheet. This article is protected by copyright. All rights reserved



https://doi.org/10.1002/adma.202310887
Günther-Müller, Sarah; Strehle, Steffen
Dielectrophoretic actuation in a microfluidic system with coplanar electrode configuration. - In: IEEE Xplore digital library, ISSN 2473-2001, (2023), insges. 4 S.

This paper presents the analysis of the motion characteristics of droplet transport induced by liquid dielectrophoresis (LDEP). Hereby, a novel fluidic system is demonstrated, which enables droplet transport across a planar surface using a coplanar electrode configuration with adjacent electrodes. The droplet displacement is analyzed by high-speed video imaging and digital image processing. It is demonstrated that droplet motion can be initiated through simplified electrode geometries and the experimental results provide deeper insights into LDEP driven droplet manipulation.



https://doi.org/10.1109/BioSensors58001.2023.10280792
Chnani, Ahmed; Knauer, Andrea; Strehle, Steffen
Ultrathin hematite-hercynite films for future unassisted solar water splitting. - In: Advanced Materials Technologies, ISSN 2365-709X, Bd. 8 (2023), 22, 2300655, S. 1-10

Photoelectrochemical (PEC) water splitting requires stable, efficient, and cost-effective photoelectrodes to enable future large-scale solar hydrogen production. Ultrathin hematite-hercynite photoanodes that meet all these criteria in an excellent way is presented here. Hematite-hercynite photoelectrodes are synthesized in a self-forming manner by thermal oxidation of iron-aluminum alloy films and characterized with regard to water splitting applications. Photoanodes fabricated from 17 wt.% Al at 493 ˚C for 8 h and 685 ˚C for 5 min exhibit, for instance, a photocurrent density of 1.24 and 1.53 mA cm−2 at 1.23 V versus RHE, respectively, as well as superior light absorption in the visible range of the solar spectrum. The PEC performance improvement in comparison to pure hematite thin film electrodes is first achieved by adjusting the aluminum concentration with an optimum range of 12-17 wt.% and second by optimizing the annealing conditions. The resulting photocurrent densities are about a factor of three higher than those obtained from electrodes synthesized from pure iron thin films using the same synthesis conditions. Finally, it is shown that ultrathin hematite-hercynite photoelectrodes enable even unassisted solar water splitting in a NaOH (1 m) electrolyte with a maximum solar-to-hydrogen conversion efficiency of 0.78%.



https://doi.org/10.1002/admt.202300655
Phi, Hai Binh; Bohm, Sebastian; Runge, Erich; Dittrich, Lars; Strehle, Steffen
3D passive microfluidic valves in silicon and glass using grayscale lithography and reactive ion etching transfer. - In: Microfluidics and nanofluidics, ISSN 1613-4990, Bd. 27 (2023), 8, 55, S. 1-12

A fabrication strategy for high-efficiency passive three-dimensional microfluidic valves with no mechanical parts fabricated in silicon and glass substrates is presented. 3D diffuser-nozzle valve structures were produced and characterized in their added value in comparison to conventional diffuser-nozzle valve designs with rectangular cross sections. A grayscale lithography approach for 3D photoresist structuring combined with a proportional transfer by reactive ion etching allowed to transfer 3D resist valve designs with high precision into the targeted substrate material. The efficiency with respect to the rectification characteristics or so-called diodicity of the studied valve designs is defined as the ratio of the pressure drops in backward and forward flow directions. The studied valve designs were characterized experimentally as well as numerically based on finite element simulations with overall matching results that demonstrate a significantly improved flow rectification of the 3D valves compared to the corresponding conventional structure. Our novel 3D valve structures show, for instance, even without systematic optimization a measured diodicity of up to 1.5 at low flow rates of only about 10 μl/s.



https://doi.org/10.1007/s10404-023-02663-2
Brokmann, Ulrike; Weigel, Christoph; Altendorf, Luisa-Marie; Strehle, Steffen; Rädlein, Edda
Wet chemical and plasma etching of photosensitive glass. - In: Solids, ISSN 2673-6497, Bd. 4 (2023), 3, S. 213-234

Photosensitive glasses for radiation-induced 3D microstructuring, due to their optical transparency and thermal, mechanical, and chemical resistance, enable the use of new strategies for numerous microscale applications, ranging from optics to biomedical systems. In this context, we investigated the plasma etching of photosensitive glasses after their exposure and compared it to the established wet chemical etching method, which offers new degrees of freedom in microstructuring control and microsystem fabrication. A CF4/H2 etching gas mixture with a constant volumetric flow of 30 sccm and a variable H2 concentration from 0% to 40% was utilized for plasma-based etching, while for wet chemical etching, diluted hydrofluoric acid (1% ≤ cHF ≤ 20%) was used. Therefore, both etching processes are based on a chemical etching attack involving fluorine ions. A key result is the observed reversion of the etch selectivity between the initial glassy and partially crystallized parts that evolve after UV exposure and thermal treatment. The crystallized parts were found to be 27 times more soluble than the unexposed glass parts during wet chemical etching. During the plasma etching process, the glassy components dissolve approximately 2.5 times faster than the partially crystalline components. Unlike wet chemical etching, the surfaces of plasma etched photostructured samples showed cone- and truncated-cone-shaped topographies, which supposedly resulted from self-masking effects during plasma etching, as well as a distinct physical contribution from the plasma etching process. The influences of various water species on the etching behaviors of the homogeneous glass and partially crystallized material are discussed based on FTIR-ATR and in relation to the respective etch rates and SNMS measurements.



https://doi.org/10.3390/solids4030014
Stauffenberg, Jaqueline; Reibe, Michael; Krötschl, Anja; Reuter, Christoph; Ortlepp, Ingo; Dontsov, Denis; Hesse, Steffen; Rangelow, Ivo W.; Strehle, Steffen; Manske, Eberhard
Tip-based nanofabrication below 40 nm combined with a nanopositioning machine with a movement range of Ø100 mm. - In: Micro and nano engineering, ISSN 2590-0072, Bd. 19 (2023), 100201, S. 1-5

In this paper, the combination of an advanced nanopositioning technique and a tip-based system, which can be used as an atomic force microscope (AFM) and especially for field emission scanning probe lithography (FESPL) is presented. This is possible through the use of active microcantilevers that allow easy switching between measurement and write modes. The combination of nanopositioning and nanomeasuring machines and tip-based systems overcomes the usual limitations of AFM technology and makes it possible to perform high-precision surface scanning and nanofabrication on wafer sizes up to 4 in. We specifically discuss the potential of nanofabrication via FESPL in combination with the nanofabrication machine (NFM-100). Results are presented, where nanofabrication is demonstrated in form of a spiral path over a total length of 1 mm and the potential of this technique in terms of accuracy is discussed. Furthermore, ten lines were written with a pitch of 100 nm and a linewidth below 40 nm was achieved, which is in principle possible over the entire range of motion.



https://doi.org/10.1016/j.mne.2023.100201
Wedrich, Karin; Cherkasova, Valeriya; Platl, Vivien; Fröhlich, Thomas; Strehle, Steffen
Stiffness considerations for a MEMS-based weighing cell. - In: Sensors, ISSN 1424-8220, Bd. 23 (2023), 6, 3342, S. 1-15

In this paper, a miniaturized weighing cell that is based on a micro-electro-mechanical-system (MEMS) is discussed. The MEMS-based weighing cell is inspired by macroscopic electromagnetic force compensation (EMFC) weighing cells and one of the crucial system parameters, the stiffness, is analyzed. The system stiffness in the direction of motion is first analytically evaluated using a rigid body approach and then also numerically modeled using the finite element method for comparison purposes. First prototypes of MEMS-based weighing cells were successfully microfabricated and the occurring fabrication-based system characteristics were considered in the overall system evaluation. The stiffness of the MEMS-based weighing cells was experimentally determined by using a static approach based on force-displacement measurements. Considering the geometry parameters of the microfabricated weighing cells, the measured stiffness values fit to the calculated stiffness values with a deviation from -6.7 to 3.8% depending on the microsystem under test. Based on our results, we demonstrate that MEMS-based weighing cells can be successfully fabricated with the proposed process and in principle be used for high-precision force measurements in the future. Nevertheless, improved system designs and read-out strategies are still required.



https://doi.org/10.3390/s23063342
Azizy, Raschid; Otto, Henning; König, Jörg; Schreier, David; Weigel, Christoph; Cierpka, Christian; Strehle, Steffen
A microfluidic magnetohydrodynamic pump based on a thermally bonded composite of glass and dry film photoresist. - In: Micro and nano engineering, ISSN 2590-0072, Bd. 18 (2023), 100173, S. 1-8

Miniaturized on-chip micropumps with no moving parts are intriguing components for advanced lab-on-chip systems. Magnetohydrodynamic pumping is one possibility but requires further research with respect to microsystems design and fabrication. In this paper, the design and fabrication of a magnetohydrodynamic micropump is discussed using a composite of patterned glass and stacked dry film photoresist as demonstrator platform. The magnetohydrodynamic pumping effect is achieved by the superposition of an electric ion current generated by integrated electrodes and an external magnetic field provided by a permanent magnet. As test electrolytes, potassium chloride with potassium hexacyanoferrate (III) and potassium hexacyane iron (II) were used. Seamless fluid channel sidewalls were achieved from stacked dry film resists, which appear to be cast from a single mold. A liquid-tight sealing of the microchannels was realized by covering them with a thermally bonded laser-structured glass lid. Although, a complete characterization of the pump performance was not yet realized, the micropump in its current state serves as a technology demonstrator for further research of microfluidic on-chip micropumps that utilize the magnetohydrodynamic effect and also for other microfluidic systems.



https://doi.org/10.1016/j.mne.2023.100173
Weigel, Christoph; Cherkasova, Valeriya; Holz, Mathias; Phi, Hai Binh; Görner Tenorio, Christian; Wilbertz, Björn; Voßgrag, Leonard; Fröhlich, Thomas; Strehle, Steffen
Ultralow expansion glass as material for advanced micromechanical systems. - In: Advanced engineering materials, ISSN 1527-2648, Bd. 25 (2023), 9, 2201873, S. 1-14

Ultralow expansion (ULE) glasses are of special interest for temperature stabilized systems for example in precision metrology. Nowadays, ULE materials are mainly used in macroscopic and less in micromechanical systems. Reasons for this are a lack of technologies for parallel fabricating high-quality released microstructures with a high accuracy. As a result, there is a high demand in transferring these materials into miniaturized application examples, realistic system modeling, and the investigation of microscopic material properties. Herein, a technological base for fabricating released micromechanical structures and systems with a structure height above 100 μm in ULE 7972 glass is established. Herein, the main fabrication parameters that are important for the system design and contribute thus to the introduction of titanium silicate as material for glass-based micromechanical systems are discussed. To study the mechanical properties in combination with respective simulation models, microcantilevers are used as basic mechanical elements to evaluate technological parameters and other impact factors. The implemented models allow to predict the micromechanical system properties with a deviation of only ±5% and can thus effectively support the micromechanical system design in an early stage of development.



https://doi.org/10.1002/adem.202201873
Günther-Müller, Sarah; Strehle, Steffen
Dielectrophoretic actuation in a microfluidic system with coplanar electrode configuration. - In: IEEE Xplore digital library, ISSN 2473-2001, (2023), insges. 4 S.

This paper presents the analysis of the motion characteristics of droplet transport induced by liquid dielectrophoresis (LDEP). Hereby, a novel fluidic system is demonstrated, which enables droplet transport across a planar surface using a coplanar electrode configuration with adjacent electrodes. The droplet displacement is analyzed by high-speed video imaging and digital image processing. It is demonstrated that droplet motion can be initiated through simplified electrode geometries and the experimental results provide deeper insights into LDEP driven droplet manipulation.



https://doi.org/10.1109/BioSensors58001.2023.10280792
Chnani, Ahmed; Knauer, Andrea; Strehle, Steffen
Ultrathin hematite-hercynite films for future unassisted solar water splitting. - In: Advanced Materials Technologies, ISSN 2365-709X, Bd. 8 (2023), 22, 2300655, S. 1-10

Photoelectrochemical (PEC) water splitting requires stable, efficient, and cost-effective photoelectrodes to enable future large-scale solar hydrogen production. Ultrathin hematite-hercynite photoanodes that meet all these criteria in an excellent way is presented here. Hematite-hercynite photoelectrodes are synthesized in a self-forming manner by thermal oxidation of iron-aluminum alloy films and characterized with regard to water splitting applications. Photoanodes fabricated from 17 wt.% Al at 493 ˚C for 8 h and 685 ˚C for 5 min exhibit, for instance, a photocurrent density of 1.24 and 1.53 mA cm−2 at 1.23 V versus RHE, respectively, as well as superior light absorption in the visible range of the solar spectrum. The PEC performance improvement in comparison to pure hematite thin film electrodes is first achieved by adjusting the aluminum concentration with an optimum range of 12-17 wt.% and second by optimizing the annealing conditions. The resulting photocurrent densities are about a factor of three higher than those obtained from electrodes synthesized from pure iron thin films using the same synthesis conditions. Finally, it is shown that ultrathin hematite-hercynite photoelectrodes enable even unassisted solar water splitting in a NaOH (1 m) electrolyte with a maximum solar-to-hydrogen conversion efficiency of 0.78%.



https://doi.org/10.1002/admt.202300655
Phi, Hai Binh; Bohm, Sebastian; Runge, Erich; Dittrich, Lars; Strehle, Steffen
3D passive microfluidic valves in silicon and glass using grayscale lithography and reactive ion etching transfer. - In: Microfluidics and nanofluidics, ISSN 1613-4990, Bd. 27 (2023), 8, 55, S. 1-12

A fabrication strategy for high-efficiency passive three-dimensional microfluidic valves with no mechanical parts fabricated in silicon and glass substrates is presented. 3D diffuser-nozzle valve structures were produced and characterized in their added value in comparison to conventional diffuser-nozzle valve designs with rectangular cross sections. A grayscale lithography approach for 3D photoresist structuring combined with a proportional transfer by reactive ion etching allowed to transfer 3D resist valve designs with high precision into the targeted substrate material. The efficiency with respect to the rectification characteristics or so-called diodicity of the studied valve designs is defined as the ratio of the pressure drops in backward and forward flow directions. The studied valve designs were characterized experimentally as well as numerically based on finite element simulations with overall matching results that demonstrate a significantly improved flow rectification of the 3D valves compared to the corresponding conventional structure. Our novel 3D valve structures show, for instance, even without systematic optimization a measured diodicity of up to 1.5 at low flow rates of only about 10 μl/s.



https://doi.org/10.1007/s10404-023-02663-2
Brokmann, Ulrike; Weigel, Christoph; Altendorf, Luisa-Marie; Strehle, Steffen; Rädlein, Edda
Wet chemical and plasma etching of photosensitive glass. - In: Solids, ISSN 2673-6497, Bd. 4 (2023), 3, S. 213-234

Photosensitive glasses for radiation-induced 3D microstructuring, due to their optical transparency and thermal, mechanical, and chemical resistance, enable the use of new strategies for numerous microscale applications, ranging from optics to biomedical systems. In this context, we investigated the plasma etching of photosensitive glasses after their exposure and compared it to the established wet chemical etching method, which offers new degrees of freedom in microstructuring control and microsystem fabrication. A CF4/H2 etching gas mixture with a constant volumetric flow of 30 sccm and a variable H2 concentration from 0% to 40% was utilized for plasma-based etching, while for wet chemical etching, diluted hydrofluoric acid (1% ≤ cHF ≤ 20%) was used. Therefore, both etching processes are based on a chemical etching attack involving fluorine ions. A key result is the observed reversion of the etch selectivity between the initial glassy and partially crystallized parts that evolve after UV exposure and thermal treatment. The crystallized parts were found to be 27 times more soluble than the unexposed glass parts during wet chemical etching. During the plasma etching process, the glassy components dissolve approximately 2.5 times faster than the partially crystalline components. Unlike wet chemical etching, the surfaces of plasma etched photostructured samples showed cone- and truncated-cone-shaped topographies, which supposedly resulted from self-masking effects during plasma etching, as well as a distinct physical contribution from the plasma etching process. The influences of various water species on the etching behaviors of the homogeneous glass and partially crystallized material are discussed based on FTIR-ATR and in relation to the respective etch rates and SNMS measurements.



https://doi.org/10.3390/solids4030014
Stauffenberg, Jaqueline; Reibe, Michael; Krötschl, Anja; Reuter, Christoph; Ortlepp, Ingo; Dontsov, Denis; Hesse, Steffen; Rangelow, Ivo W.; Strehle, Steffen; Manske, Eberhard
Tip-based nanofabrication below 40 nm combined with a nanopositioning machine with a movement range of Ø100 mm. - In: Micro and nano engineering, ISSN 2590-0072, Bd. 19 (2023), 100201, S. 1-5

In this paper, the combination of an advanced nanopositioning technique and a tip-based system, which can be used as an atomic force microscope (AFM) and especially for field emission scanning probe lithography (FESPL) is presented. This is possible through the use of active microcantilevers that allow easy switching between measurement and write modes. The combination of nanopositioning and nanomeasuring machines and tip-based systems overcomes the usual limitations of AFM technology and makes it possible to perform high-precision surface scanning and nanofabrication on wafer sizes up to 4 in. We specifically discuss the potential of nanofabrication via FESPL in combination with the nanofabrication machine (NFM-100). Results are presented, where nanofabrication is demonstrated in form of a spiral path over a total length of 1 mm and the potential of this technique in terms of accuracy is discussed. Furthermore, ten lines were written with a pitch of 100 nm and a linewidth below 40 nm was achieved, which is in principle possible over the entire range of motion.



https://doi.org/10.1016/j.mne.2023.100201
Wedrich, Karin; Cherkasova, Valeriya; Platl, Vivien; Fröhlich, Thomas; Strehle, Steffen
Stiffness considerations for a MEMS-based weighing cell. - In: Sensors, ISSN 1424-8220, Bd. 23 (2023), 6, 3342, S. 1-15

In this paper, a miniaturized weighing cell that is based on a micro-electro-mechanical-system (MEMS) is discussed. The MEMS-based weighing cell is inspired by macroscopic electromagnetic force compensation (EMFC) weighing cells and one of the crucial system parameters, the stiffness, is analyzed. The system stiffness in the direction of motion is first analytically evaluated using a rigid body approach and then also numerically modeled using the finite element method for comparison purposes. First prototypes of MEMS-based weighing cells were successfully microfabricated and the occurring fabrication-based system characteristics were considered in the overall system evaluation. The stiffness of the MEMS-based weighing cells was experimentally determined by using a static approach based on force-displacement measurements. Considering the geometry parameters of the microfabricated weighing cells, the measured stiffness values fit to the calculated stiffness values with a deviation from -6.7 to 3.8% depending on the microsystem under test. Based on our results, we demonstrate that MEMS-based weighing cells can be successfully fabricated with the proposed process and in principle be used for high-precision force measurements in the future. Nevertheless, improved system designs and read-out strategies are still required.



https://doi.org/10.3390/s23063342
Azizy, Raschid; Otto, Henning; König, Jörg; Schreier, David; Weigel, Christoph; Cierpka, Christian; Strehle, Steffen
A microfluidic magnetohydrodynamic pump based on a thermally bonded composite of glass and dry film photoresist. - In: Micro and nano engineering, ISSN 2590-0072, Bd. 18 (2023), 100173, S. 1-8

Miniaturized on-chip micropumps with no moving parts are intriguing components for advanced lab-on-chip systems. Magnetohydrodynamic pumping is one possibility but requires further research with respect to microsystems design and fabrication. In this paper, the design and fabrication of a magnetohydrodynamic micropump is discussed using a composite of patterned glass and stacked dry film photoresist as demonstrator platform. The magnetohydrodynamic pumping effect is achieved by the superposition of an electric ion current generated by integrated electrodes and an external magnetic field provided by a permanent magnet. As test electrolytes, potassium chloride with potassium hexacyanoferrate (III) and potassium hexacyane iron (II) were used. Seamless fluid channel sidewalls were achieved from stacked dry film resists, which appear to be cast from a single mold. A liquid-tight sealing of the microchannels was realized by covering them with a thermally bonded laser-structured glass lid. Although, a complete characterization of the pump performance was not yet realized, the micropump in its current state serves as a technology demonstrator for further research of microfluidic on-chip micropumps that utilize the magnetohydrodynamic effect and also for other microfluidic systems.



https://doi.org/10.1016/j.mne.2023.100173
Weigel, Christoph; Cherkasova, Valeriya; Holz, Mathias; Phi, Hai Binh; Görner Tenorio, Christian; Wilbertz, Björn; Voßgrag, Leonard; Fröhlich, Thomas; Strehle, Steffen
Ultralow expansion glass as material for advanced micromechanical systems. - In: Advanced engineering materials, ISSN 1527-2648, Bd. 25 (2023), 9, 2201873, S. 1-14

Ultralow expansion (ULE) glasses are of special interest for temperature stabilized systems for example in precision metrology. Nowadays, ULE materials are mainly used in macroscopic and less in micromechanical systems. Reasons for this are a lack of technologies for parallel fabricating high-quality released microstructures with a high accuracy. As a result, there is a high demand in transferring these materials into miniaturized application examples, realistic system modeling, and the investigation of microscopic material properties. Herein, a technological base for fabricating released micromechanical structures and systems with a structure height above 100 μm in ULE 7972 glass is established. Herein, the main fabrication parameters that are important for the system design and contribute thus to the introduction of titanium silicate as material for glass-based micromechanical systems are discussed. To study the mechanical properties in combination with respective simulation models, microcantilevers are used as basic mechanical elements to evaluate technological parameters and other impact factors. The implemented models allow to predict the micromechanical system properties with a deviation of only ±5% and can thus effectively support the micromechanical system design in an early stage of development.



https://doi.org/10.1002/adem.202201873
Günther-Müller, Sarah; Strehle, Steffen
Dielectrophoretic actuation in a microfluidic system with coplanar electrode configuration. - In: IEEE Xplore digital library, ISSN 2473-2001, (2023), insges. 4 S.

This paper presents the analysis of the motion characteristics of droplet transport induced by liquid dielectrophoresis (LDEP). Hereby, a novel fluidic system is demonstrated, which enables droplet transport across a planar surface using a coplanar electrode configuration with adjacent electrodes. The droplet displacement is analyzed by high-speed video imaging and digital image processing. It is demonstrated that droplet motion can be initiated through simplified electrode geometries and the experimental results provide deeper insights into LDEP driven droplet manipulation.



https://doi.org/10.1109/BioSensors58001.2023.10280792
Chnani, Ahmed; Knauer, Andrea; Strehle, Steffen
Ultrathin hematite-hercynite films for future unassisted solar water splitting. - In: Advanced Materials Technologies, ISSN 2365-709X, Bd. 8 (2023), 22, 2300655, S. 1-10

Photoelectrochemical (PEC) water splitting requires stable, efficient, and cost-effective photoelectrodes to enable future large-scale solar hydrogen production. Ultrathin hematite-hercynite photoanodes that meet all these criteria in an excellent way is presented here. Hematite-hercynite photoelectrodes are synthesized in a self-forming manner by thermal oxidation of iron-aluminum alloy films and characterized with regard to water splitting applications. Photoanodes fabricated from 17 wt.% Al at 493 ˚C for 8 h and 685 ˚C for 5 min exhibit, for instance, a photocurrent density of 1.24 and 1.53 mA cm−2 at 1.23 V versus RHE, respectively, as well as superior light absorption in the visible range of the solar spectrum. The PEC performance improvement in comparison to pure hematite thin film electrodes is first achieved by adjusting the aluminum concentration with an optimum range of 12-17 wt.% and second by optimizing the annealing conditions. The resulting photocurrent densities are about a factor of three higher than those obtained from electrodes synthesized from pure iron thin films using the same synthesis conditions. Finally, it is shown that ultrathin hematite-hercynite photoelectrodes enable even unassisted solar water splitting in a NaOH (1 m) electrolyte with a maximum solar-to-hydrogen conversion efficiency of 0.78%.



https://doi.org/10.1002/admt.202300655
Phi, Hai Binh; Bohm, Sebastian; Runge, Erich; Dittrich, Lars; Strehle, Steffen
3D passive microfluidic valves in silicon and glass using grayscale lithography and reactive ion etching transfer. - In: Microfluidics and nanofluidics, ISSN 1613-4990, Bd. 27 (2023), 8, 55, S. 1-12

A fabrication strategy for high-efficiency passive three-dimensional microfluidic valves with no mechanical parts fabricated in silicon and glass substrates is presented. 3D diffuser-nozzle valve structures were produced and characterized in their added value in comparison to conventional diffuser-nozzle valve designs with rectangular cross sections. A grayscale lithography approach for 3D photoresist structuring combined with a proportional transfer by reactive ion etching allowed to transfer 3D resist valve designs with high precision into the targeted substrate material. The efficiency with respect to the rectification characteristics or so-called diodicity of the studied valve designs is defined as the ratio of the pressure drops in backward and forward flow directions. The studied valve designs were characterized experimentally as well as numerically based on finite element simulations with overall matching results that demonstrate a significantly improved flow rectification of the 3D valves compared to the corresponding conventional structure. Our novel 3D valve structures show, for instance, even without systematic optimization a measured diodicity of up to 1.5 at low flow rates of only about 10 μl/s.



https://doi.org/10.1007/s10404-023-02663-2
Brokmann, Ulrike; Weigel, Christoph; Altendorf, Luisa-Marie; Strehle, Steffen; Rädlein, Edda
Wet chemical and plasma etching of photosensitive glass. - In: Solids, ISSN 2673-6497, Bd. 4 (2023), 3, S. 213-234

Photosensitive glasses for radiation-induced 3D microstructuring, due to their optical transparency and thermal, mechanical, and chemical resistance, enable the use of new strategies for numerous microscale applications, ranging from optics to biomedical systems. In this context, we investigated the plasma etching of photosensitive glasses after their exposure and compared it to the established wet chemical etching method, which offers new degrees of freedom in microstructuring control and microsystem fabrication. A CF4/H2 etching gas mixture with a constant volumetric flow of 30 sccm and a variable H2 concentration from 0% to 40% was utilized for plasma-based etching, while for wet chemical etching, diluted hydrofluoric acid (1% ≤ cHF ≤ 20%) was used. Therefore, both etching processes are based on a chemical etching attack involving fluorine ions. A key result is the observed reversion of the etch selectivity between the initial glassy and partially crystallized parts that evolve after UV exposure and thermal treatment. The crystallized parts were found to be 27 times more soluble than the unexposed glass parts during wet chemical etching. During the plasma etching process, the glassy components dissolve approximately 2.5 times faster than the partially crystalline components. Unlike wet chemical etching, the surfaces of plasma etched photostructured samples showed cone- and truncated-cone-shaped topographies, which supposedly resulted from self-masking effects during plasma etching, as well as a distinct physical contribution from the plasma etching process. The influences of various water species on the etching behaviors of the homogeneous glass and partially crystallized material are discussed based on FTIR-ATR and in relation to the respective etch rates and SNMS measurements.



https://doi.org/10.3390/solids4030014
Stauffenberg, Jaqueline; Reibe, Michael; Krötschl, Anja; Reuter, Christoph; Ortlepp, Ingo; Dontsov, Denis; Hesse, Steffen; Rangelow, Ivo W.; Strehle, Steffen; Manske, Eberhard
Tip-based nanofabrication below 40 nm combined with a nanopositioning machine with a movement range of Ø100 mm. - In: Micro and nano engineering, ISSN 2590-0072, Bd. 19 (2023), 100201, S. 1-5

In this paper, the combination of an advanced nanopositioning technique and a tip-based system, which can be used as an atomic force microscope (AFM) and especially for field emission scanning probe lithography (FESPL) is presented. This is possible through the use of active microcantilevers that allow easy switching between measurement and write modes. The combination of nanopositioning and nanomeasuring machines and tip-based systems overcomes the usual limitations of AFM technology and makes it possible to perform high-precision surface scanning and nanofabrication on wafer sizes up to 4 in. We specifically discuss the potential of nanofabrication via FESPL in combination with the nanofabrication machine (NFM-100). Results are presented, where nanofabrication is demonstrated in form of a spiral path over a total length of 1 mm and the potential of this technique in terms of accuracy is discussed. Furthermore, ten lines were written with a pitch of 100 nm and a linewidth below 40 nm was achieved, which is in principle possible over the entire range of motion.



https://doi.org/10.1016/j.mne.2023.100201
Wedrich, Karin; Cherkasova, Valeriya; Platl, Vivien; Fröhlich, Thomas; Strehle, Steffen
Stiffness considerations for a MEMS-based weighing cell. - In: Sensors, ISSN 1424-8220, Bd. 23 (2023), 6, 3342, S. 1-15

In this paper, a miniaturized weighing cell that is based on a micro-electro-mechanical-system (MEMS) is discussed. The MEMS-based weighing cell is inspired by macroscopic electromagnetic force compensation (EMFC) weighing cells and one of the crucial system parameters, the stiffness, is analyzed. The system stiffness in the direction of motion is first analytically evaluated using a rigid body approach and then also numerically modeled using the finite element method for comparison purposes. First prototypes of MEMS-based weighing cells were successfully microfabricated and the occurring fabrication-based system characteristics were considered in the overall system evaluation. The stiffness of the MEMS-based weighing cells was experimentally determined by using a static approach based on force-displacement measurements. Considering the geometry parameters of the microfabricated weighing cells, the measured stiffness values fit to the calculated stiffness values with a deviation from -6.7 to 3.8% depending on the microsystem under test. Based on our results, we demonstrate that MEMS-based weighing cells can be successfully fabricated with the proposed process and in principle be used for high-precision force measurements in the future. Nevertheless, improved system designs and read-out strategies are still required.



https://doi.org/10.3390/s23063342
Azizy, Raschid; Otto, Henning; König, Jörg; Schreier, David; Weigel, Christoph; Cierpka, Christian; Strehle, Steffen
A microfluidic magnetohydrodynamic pump based on a thermally bonded composite of glass and dry film photoresist. - In: Micro and nano engineering, ISSN 2590-0072, Bd. 18 (2023), 100173, S. 1-8

Miniaturized on-chip micropumps with no moving parts are intriguing components for advanced lab-on-chip systems. Magnetohydrodynamic pumping is one possibility but requires further research with respect to microsystems design and fabrication. In this paper, the design and fabrication of a magnetohydrodynamic micropump is discussed using a composite of patterned glass and stacked dry film photoresist as demonstrator platform. The magnetohydrodynamic pumping effect is achieved by the superposition of an electric ion current generated by integrated electrodes and an external magnetic field provided by a permanent magnet. As test electrolytes, potassium chloride with potassium hexacyanoferrate (III) and potassium hexacyane iron (II) were used. Seamless fluid channel sidewalls were achieved from stacked dry film resists, which appear to be cast from a single mold. A liquid-tight sealing of the microchannels was realized by covering them with a thermally bonded laser-structured glass lid. Although, a complete characterization of the pump performance was not yet realized, the micropump in its current state serves as a technology demonstrator for further research of microfluidic on-chip micropumps that utilize the magnetohydrodynamic effect and also for other microfluidic systems.



https://doi.org/10.1016/j.mne.2023.100173
Weigel, Christoph; Cherkasova, Valeriya; Holz, Mathias; Phi, Hai Binh; Görner Tenorio, Christian; Wilbertz, Björn; Voßgrag, Leonard; Fröhlich, Thomas; Strehle, Steffen
Ultralow expansion glass as material for advanced micromechanical systems. - In: Advanced engineering materials, ISSN 1527-2648, Bd. 25 (2023), 9, 2201873, S. 1-14

Ultralow expansion (ULE) glasses are of special interest for temperature stabilized systems for example in precision metrology. Nowadays, ULE materials are mainly used in macroscopic and less in micromechanical systems. Reasons for this are a lack of technologies for parallel fabricating high-quality released microstructures with a high accuracy. As a result, there is a high demand in transferring these materials into miniaturized application examples, realistic system modeling, and the investigation of microscopic material properties. Herein, a technological base for fabricating released micromechanical structures and systems with a structure height above 100 μm in ULE 7972 glass is established. Herein, the main fabrication parameters that are important for the system design and contribute thus to the introduction of titanium silicate as material for glass-based micromechanical systems are discussed. To study the mechanical properties in combination with respective simulation models, microcantilevers are used as basic mechanical elements to evaluate technological parameters and other impact factors. The implemented models allow to predict the micromechanical system properties with a deviation of only ±5% and can thus effectively support the micromechanical system design in an early stage of development.



https://doi.org/10.1002/adem.202201873
Kadiâc, Samir; Takana, Pavel; Dreschmann, Michael; Buck, Thomas; Dörr, Aaron; Serout, Anne; Hoffmann, Jochen; Strehle, Steffen; Lärmer, Franz
Precision meets high throughput - contactless single-cell sorting using an electrically passive microwell array. - In: 25th International Conference on Miniaturized Systems for Chemistry and Life Sciences (MicroTAS 2021), (2022), S. 135-136

Modern dielectrophoresis (DEP)-based microchips permit the isolation of pure single cells from heterogeneous cell mixtures. However, sorting throughputs and sample loading capacities are limited and active on-chip circuitry keeps the costs per sorted cell comparatively high. To overcome these problems, we have developed a novel DEP sorter consisting of a three-metal-layer microwell array. The entirely passive architecture of our device allows for inexpensive fabrication and universal sample input volumes. Nonetheless, experimental results revealed that our prototype exceeds the sorting speed of commercially available DEP sorters by at least one order of magnitude while maintaining single-cell precision and avoiding physical cell contact.



Azizy, Raschid; König, Jörg; Bucklitsch, Paul; Schreier, David; Günther-Müller, Sarah; Wedrich, Karin; Weigel, Christoph; Cierpka, Christian; Strehle, Steffen
Fertigung magneto-mikrofluidischer Mikropumpen durch Kombination von Glas, Trockenfilm-Resist und 3D-Druck. - In: Mikrosystemtechnik, (2022), S. 69-72

Wedrich, Karin; Ohl, Friedemann; Fröhlich, Thomas; Strehle, Steffen
Evaluation von MEMS-Führungskonzepten mit hohem Steifigkeitsverhältnis von Querrichtung und Hauptfunktionsrichtung. - In: Mikrosystemtechnik, (2022), S. 49-52

Weigel, Christoph; Sinzinger, Stefan; Hoffmann, Martin; Strehle, Steffen
Mikrostrukturierte Spezialgläser für mikromechanische und mikrooptische Anwendungen. - In: Mikrosystemtechnik, (2022), S. 35-38

Otto, Henning; Azizy, Raschid; Schreier, D.; König, Jörg; Weigel, Christoph; Strehle, Steffen; Cierpka, Christian
Entwicklung eines magnetohydrodynamischen Pumpsystems für die Mikrofluidik. - In: Experimentelle Strömungsmechanik - 29. Fachtagung, 6.-8. September 2022, Ilmenau, (2022), 38

Mohr-Weidenfeller, Laura; Kleinholz, Cathleen; Müller, Björn; Gropp, Sebastian; Günther-Müller, Sarah; Fischer, Michael; Müller, Jens; Strehle, Steffen
Thermal analysis of the ceramic material and evaluation of the bonding behavior of silicon-ceramic composite substrates. - In: Journal of micromechanics and microengineering, ISSN 1361-6439, Bd. 32 (2022), 10, 105004, S. 1-9

https://doi.org/10.1088/1361-6439/ac8686
Bohm, Sebastian; Phi, Hai Binh; Moriyama, Ayaka; Runge, Erich; Strehle, Steffen; König, Jörg; Cierpka, Christian; Dittrich, Lars
Highly efficient passive Tesla valves for microfluidic applications. - In: Microsystems & nanoengineering, ISSN 2055-7434, Bd. 8 (2022), 1, 97, S. 1-12

A multistage optimization method is developed yielding Tesla valves that are efficient even at low flow rates, characteristic, e.g., for almost all microfluidic systems, where passive valves have intrinsic advantages over active ones. We report on optimized structures that show a diodicity of up to 1.8 already at flow rates of 20 μl s^-1 corresponding to a Reynolds number of 36. Centerpiece of the design is a topological optimization based on the finite element method. It is set-up to yield easy-to-fabricate valve structures with a small footprint that can be directly used in microfluidic systems. Our numerical two-dimensional optimization takes into account the finite height of the channel approximately by means of a so-called shallow-channel approximation. Based on the three-dimensionally extruded optimized designs, various test structures were fabricated using standard, widely available microsystem manufacturing techniques. The manufacturing process is described in detail since it can be used for the production of similar cost-effective microfluidic systems. For the experimentally fabricated chips, the efficiency of the different valve designs, i.e., the diodicity defined as the ratio of the measured pressure drops in backward and forward flow directions, respectively, is measured and compared to theoretical predictions obtained from full 3D calculations of the Tesla valves. Good agreement is found. In addition to the direct measurement of the diodicities, the flow profiles in the fabricated test structures are determined using a two-dimensional microscopic particle image velocimetry (μPIV) method. Again, a reasonable good agreement of the measured flow profiles with simulated predictions is observed.



https://doi.org/10.1038/s41378-022-00437-4
Hebenstreit, Roman; Wedrich, Karin; Strehle, Steffen; Manske, Eberhard; Theska, René
First prototype of a positioning device with subatomic resolution. - In: Proceedings of the 22nd International Conference of the European Society for Precision Engineering and Nanotechnology, (2022), S. 97-100

In the forthgoing work on a device that enables subatomic resolved highly reproducible positioning, a first prototype is here presented. The entire positioning system including the actuator, sensor and guiding mechanism, is realized as a micro-electro-mechanical system (MEMS) on chip level, based on silicon-on-insulator (SOI) technology. A modular printed circuit board acts as the mechanical as well as the electrical contacting interface for the silicon chip. First variants of a linear positioning system comprising axisymmetric double parallel crank structure are investigated. Pivot joints as flexure hinges with concentrated compliance are deployed. These hinges show minimal rotational axis displacement for small angles of deflection, thus ensuring smallest deviations to a straight-line path of the linear guiding mechanism. An electrostatic comb actuator transmits forces contactless to minimize over constraints. A measuring bridge in differential mode utilizes the same comb structures to measure the table position based on the capacitance change. Estimating the position resolution, limited by the resolution of the capacitive sensor, a measurable step width below 50 pm can be expected. In further steps, the device will be a platform to be equipped with a lattice-scale-based position measurement system according to achieve an even higher resolution and reproducibility.



Lambri, Osvaldo Agustin; Weidenfeller, Bernd; Bonifacich, Federico Guillermo; Mohr-Weidenfeller, Laura; Lambri, F. D.; Xu, Jiayi; Zelada, Griselda I.; Endres, Frank
Study of the damping behaviour in samples consisting of iron electro-deposited on copper in an ionic liquid. - In: Journal of alloys and compounds, ISSN 1873-4669, Bd. 918 (2022), 165462

Copper-iron alloys were produced at room temperature by means of electrodeposition of iron on a copper substrate in an ionic liquid (1-butyl-1-methylpyrrolidinium trifluoromethylsulfonate [Py1,4]TfO). Samples with different electrodeposition times were studied using mechanical spectroscopy, scanning electron microscopy, light microscopy and magnetic loops techniques. Independent of the electrodeposition time the electrodeposition process leads to the promotion of a thin layer of iron onto the copper surface without iron diffusion into the substrate. The damping spectra for electrosposited samples in the as-electrodeposited state show the characteristic low and intermediate grain boundary damping peaks from copper as well as the solvent grain boundary damping peak from the electrodeposited iron. Thermal annealing at temperatures near 973 K leads to the appearance of Fe particles at the interface between the copper and iron (Cu + α-Fe phase) leading to a new damping peak at around 680 K whose driving force is the diffusion of copper atoms around the second phase particles.



https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2022.165462
Ortlepp, Ingo; Stauffenberg, Jaqueline; Krötschl, Anja; Dontsov, Denis; Zöllner, Jens-Peter; Hesse, Steffen; Reuter, Christoph; Strehle, Steffen; Fröhlich, Thomas; Rangelow, Ivo W.; Manske, Eberhard
Nanofabrication and -metrology by using the nanofabrication machine (NFM-100). - In: Novel Patterning Technologies 2022, (2022), 120540A, S. 120540A-1-120540A-12

The feature dimensions of integrated circuits are becoming smaller and the fabrication, metrology and inspection is becoming harder to be fulfilled. Fast-writing of long respectively large nano-features with Scanning-ProbeLithography and their inspection with an Atomic Force Microscope (AFM) is a challenge, for the accomplishment of which the Nanofabrication Machine (NFM-100) can serve as a beneficial experimental platform for basic research in the field of scale-spanning nanomeasuring and nanofabrication. The NFM-100 has an integrated tipbased system, which can be used as an AFM as well as for Field-Emission Scanning Probe Lithography (FESPL). The combination of both systems offers the possibility to fabricate and analyze micro- and nanostructures with high resolution and precision down to a single nanometre over a large area of 100 mm in diameter in a single configuration without tool or sensor change. Thus, in contrast to conventional optical inspection and alignment systems, the NFM-100 offers the potential for full lithographic and metrological automation. For FESPL, the implemented active probes enable an in-situ inspection capability, a quantitative mapping at unprecedented resolution, as well as an integrated overlay alignment system. In this paper, the basic set-up of the NFM-100 as well as the capability of the system for long range AFM scans and FESPL is demonstrated.



https://doi.org/10.1117/12.2615118
Hofmann, Martin; Holz, Mathias; Plank, Harald; Strehle, Steffen
Localized direct material removal and deposition by nanoscale field emission scanning probes. - In: Micro and nano engineering, ISSN 2590-0072, Bd. 16 (2022), 100146, S. 1-5

The manufactory of advanced micro- and nanoscale devices relies on capable patterning strategies. Focused electron beams, as for instance implemented since long in electron beam lithography and electron beam induced deposition, are in this regard key enabling tools especially at the early stages of device development and research. We show here that nanoscale field emission scanning probes can be potentially utilized as well for a prospective direct device fabrication by localized material deposition but notably, also by localized material removal. Field emission scanning probe processing was specifically realized on 10 nm chromium and 50 nm gold thin film stacks deposited on a (1 × 1) cm2 fused silica substrate. Localized material deposition and metal removal was studied in various atmospheres comprising high vacuum, nitrogen, ambient air, naphthalene and carbon-dioxide. Stable and reliable regimes were in particular obtained in a carbonaceous atmosphere. Hence, localized carbon deposits were obtained but also localized metal removal was realized. We demonstrate furthermore that the selected electron emission parameters (20 V - 80 V, 180 pA) and the overall operation environment are crucial aspects that determine the degree of material deposition and removal. Based on our findings, direct tip-based micro- to nanoscale material patterning appears possible. The applied energy regime is also enabling new insights into low energy (< 100 eV) electron interaction. However, the underlying mechanisms must be further elucidated.



https://doi.org/10.1016/j.mne.2022.100146
Mohr-Weidenfeller, Laura; Hofmann, Martin; Birli, Oliver; Häcker, Annika-Verena; Reinhardt, Carsten; Manske, Eberhard
Metrologische Nanopositionierung kombiniert mit Zwei-Photonen-Laserdirektschreiben :
Metrological nanopositioning combined with two-photon direct laser writing. - In: Technisches Messen, ISSN 2196-7113, Bd. 89 (2022), 7/8, S. 507-514

The extension of nanopositioning and nanomeasuring machines (NPM-machines) to fabrication machines by using a femtosecond laser for the implementation of direct laser writing by means of two-photon absorption (2PA) is a promising approach for cross-scale metrological fabrication in the field of lithographic techniques [24]. To this end, a concept for integrating two-photon technology into an NPM machine was developed and implemented, followed by a characterization of the system and targeted investigations to provide evidence for the synergy of the two techniques. On this basis, a new approach to high-throughput micro- and nano-fabrication was developed and investigated, demonstrating new possibilities in cross-scale, high-precision manufacturing [6]. This mix-and-match approach is based on a combination of 2PA laser writing with field emission lithography to fabricate masters for subsequent nanoimprint lithography. Not only the advantages of the large positioning range of the NMM-1 could be highlighted, but also the advantages resulting from the highly accurate positioning. A systematic reduction of the distance between two adjacent lines resulted in a minimum photoresist width of less than [Math Processing Error] [16], which can be classified among the smallest distances between two laser-written lines described in the literature [4], [10], [20]. The center-to-center distance of the lines of about [Math Processing Error] at a numerical aperture of 0.16 and a wavelength of 801 nm is only about [Math Processing Error] of the Rayleigh diffraction limit extended for the two-photon process. Thus, for the first time, a resist width far below the diffraction limit could be realized with conventional two-photon laser writing in positive photoresist.



https://doi.org/10.1515/teme-2021-0127
Häcker, Annika-Verena; Mohr-Weidenfeller, Laura; Stolzenberg, Clara F. L.; Reinhardt, Carsten; Manske, Eberhard
Modifications to a high-precision direct laser writing setup to improve its laser microfabrication. - In: Laser-Based Micro- and Nanoprocessing XVI, (2022), 119890U, S. 119890U-1-119890U-7

Two-photon-absorption (2PA) techniques enables the possibility to create extremely fine structures in photosensitive materials. For direct laser writing as micro- or nanofabrication a laser system can be combined with highly precise positioning systems. These are mostly limited by a few hundreds micrometer positioning range with applications based on piezoelectric stages or even just relatively few tens micrometer positioning range with applications based on galvanometer scanners. Although these techniques are precise, but stitching methods are required for larger fabrication areas. Therefore, a setup consisting of a femtosecond laser for 2PA and a nanopositioning and nanomeasuring machine (NMM-1) was developed for high precision laser writing on lager surfaces. Further developments of the system should enable a significant improvement in high-precision and stitching free direct laser writing. In order to combine the the femtosecond laser and the NMM-1 into a functional unit, to write complex structures with highest accuracy and homogeneity, further improvements like a beam expansion for a better use of the numerical aperture of the objective and a new femtosecond laser with a integrated power measurement are realized. This showed improvements in line width for nano strucuring. Advantages and disadvantages as well as further developments of the NMM-1 system will be discussed related to current developments in the laser beam and nanopositioning system optimization.



https://doi.org/10.1117/12.2609417
Salimitari, Parastoo; Behroudj, Arezo; Strehle, Steffen
Aligned deposition of bottom-up grown nanowires by two-directional pressure-controlled contact printing. - In: Nanotechnology, ISSN 1361-6528, Bd. 33 (2022), 23, 235301, S. 1-9

Aligned large-scale deposition of nanowires grown in a bottom-up manner with high yield is a persisting challenge but required to assemble single-nanowire devices effectively. Contact printing is a powerful strategy in this regard but requires so far adequate adjustment of the tribological surface interactions between nanowires and target substrate, e.g. by microtechnological surface patterning, chemical modifications or lift-off strategies. To expand the technological possibilities, we explored two-directional pressure-controlled contact printing as an alternative approach to efficiently transfer nanowires with controlled density and alignment angle onto target substrates through vertical-force control. To better understand this technology and the mechanical behavior of nanowires during the contact printing process, the dynamic bending behavior of nanowires under varying printing conditions is modeled by using the finite element method. We show that the density and angular orientation of transferred nanowires can be controlled using this three-axis printing approach, which thus enables potentially a controlled nanowire device fabrication on a large scale.



https://doi.org/10.1088/1361-6528/ac56f8
Chnani, Ahmed; Kurniawan, Mario; Bund, Andreas; Strehle, Steffen
Nanometer-thick hematite films as photoanodes for solar water splitting. - In: ACS applied nano materials, ISSN 2574-0970, Bd. 5 (2022), 2, S. 2897-2905

Photoelectrochemical (PEC) water splitting is one of the most promising sustainable methods for feasible solar hydrogen production. However, this method is still impractical due to the lack of suitable photoanode materials that are efficient, stable, and cost-effective. Here, we present a surprisingly simple fabrication method for efficient, stable, and cost-effective nanometer-thick hematite films utilizing a rapid, ambient annealing approach. In the oxygen evolution reaction, the fabricated hematite films exhibit a Faradaic efficiency of 99.8% already at 1 V versus the reversible hydrogen electrode (RHE), a real photocurrent density of 2.35 mA cm-2 at 1.23 V versus RHE, and a superior photo-oxidation stability recorded for over 1000 h. Considering the active surface area, the measured photocurrent density is higher than any value achieved so far by hematite and other single-material thin-film photoanodes. Hence, we show for the first time that undoped hematite thin films can compete with doped hematite and other semiconductor materials.



https://doi.org/10.1021/acsanm.2c00095
Kapitz, Marek; Aus der Wiesche, Stefan; Kadic, Samir; Strehle, Steffen
An experimental test of the Mocikat-Herwig theory of local turbulent heat transfer measurements on cold objects. - In: Heat and mass transfer, ISSN 1432-1181, Bd. 58 (2022), 6, S. 1041-1055

Experimental results are presented of a test of the theory of local turbulent heat transfer measurements proposed by Mocikat and Herwig in 2007. A miniaturized multi-layer heat transfer sensor was developed and employed in this study. The new heat transfer sensor was designed to work in air and liquids, and this capability enabled the simultaneous investigation of different Prandtl numbers. Two basic configurations, namely the flow past a blunt plate and the flow past an inclined square cylinder, were investigated in test sections of wind and water tunnels. Convective heat transfer coefficients were obtained through conventional testing (i.e., employing thoroughly heated test objects) and using the new miniaturized sensor approach (i.e., utilizing cold test objects without heating). The main prediction of the Mocikat-Herwig theory that a specific thermal adjustment coefficient of the employed actual miniaturized heat transfer sensor should exist in the fully turbulent flow regime was proven for developed two-dimensional flow. The observed effect of the Prandtl number on this coefficient was in good agreement with the prediction of the asymptotic expansion method. The square cylinder results indicated the inherent limits of the local turbulent heat transfer measurement approach, as suggested by Mocikat and Herwig.



https://doi.org/10.1007/s00231-021-03158-y
Chnani, Ahmed; Strehle, Steffen
Hematite nanowire and nanoflake-decorated photoelectrodes: implications for photoelectrochemical water splitting. - In: ACS applied nano materials, ISSN 2574-0970, Bd. 5 (2022), 1, S. 1016-1022

Hematite, a low-cost, nontoxic, and earth-abundant n-type semiconductor, is still an intriguing photoanode material for photoelectrochemical (PEC) water splitting. Nevertheless, the PEC performance of hematite is still hindered by ultrafast recombination rates or short diffusion lengths of charge carriers. Therefore, nanostructure implementation has been proposed in this and other cases to overcome this limitation, while simultaneously improving the photon harvesting efficiency. However, this approach must be critically reviewed. We show that both, hematite nanowire- and nanoflake-decorated photoelectrodes, show a low PEC performance in a NaOH (1 M) electrolyte. Reproducible nanostructure synthesis was achieved by the thermal oxidation of low-cost steel foils using only ambient air. Full absolute-energy reconstruction under ambient conditions of the electronic surface band structure of these nanostructured surfaces showed distinct Fermi-level pinning, resulting in high recombination rates. Based on our results, we can conclude that unmodified nanostructures hardly improve the performance but suffer from the lack of internal electrical splitting fields, which suppresses the electron-hole pair separation and can thus actually decrease the performance of PEC electrodes.



https://doi.org/10.1021/acsanm.1c03684
Roos, Michael M.; Winkler, Andreas; Nilsen, Madeleine; Menzel, Siegfried B.; Strehle, Steffen
Towards green 3D-microfabrication of Bio-MEMS devices using ADEX dry film photoresists. - In: International journal of precision engineering and manufacturing-green technology, ISSN 2198-0810, Bd. 9 (2022), 1, S. 43-57

Current trends in miniaturized diagnostics indicate an increasing demand for large quantities of mobile devices for health monitoring and point-of-care diagnostics. This comes along with a need for rapid but preferably also green microfabrication. Dry film photoresists (DFPs) promise low-cost and greener microfabrication and can partly or fully replace conventional silicon-technologies being associated with high-energy demands and the intense use of toxic and climate-active chemicals. Due to their mechanical stability and superior film thickness homogeneity, DFPs outperform conventional spin-on photoresists, such as SU-8, especially when three-dimensional architectures are required for micro-analytical devices (e.g. microfluidics). In this study, we utilize the commercial epoxy-based DFP ADEX to demonstrate various application scenarios ranging from the direct modification of microcantilever beams via the assembly of microfluidic channels to lamination-free patterning of DFPs, which employs the DFP directly as a substrate material. Finally, kinked, bottom-up grown silicon nanowires were integrated in this manner as prospective ion-sensitive field-effect transistors in a bio-probe architecture directly on ADEX substrates. Hence, we have developed the required set of microfabrication protocols for such an assembly comprising metal thin film deposition, direct burn-in of lithography alignment markers, and polymer patterning on top of the DFP.



https://doi.org/10.1007/s40684-021-00367-y
Kadiâc, Samir; Takana, Pavel; Dreschmann, Michael; Buck, Thomas; Dörr, Aaron; Serout, Anne; Hoffmann, Jochen; Strehle, Steffen; Lärmer, Franz
Precision meets high throughput - contactless single-cell sorting using an electrically passive microwell array. - In: 25th International Conference on Miniaturized Systems for Chemistry and Life Sciences (MicroTAS 2021), (2022), S. 135-136

Modern dielectrophoresis (DEP)-based microchips permit the isolation of pure single cells from heterogeneous cell mixtures. However, sorting throughputs and sample loading capacities are limited and active on-chip circuitry keeps the costs per sorted cell comparatively high. To overcome these problems, we have developed a novel DEP sorter consisting of a three-metal-layer microwell array. The entirely passive architecture of our device allows for inexpensive fabrication and universal sample input volumes. Nonetheless, experimental results revealed that our prototype exceeds the sorting speed of commercially available DEP sorters by at least one order of magnitude while maintaining single-cell precision and avoiding physical cell contact.



Azizy, Raschid; König, Jörg; Bucklitsch, Paul; Schreier, David; Günther-Müller, Sarah; Wedrich, Karin; Weigel, Christoph; Cierpka, Christian; Strehle, Steffen
Fertigung magneto-mikrofluidischer Mikropumpen durch Kombination von Glas, Trockenfilm-Resist und 3D-Druck. - In: Mikrosystemtechnik, (2022), S. 69-72

Wedrich, Karin; Ohl, Friedemann; Fröhlich, Thomas; Strehle, Steffen
Evaluation von MEMS-Führungskonzepten mit hohem Steifigkeitsverhältnis von Querrichtung und Hauptfunktionsrichtung. - In: Mikrosystemtechnik, (2022), S. 49-52

Weigel, Christoph; Sinzinger, Stefan; Hoffmann, Martin; Strehle, Steffen
Mikrostrukturierte Spezialgläser für mikromechanische und mikrooptische Anwendungen. - In: Mikrosystemtechnik, (2022), S. 35-38

Otto, Henning; Azizy, Raschid; Schreier, D.; König, Jörg; Weigel, Christoph; Strehle, Steffen; Cierpka, Christian
Entwicklung eines magnetohydrodynamischen Pumpsystems für die Mikrofluidik. - In: Experimentelle Strömungsmechanik - 29. Fachtagung, 6.-8. September 2022, Ilmenau, (2022), 38

Mohr-Weidenfeller, Laura; Kleinholz, Cathleen; Müller, Björn; Gropp, Sebastian; Günther-Müller, Sarah; Fischer, Michael; Müller, Jens; Strehle, Steffen
Thermal analysis of the ceramic material and evaluation of the bonding behavior of silicon-ceramic composite substrates. - In: Journal of micromechanics and microengineering, ISSN 1361-6439, Bd. 32 (2022), 10, 105004, S. 1-9

https://doi.org/10.1088/1361-6439/ac8686
Bohm, Sebastian; Phi, Hai Binh; Moriyama, Ayaka; Runge, Erich; Strehle, Steffen; König, Jörg; Cierpka, Christian; Dittrich, Lars
Highly efficient passive Tesla valves for microfluidic applications. - In: Microsystems & nanoengineering, ISSN 2055-7434, Bd. 8 (2022), 1, 97, S. 1-12

A multistage optimization method is developed yielding Tesla valves that are efficient even at low flow rates, characteristic, e.g., for almost all microfluidic systems, where passive valves have intrinsic advantages over active ones. We report on optimized structures that show a diodicity of up to 1.8 already at flow rates of 20 μl s^-1 corresponding to a Reynolds number of 36. Centerpiece of the design is a topological optimization based on the finite element method. It is set-up to yield easy-to-fabricate valve structures with a small footprint that can be directly used in microfluidic systems. Our numerical two-dimensional optimization takes into account the finite height of the channel approximately by means of a so-called shallow-channel approximation. Based on the three-dimensionally extruded optimized designs, various test structures were fabricated using standard, widely available microsystem manufacturing techniques. The manufacturing process is described in detail since it can be used for the production of similar cost-effective microfluidic systems. For the experimentally fabricated chips, the efficiency of the different valve designs, i.e., the diodicity defined as the ratio of the measured pressure drops in backward and forward flow directions, respectively, is measured and compared to theoretical predictions obtained from full 3D calculations of the Tesla valves. Good agreement is found. In addition to the direct measurement of the diodicities, the flow profiles in the fabricated test structures are determined using a two-dimensional microscopic particle image velocimetry (μPIV) method. Again, a reasonable good agreement of the measured flow profiles with simulated predictions is observed.



https://doi.org/10.1038/s41378-022-00437-4
Hebenstreit, Roman; Wedrich, Karin; Strehle, Steffen; Manske, Eberhard; Theska, René
First prototype of a positioning device with subatomic resolution. - In: Proceedings of the 22nd International Conference of the European Society for Precision Engineering and Nanotechnology, (2022), S. 97-100

In the forthgoing work on a device that enables subatomic resolved highly reproducible positioning, a first prototype is here presented. The entire positioning system including the actuator, sensor and guiding mechanism, is realized as a micro-electro-mechanical system (MEMS) on chip level, based on silicon-on-insulator (SOI) technology. A modular printed circuit board acts as the mechanical as well as the electrical contacting interface for the silicon chip. First variants of a linear positioning system comprising axisymmetric double parallel crank structure are investigated. Pivot joints as flexure hinges with concentrated compliance are deployed. These hinges show minimal rotational axis displacement for small angles of deflection, thus ensuring smallest deviations to a straight-line path of the linear guiding mechanism. An electrostatic comb actuator transmits forces contactless to minimize over constraints. A measuring bridge in differential mode utilizes the same comb structures to measure the table position based on the capacitance change. Estimating the position resolution, limited by the resolution of the capacitive sensor, a measurable step width below 50 pm can be expected. In further steps, the device will be a platform to be equipped with a lattice-scale-based position measurement system according to achieve an even higher resolution and reproducibility.



Lambri, Osvaldo Agustin; Weidenfeller, Bernd; Bonifacich, Federico Guillermo; Mohr-Weidenfeller, Laura; Lambri, F. D.; Xu, Jiayi; Zelada, Griselda I.; Endres, Frank
Study of the damping behaviour in samples consisting of iron electro-deposited on copper in an ionic liquid. - In: Journal of alloys and compounds, ISSN 1873-4669, Bd. 918 (2022), 165462

Copper-iron alloys were produced at room temperature by means of electrodeposition of iron on a copper substrate in an ionic liquid (1-butyl-1-methylpyrrolidinium trifluoromethylsulfonate [Py1,4]TfO). Samples with different electrodeposition times were studied using mechanical spectroscopy, scanning electron microscopy, light microscopy and magnetic loops techniques. Independent of the electrodeposition time the electrodeposition process leads to the promotion of a thin layer of iron onto the copper surface without iron diffusion into the substrate. The damping spectra for electrosposited samples in the as-electrodeposited state show the characteristic low and intermediate grain boundary damping peaks from copper as well as the solvent grain boundary damping peak from the electrodeposited iron. Thermal annealing at temperatures near 973 K leads to the appearance of Fe particles at the interface between the copper and iron (Cu + α-Fe phase) leading to a new damping peak at around 680 K whose driving force is the diffusion of copper atoms around the second phase particles.



https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2022.165462
Ortlepp, Ingo; Stauffenberg, Jaqueline; Krötschl, Anja; Dontsov, Denis; Zöllner, Jens-Peter; Hesse, Steffen; Reuter, Christoph; Strehle, Steffen; Fröhlich, Thomas; Rangelow, Ivo W.; Manske, Eberhard
Nanofabrication and -metrology by using the nanofabrication machine (NFM-100). - In: Novel Patterning Technologies 2022, (2022), 120540A, S. 120540A-1-120540A-12

The feature dimensions of integrated circuits are becoming smaller and the fabrication, metrology and inspection is becoming harder to be fulfilled. Fast-writing of long respectively large nano-features with Scanning-ProbeLithography and their inspection with an Atomic Force Microscope (AFM) is a challenge, for the accomplishment of which the Nanofabrication Machine (NFM-100) can serve as a beneficial experimental platform for basic research in the field of scale-spanning nanomeasuring and nanofabrication. The NFM-100 has an integrated tipbased system, which can be used as an AFM as well as for Field-Emission Scanning Probe Lithography (FESPL). The combination of both systems offers the possibility to fabricate and analyze micro- and nanostructures with high resolution and precision down to a single nanometre over a large area of 100 mm in diameter in a single configuration without tool or sensor change. Thus, in contrast to conventional optical inspection and alignment systems, the NFM-100 offers the potential for full lithographic and metrological automation. For FESPL, the implemented active probes enable an in-situ inspection capability, a quantitative mapping at unprecedented resolution, as well as an integrated overlay alignment system. In this paper, the basic set-up of the NFM-100 as well as the capability of the system for long range AFM scans and FESPL is demonstrated.



https://doi.org/10.1117/12.2615118
Hofmann, Martin; Holz, Mathias; Plank, Harald; Strehle, Steffen
Localized direct material removal and deposition by nanoscale field emission scanning probes. - In: Micro and nano engineering, ISSN 2590-0072, Bd. 16 (2022), 100146, S. 1-5

The manufactory of advanced micro- and nanoscale devices relies on capable patterning strategies. Focused electron beams, as for instance implemented since long in electron beam lithography and electron beam induced deposition, are in this regard key enabling tools especially at the early stages of device development and research. We show here that nanoscale field emission scanning probes can be potentially utilized as well for a prospective direct device fabrication by localized material deposition but notably, also by localized material removal. Field emission scanning probe processing was specifically realized on 10 nm chromium and 50 nm gold thin film stacks deposited on a (1 × 1) cm2 fused silica substrate. Localized material deposition and metal removal was studied in various atmospheres comprising high vacuum, nitrogen, ambient air, naphthalene and carbon-dioxide. Stable and reliable regimes were in particular obtained in a carbonaceous atmosphere. Hence, localized carbon deposits were obtained but also localized metal removal was realized. We demonstrate furthermore that the selected electron emission parameters (20 V - 80 V, 180 pA) and the overall operation environment are crucial aspects that determine the degree of material deposition and removal. Based on our findings, direct tip-based micro- to nanoscale material patterning appears possible. The applied energy regime is also enabling new insights into low energy (< 100 eV) electron interaction. However, the underlying mechanisms must be further elucidated.



https://doi.org/10.1016/j.mne.2022.100146
Mohr-Weidenfeller, Laura; Hofmann, Martin; Birli, Oliver; Häcker, Annika-Verena; Reinhardt, Carsten; Manske, Eberhard
Metrologische Nanopositionierung kombiniert mit Zwei-Photonen-Laserdirektschreiben :
Metrological nanopositioning combined with two-photon direct laser writing. - In: Technisches Messen, ISSN 2196-7113, Bd. 89 (2022), 7/8, S. 507-514

The extension of nanopositioning and nanomeasuring machines (NPM-machines) to fabrication machines by using a femtosecond laser for the implementation of direct laser writing by means of two-photon absorption (2PA) is a promising approach for cross-scale metrological fabrication in the field of lithographic techniques [24]. To this end, a concept for integrating two-photon technology into an NPM machine was developed and implemented, followed by a characterization of the system and targeted investigations to provide evidence for the synergy of the two techniques. On this basis, a new approach to high-throughput micro- and nano-fabrication was developed and investigated, demonstrating new possibilities in cross-scale, high-precision manufacturing [6]. This mix-and-match approach is based on a combination of 2PA laser writing with field emission lithography to fabricate masters for subsequent nanoimprint lithography. Not only the advantages of the large positioning range of the NMM-1 could be highlighted, but also the advantages resulting from the highly accurate positioning. A systematic reduction of the distance between two adjacent lines resulted in a minimum photoresist width of less than [Math Processing Error] [16], which can be classified among the smallest distances between two laser-written lines described in the literature [4], [10], [20]. The center-to-center distance of the lines of about [Math Processing Error] at a numerical aperture of 0.16 and a wavelength of 801 nm is only about [Math Processing Error] of the Rayleigh diffraction limit extended for the two-photon process. Thus, for the first time, a resist width far below the diffraction limit could be realized with conventional two-photon laser writing in positive photoresist.



https://doi.org/10.1515/teme-2021-0127
Häcker, Annika-Verena; Mohr-Weidenfeller, Laura; Stolzenberg, Clara F. L.; Reinhardt, Carsten; Manske, Eberhard
Modifications to a high-precision direct laser writing setup to improve its laser microfabrication. - In: Laser-Based Micro- and Nanoprocessing XVI, (2022), 119890U, S. 119890U-1-119890U-7

Two-photon-absorption (2PA) techniques enables the possibility to create extremely fine structures in photosensitive materials. For direct laser writing as micro- or nanofabrication a laser system can be combined with highly precise positioning systems. These are mostly limited by a few hundreds micrometer positioning range with applications based on piezoelectric stages or even just relatively few tens micrometer positioning range with applications based on galvanometer scanners. Although these techniques are precise, but stitching methods are required for larger fabrication areas. Therefore, a setup consisting of a femtosecond laser for 2PA and a nanopositioning and nanomeasuring machine (NMM-1) was developed for high precision laser writing on lager surfaces. Further developments of the system should enable a significant improvement in high-precision and stitching free direct laser writing. In order to combine the the femtosecond laser and the NMM-1 into a functional unit, to write complex structures with highest accuracy and homogeneity, further improvements like a beam expansion for a better use of the numerical aperture of the objective and a new femtosecond laser with a integrated power measurement are realized. This showed improvements in line width for nano strucuring. Advantages and disadvantages as well as further developments of the NMM-1 system will be discussed related to current developments in the laser beam and nanopositioning system optimization.



https://doi.org/10.1117/12.2609417
Salimitari, Parastoo; Behroudj, Arezo; Strehle, Steffen
Aligned deposition of bottom-up grown nanowires by two-directional pressure-controlled contact printing. - In: Nanotechnology, ISSN 1361-6528, Bd. 33 (2022), 23, 235301, S. 1-9

Aligned large-scale deposition of nanowires grown in a bottom-up manner with high yield is a persisting challenge but required to assemble single-nanowire devices effectively. Contact printing is a powerful strategy in this regard but requires so far adequate adjustment of the tribological surface interactions between nanowires and target substrate, e.g. by microtechnological surface patterning, chemical modifications or lift-off strategies. To expand the technological possibilities, we explored two-directional pressure-controlled contact printing as an alternative approach to efficiently transfer nanowires with controlled density and alignment angle onto target substrates through vertical-force control. To better understand this technology and the mechanical behavior of nanowires during the contact printing process, the dynamic bending behavior of nanowires under varying printing conditions is modeled by using the finite element method. We show that the density and angular orientation of transferred nanowires can be controlled using this three-axis printing approach, which thus enables potentially a controlled nanowire device fabrication on a large scale.



https://doi.org/10.1088/1361-6528/ac56f8
Chnani, Ahmed; Kurniawan, Mario; Bund, Andreas; Strehle, Steffen
Nanometer-thick hematite films as photoanodes for solar water splitting. - In: ACS applied nano materials, ISSN 2574-0970, Bd. 5 (2022), 2, S. 2897-2905

Photoelectrochemical (PEC) water splitting is one of the most promising sustainable methods for feasible solar hydrogen production. However, this method is still impractical due to the lack of suitable photoanode materials that are efficient, stable, and cost-effective. Here, we present a surprisingly simple fabrication method for efficient, stable, and cost-effective nanometer-thick hematite films utilizing a rapid, ambient annealing approach. In the oxygen evolution reaction, the fabricated hematite films exhibit a Faradaic efficiency of 99.8% already at 1 V versus the reversible hydrogen electrode (RHE), a real photocurrent density of 2.35 mA cm-2 at 1.23 V versus RHE, and a superior photo-oxidation stability recorded for over 1000 h. Considering the active surface area, the measured photocurrent density is higher than any value achieved so far by hematite and other single-material thin-film photoanodes. Hence, we show for the first time that undoped hematite thin films can compete with doped hematite and other semiconductor materials.



https://doi.org/10.1021/acsanm.2c00095
Kapitz, Marek; Aus der Wiesche, Stefan; Kadic, Samir; Strehle, Steffen
An experimental test of the Mocikat-Herwig theory of local turbulent heat transfer measurements on cold objects. - In: Heat and mass transfer, ISSN 1432-1181, Bd. 58 (2022), 6, S. 1041-1055

Experimental results are presented of a test of the theory of local turbulent heat transfer measurements proposed by Mocikat and Herwig in 2007. A miniaturized multi-layer heat transfer sensor was developed and employed in this study. The new heat transfer sensor was designed to work in air and liquids, and this capability enabled the simultaneous investigation of different Prandtl numbers. Two basic configurations, namely the flow past a blunt plate and the flow past an inclined square cylinder, were investigated in test sections of wind and water tunnels. Convective heat transfer coefficients were obtained through conventional testing (i.e., employing thoroughly heated test objects) and using the new miniaturized sensor approach (i.e., utilizing cold test objects without heating). The main prediction of the Mocikat-Herwig theory that a specific thermal adjustment coefficient of the employed actual miniaturized heat transfer sensor should exist in the fully turbulent flow regime was proven for developed two-dimensional flow. The observed effect of the Prandtl number on this coefficient was in good agreement with the prediction of the asymptotic expansion method. The square cylinder results indicated the inherent limits of the local turbulent heat transfer measurement approach, as suggested by Mocikat and Herwig.



https://doi.org/10.1007/s00231-021-03158-y
Chnani, Ahmed; Strehle, Steffen
Hematite nanowire and nanoflake-decorated photoelectrodes: implications for photoelectrochemical water splitting. - In: ACS applied nano materials, ISSN 2574-0970, Bd. 5 (2022), 1, S. 1016-1022

Hematite, a low-cost, nontoxic, and earth-abundant n-type semiconductor, is still an intriguing photoanode material for photoelectrochemical (PEC) water splitting. Nevertheless, the PEC performance of hematite is still hindered by ultrafast recombination rates or short diffusion lengths of charge carriers. Therefore, nanostructure implementation has been proposed in this and other cases to overcome this limitation, while simultaneously improving the photon harvesting efficiency. However, this approach must be critically reviewed. We show that both, hematite nanowire- and nanoflake-decorated photoelectrodes, show a low PEC performance in a NaOH (1 M) electrolyte. Reproducible nanostructure synthesis was achieved by the thermal oxidation of low-cost steel foils using only ambient air. Full absolute-energy reconstruction under ambient conditions of the electronic surface band structure of these nanostructured surfaces showed distinct Fermi-level pinning, resulting in high recombination rates. Based on our results, we can conclude that unmodified nanostructures hardly improve the performance but suffer from the lack of internal electrical splitting fields, which suppresses the electron-hole pair separation and can thus actually decrease the performance of PEC electrodes.



https://doi.org/10.1021/acsanm.1c03684
Roos, Michael M.; Winkler, Andreas; Nilsen, Madeleine; Menzel, Siegfried B.; Strehle, Steffen
Towards green 3D-microfabrication of Bio-MEMS devices using ADEX dry film photoresists. - In: International journal of precision engineering and manufacturing-green technology, ISSN 2198-0810, Bd. 9 (2022), 1, S. 43-57

Current trends in miniaturized diagnostics indicate an increasing demand for large quantities of mobile devices for health monitoring and point-of-care diagnostics. This comes along with a need for rapid but preferably also green microfabrication. Dry film photoresists (DFPs) promise low-cost and greener microfabrication and can partly or fully replace conventional silicon-technologies being associated with high-energy demands and the intense use of toxic and climate-active chemicals. Due to their mechanical stability and superior film thickness homogeneity, DFPs outperform conventional spin-on photoresists, such as SU-8, especially when three-dimensional architectures are required for micro-analytical devices (e.g. microfluidics). In this study, we utilize the commercial epoxy-based DFP ADEX to demonstrate various application scenarios ranging from the direct modification of microcantilever beams via the assembly of microfluidic channels to lamination-free patterning of DFPs, which employs the DFP directly as a substrate material. Finally, kinked, bottom-up grown silicon nanowires were integrated in this manner as prospective ion-sensitive field-effect transistors in a bio-probe architecture directly on ADEX substrates. Hence, we have developed the required set of microfabrication protocols for such an assembly comprising metal thin film deposition, direct burn-in of lithography alignment markers, and polymer patterning on top of the DFP.



https://doi.org/10.1007/s40684-021-00367-y
Kadiâc, Samir; Takana, Pavel; Dreschmann, Michael; Buck, Thomas; Dörr, Aaron; Serout, Anne; Hoffmann, Jochen; Strehle, Steffen; Lärmer, Franz
Precision meets high throughput - contactless single-cell sorting using an electrically passive microwell array. - In: 25th International Conference on Miniaturized Systems for Chemistry and Life Sciences (MicroTAS 2021), (2022), S. 135-136

Modern dielectrophoresis (DEP)-based microchips permit the isolation of pure single cells from heterogeneous cell mixtures. However, sorting throughputs and sample loading capacities are limited and active on-chip circuitry keeps the costs per sorted cell comparatively high. To overcome these problems, we have developed a novel DEP sorter consisting of a three-metal-layer microwell array. The entirely passive architecture of our device allows for inexpensive fabrication and universal sample input volumes. Nonetheless, experimental results revealed that our prototype exceeds the sorting speed of commercially available DEP sorters by at least one order of magnitude while maintaining single-cell precision and avoiding physical cell contact.



Azizy, Raschid; König, Jörg; Bucklitsch, Paul; Schreier, David; Günther-Müller, Sarah; Wedrich, Karin; Weigel, Christoph; Cierpka, Christian; Strehle, Steffen
Fertigung magneto-mikrofluidischer Mikropumpen durch Kombination von Glas, Trockenfilm-Resist und 3D-Druck. - In: Mikrosystemtechnik, (2022), S. 69-72

Wedrich, Karin; Ohl, Friedemann; Fröhlich, Thomas; Strehle, Steffen
Evaluation von MEMS-Führungskonzepten mit hohem Steifigkeitsverhältnis von Querrichtung und Hauptfunktionsrichtung. - In: Mikrosystemtechnik, (2022), S. 49-52

Weigel, Christoph; Sinzinger, Stefan; Hoffmann, Martin; Strehle, Steffen
Mikrostrukturierte Spezialgläser für mikromechanische und mikrooptische Anwendungen. - In: Mikrosystemtechnik, (2022), S. 35-38

Otto, Henning; Azizy, Raschid; Schreier, D.; König, Jörg; Weigel, Christoph; Strehle, Steffen; Cierpka, Christian
Entwicklung eines magnetohydrodynamischen Pumpsystems für die Mikrofluidik. - In: Experimentelle Strömungsmechanik - 29. Fachtagung, 6.-8. September 2022, Ilmenau, (2022), 38

Mohr-Weidenfeller, Laura; Kleinholz, Cathleen; Müller, Björn; Gropp, Sebastian; Günther-Müller, Sarah; Fischer, Michael; Müller, Jens; Strehle, Steffen
Thermal analysis of the ceramic material and evaluation of the bonding behavior of silicon-ceramic composite substrates. - In: Journal of micromechanics and microengineering, ISSN 1361-6439, Bd. 32 (2022), 10, 105004, S. 1-9

https://doi.org/10.1088/1361-6439/ac8686
Bohm, Sebastian; Phi, Hai Binh; Moriyama, Ayaka; Runge, Erich; Strehle, Steffen; König, Jörg; Cierpka, Christian; Dittrich, Lars
Highly efficient passive Tesla valves for microfluidic applications. - In: Microsystems & nanoengineering, ISSN 2055-7434, Bd. 8 (2022), 1, 97, S. 1-12

A multistage optimization method is developed yielding Tesla valves that are efficient even at low flow rates, characteristic, e.g., for almost all microfluidic systems, where passive valves have intrinsic advantages over active ones. We report on optimized structures that show a diodicity of up to 1.8 already at flow rates of 20 μl s^-1 corresponding to a Reynolds number of 36. Centerpiece of the design is a topological optimization based on the finite element method. It is set-up to yield easy-to-fabricate valve structures with a small footprint that can be directly used in microfluidic systems. Our numerical two-dimensional optimization takes into account the finite height of the channel approximately by means of a so-called shallow-channel approximation. Based on the three-dimensionally extruded optimized designs, various test structures were fabricated using standard, widely available microsystem manufacturing techniques. The manufacturing process is described in detail since it can be used for the production of similar cost-effective microfluidic systems. For the experimentally fabricated chips, the efficiency of the different valve designs, i.e., the diodicity defined as the ratio of the measured pressure drops in backward and forward flow directions, respectively, is measured and compared to theoretical predictions obtained from full 3D calculations of the Tesla valves. Good agreement is found. In addition to the direct measurement of the diodicities, the flow profiles in the fabricated test structures are determined using a two-dimensional microscopic particle image velocimetry (μPIV) method. Again, a reasonable good agreement of the measured flow profiles with simulated predictions is observed.



https://doi.org/10.1038/s41378-022-00437-4
Hebenstreit, Roman; Wedrich, Karin; Strehle, Steffen; Manske, Eberhard; Theska, René
First prototype of a positioning device with subatomic resolution. - In: Proceedings of the 22nd International Conference of the European Society for Precision Engineering and Nanotechnology, (2022), S. 97-100

In the forthgoing work on a device that enables subatomic resolved highly reproducible positioning, a first prototype is here presented. The entire positioning system including the actuator, sensor and guiding mechanism, is realized as a micro-electro-mechanical system (MEMS) on chip level, based on silicon-on-insulator (SOI) technology. A modular printed circuit board acts as the mechanical as well as the electrical contacting interface for the silicon chip. First variants of a linear positioning system comprising axisymmetric double parallel crank structure are investigated. Pivot joints as flexure hinges with concentrated compliance are deployed. These hinges show minimal rotational axis displacement for small angles of deflection, thus ensuring smallest deviations to a straight-line path of the linear guiding mechanism. An electrostatic comb actuator transmits forces contactless to minimize over constraints. A measuring bridge in differential mode utilizes the same comb structures to measure the table position based on the capacitance change. Estimating the position resolution, limited by the resolution of the capacitive sensor, a measurable step width below 50 pm can be expected. In further steps, the device will be a platform to be equipped with a lattice-scale-based position measurement system according to achieve an even higher resolution and reproducibility.



Lambri, Osvaldo Agustin; Weidenfeller, Bernd; Bonifacich, Federico Guillermo; Mohr-Weidenfeller, Laura; Lambri, F. D.; Xu, Jiayi; Zelada, Griselda I.; Endres, Frank
Study of the damping behaviour in samples consisting of iron electro-deposited on copper in an ionic liquid. - In: Journal of alloys and compounds, ISSN 1873-4669, Bd. 918 (2022), 165462

Copper-iron alloys were produced at room temperature by means of electrodeposition of iron on a copper substrate in an ionic liquid (1-butyl-1-methylpyrrolidinium trifluoromethylsulfonate [Py1,4]TfO). Samples with different electrodeposition times were studied using mechanical spectroscopy, scanning electron microscopy, light microscopy and magnetic loops techniques. Independent of the electrodeposition time the electrodeposition process leads to the promotion of a thin layer of iron onto the copper surface without iron diffusion into the substrate. The damping spectra for electrosposited samples in the as-electrodeposited state show the characteristic low and intermediate grain boundary damping peaks from copper as well as the solvent grain boundary damping peak from the electrodeposited iron. Thermal annealing at temperatures near 973 K leads to the appearance of Fe particles at the interface between the copper and iron (Cu + α-Fe phase) leading to a new damping peak at around 680 K whose driving force is the diffusion of copper atoms around the second phase particles.



https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2022.165462
Ortlepp, Ingo; Stauffenberg, Jaqueline; Krötschl, Anja; Dontsov, Denis; Zöllner, Jens-Peter; Hesse, Steffen; Reuter, Christoph; Strehle, Steffen; Fröhlich, Thomas; Rangelow, Ivo W.; Manske, Eberhard
Nanofabrication and -metrology by using the nanofabrication machine (NFM-100). - In: Novel Patterning Technologies 2022, (2022), 120540A, S. 120540A-1-120540A-12

The feature dimensions of integrated circuits are becoming smaller and the fabrication, metrology and inspection is becoming harder to be fulfilled. Fast-writing of long respectively large nano-features with Scanning-ProbeLithography and their inspection with an Atomic Force Microscope (AFM) is a challenge, for the accomplishment of which the Nanofabrication Machine (NFM-100) can serve as a beneficial experimental platform for basic research in the field of scale-spanning nanomeasuring and nanofabrication. The NFM-100 has an integrated tipbased system, which can be used as an AFM as well as for Field-Emission Scanning Probe Lithography (FESPL). The combination of both systems offers the possibility to fabricate and analyze micro- and nanostructures with high resolution and precision down to a single nanometre over a large area of 100 mm in diameter in a single configuration without tool or sensor change. Thus, in contrast to conventional optical inspection and alignment systems, the NFM-100 offers the potential for full lithographic and metrological automation. For FESPL, the implemented active probes enable an in-situ inspection capability, a quantitative mapping at unprecedented resolution, as well as an integrated overlay alignment system. In this paper, the basic set-up of the NFM-100 as well as the capability of the system for long range AFM scans and FESPL is demonstrated.



https://doi.org/10.1117/12.2615118
Hofmann, Martin; Holz, Mathias; Plank, Harald; Strehle, Steffen
Localized direct material removal and deposition by nanoscale field emission scanning probes. - In: Micro and nano engineering, ISSN 2590-0072, Bd. 16 (2022), 100146, S. 1-5

The manufactory of advanced micro- and nanoscale devices relies on capable patterning strategies. Focused electron beams, as for instance implemented since long in electron beam lithography and electron beam induced deposition, are in this regard key enabling tools especially at the early stages of device development and research. We show here that nanoscale field emission scanning probes can be potentially utilized as well for a prospective direct device fabrication by localized material deposition but notably, also by localized material removal. Field emission scanning probe processing was specifically realized on 10 nm chromium and 50 nm gold thin film stacks deposited on a (1 × 1) cm2 fused silica substrate. Localized material deposition and metal removal was studied in various atmospheres comprising high vacuum, nitrogen, ambient air, naphthalene and carbon-dioxide. Stable and reliable regimes were in particular obtained in a carbonaceous atmosphere. Hence, localized carbon deposits were obtained but also localized metal removal was realized. We demonstrate furthermore that the selected electron emission parameters (20 V - 80 V, 180 pA) and the overall operation environment are crucial aspects that determine the degree of material deposition and removal. Based on our findings, direct tip-based micro- to nanoscale material patterning appears possible. The applied energy regime is also enabling new insights into low energy (< 100 eV) electron interaction. However, the underlying mechanisms must be further elucidated.



https://doi.org/10.1016/j.mne.2022.100146
Mohr-Weidenfeller, Laura; Hofmann, Martin; Birli, Oliver; Häcker, Annika-Verena; Reinhardt, Carsten; Manske, Eberhard
Metrologische Nanopositionierung kombiniert mit Zwei-Photonen-Laserdirektschreiben :
Metrological nanopositioning combined with two-photon direct laser writing. - In: Technisches Messen, ISSN 2196-7113, Bd. 89 (2022), 7/8, S. 507-514

The extension of nanopositioning and nanomeasuring machines (NPM-machines) to fabrication machines by using a femtosecond laser for the implementation of direct laser writing by means of two-photon absorption (2PA) is a promising approach for cross-scale metrological fabrication in the field of lithographic techniques [24]. To this end, a concept for integrating two-photon technology into an NPM machine was developed and implemented, followed by a characterization of the system and targeted investigations to provide evidence for the synergy of the two techniques. On this basis, a new approach to high-throughput micro- and nano-fabrication was developed and investigated, demonstrating new possibilities in cross-scale, high-precision manufacturing [6]. This mix-and-match approach is based on a combination of 2PA laser writing with field emission lithography to fabricate masters for subsequent nanoimprint lithography. Not only the advantages of the large positioning range of the NMM-1 could be highlighted, but also the advantages resulting from the highly accurate positioning. A systematic reduction of the distance between two adjacent lines resulted in a minimum photoresist width of less than [Math Processing Error] [16], which can be classified among the smallest distances between two laser-written lines described in the literature [4], [10], [20]. The center-to-center distance of the lines of about [Math Processing Error] at a numerical aperture of 0.16 and a wavelength of 801 nm is only about [Math Processing Error] of the Rayleigh diffraction limit extended for the two-photon process. Thus, for the first time, a resist width far below the diffraction limit could be realized with conventional two-photon laser writing in positive photoresist.



https://doi.org/10.1515/teme-2021-0127
Häcker, Annika-Verena; Mohr-Weidenfeller, Laura; Stolzenberg, Clara F. L.; Reinhardt, Carsten; Manske, Eberhard
Modifications to a high-precision direct laser writing setup to improve its laser microfabrication. - In: Laser-Based Micro- and Nanoprocessing XVI, (2022), 119890U, S. 119890U-1-119890U-7

Two-photon-absorption (2PA) techniques enables the possibility to create extremely fine structures in photosensitive materials. For direct laser writing as micro- or nanofabrication a laser system can be combined with highly precise positioning systems. These are mostly limited by a few hundreds micrometer positioning range with applications based on piezoelectric stages or even just relatively few tens micrometer positioning range with applications based on galvanometer scanners. Although these techniques are precise, but stitching methods are required for larger fabrication areas. Therefore, a setup consisting of a femtosecond laser for 2PA and a nanopositioning and nanomeasuring machine (NMM-1) was developed for high precision laser writing on lager surfaces. Further developments of the system should enable a significant improvement in high-precision and stitching free direct laser writing. In order to combine the the femtosecond laser and the NMM-1 into a functional unit, to write complex structures with highest accuracy and homogeneity, further improvements like a beam expansion for a better use of the numerical aperture of the objective and a new femtosecond laser with a integrated power measurement are realized. This showed improvements in line width for nano strucuring. Advantages and disadvantages as well as further developments of the NMM-1 system will be discussed related to current developments in the laser beam and nanopositioning system optimization.



https://doi.org/10.1117/12.2609417
Salimitari, Parastoo; Behroudj, Arezo; Strehle, Steffen
Aligned deposition of bottom-up grown nanowires by two-directional pressure-controlled contact printing. - In: Nanotechnology, ISSN 1361-6528, Bd. 33 (2022), 23, 235301, S. 1-9

Aligned large-scale deposition of nanowires grown in a bottom-up manner with high yield is a persisting challenge but required to assemble single-nanowire devices effectively. Contact printing is a powerful strategy in this regard but requires so far adequate adjustment of the tribological surface interactions between nanowires and target substrate, e.g. by microtechnological surface patterning, chemical modifications or lift-off strategies. To expand the technological possibilities, we explored two-directional pressure-controlled contact printing as an alternative approach to efficiently transfer nanowires with controlled density and alignment angle onto target substrates through vertical-force control. To better understand this technology and the mechanical behavior of nanowires during the contact printing process, the dynamic bending behavior of nanowires under varying printing conditions is modeled by using the finite element method. We show that the density and angular orientation of transferred nanowires can be controlled using this three-axis printing approach, which thus enables potentially a controlled nanowire device fabrication on a large scale.



https://doi.org/10.1088/1361-6528/ac56f8
Chnani, Ahmed; Kurniawan, Mario; Bund, Andreas; Strehle, Steffen
Nanometer-thick hematite films as photoanodes for solar water splitting. - In: ACS applied nano materials, ISSN 2574-0970, Bd. 5 (2022), 2, S. 2897-2905

Photoelectrochemical (PEC) water splitting is one of the most promising sustainable methods for feasible solar hydrogen production. However, this method is still impractical due to the lack of suitable photoanode materials that are efficient, stable, and cost-effective. Here, we present a surprisingly simple fabrication method for efficient, stable, and cost-effective nanometer-thick hematite films utilizing a rapid, ambient annealing approach. In the oxygen evolution reaction, the fabricated hematite films exhibit a Faradaic efficiency of 99.8% already at 1 V versus the reversible hydrogen electrode (RHE), a real photocurrent density of 2.35 mA cm-2 at 1.23 V versus RHE, and a superior photo-oxidation stability recorded for over 1000 h. Considering the active surface area, the measured photocurrent density is higher than any value achieved so far by hematite and other single-material thin-film photoanodes. Hence, we show for the first time that undoped hematite thin films can compete with doped hematite and other semiconductor materials.



https://doi.org/10.1021/acsanm.2c00095
Kapitz, Marek; Aus der Wiesche, Stefan; Kadic, Samir; Strehle, Steffen
An experimental test of the Mocikat-Herwig theory of local turbulent heat transfer measurements on cold objects. - In: Heat and mass transfer, ISSN 1432-1181, Bd. 58 (2022), 6, S. 1041-1055

Experimental results are presented of a test of the theory of local turbulent heat transfer measurements proposed by Mocikat and Herwig in 2007. A miniaturized multi-layer heat transfer sensor was developed and employed in this study. The new heat transfer sensor was designed to work in air and liquids, and this capability enabled the simultaneous investigation of different Prandtl numbers. Two basic configurations, namely the flow past a blunt plate and the flow past an inclined square cylinder, were investigated in test sections of wind and water tunnels. Convective heat transfer coefficients were obtained through conventional testing (i.e., employing thoroughly heated test objects) and using the new miniaturized sensor approach (i.e., utilizing cold test objects without heating). The main prediction of the Mocikat-Herwig theory that a specific thermal adjustment coefficient of the employed actual miniaturized heat transfer sensor should exist in the fully turbulent flow regime was proven for developed two-dimensional flow. The observed effect of the Prandtl number on this coefficient was in good agreement with the prediction of the asymptotic expansion method. The square cylinder results indicated the inherent limits of the local turbulent heat transfer measurement approach, as suggested by Mocikat and Herwig.



https://doi.org/10.1007/s00231-021-03158-y
Chnani, Ahmed; Strehle, Steffen
Hematite nanowire and nanoflake-decorated photoelectrodes: implications for photoelectrochemical water splitting. - In: ACS applied nano materials, ISSN 2574-0970, Bd. 5 (2022), 1, S. 1016-1022

Hematite, a low-cost, nontoxic, and earth-abundant n-type semiconductor, is still an intriguing photoanode material for photoelectrochemical (PEC) water splitting. Nevertheless, the PEC performance of hematite is still hindered by ultrafast recombination rates or short diffusion lengths of charge carriers. Therefore, nanostructure implementation has been proposed in this and other cases to overcome this limitation, while simultaneously improving the photon harvesting efficiency. However, this approach must be critically reviewed. We show that both, hematite nanowire- and nanoflake-decorated photoelectrodes, show a low PEC performance in a NaOH (1 M) electrolyte. Reproducible nanostructure synthesis was achieved by the thermal oxidation of low-cost steel foils using only ambient air. Full absolute-energy reconstruction under ambient conditions of the electronic surface band structure of these nanostructured surfaces showed distinct Fermi-level pinning, resulting in high recombination rates. Based on our results, we can conclude that unmodified nanostructures hardly improve the performance but suffer from the lack of internal electrical splitting fields, which suppresses the electron-hole pair separation and can thus actually decrease the performance of PEC electrodes.



https://doi.org/10.1021/acsanm.1c03684
Roos, Michael M.; Winkler, Andreas; Nilsen, Madeleine; Menzel, Siegfried B.; Strehle, Steffen
Towards green 3D-microfabrication of Bio-MEMS devices using ADEX dry film photoresists. - In: International journal of precision engineering and manufacturing-green technology, ISSN 2198-0810, Bd. 9 (2022), 1, S. 43-57

Current trends in miniaturized diagnostics indicate an increasing demand for large quantities of mobile devices for health monitoring and point-of-care diagnostics. This comes along with a need for rapid but preferably also green microfabrication. Dry film photoresists (DFPs) promise low-cost and greener microfabrication and can partly or fully replace conventional silicon-technologies being associated with high-energy demands and the intense use of toxic and climate-active chemicals. Due to their mechanical stability and superior film thickness homogeneity, DFPs outperform conventional spin-on photoresists, such as SU-8, especially when three-dimensional architectures are required for micro-analytical devices (e.g. microfluidics). In this study, we utilize the commercial epoxy-based DFP ADEX to demonstrate various application scenarios ranging from the direct modification of microcantilever beams via the assembly of microfluidic channels to lamination-free patterning of DFPs, which employs the DFP directly as a substrate material. Finally, kinked, bottom-up grown silicon nanowires were integrated in this manner as prospective ion-sensitive field-effect transistors in a bio-probe architecture directly on ADEX substrates. Hence, we have developed the required set of microfabrication protocols for such an assembly comprising metal thin film deposition, direct burn-in of lithography alignment markers, and polymer patterning on top of the DFP.



https://doi.org/10.1007/s40684-021-00367-y
Weigel, Christoph; Brokmann, Ulrike; Hofmann, Meike; Behrens, Arne; Rädlein, Edda; Hoffmann, Martin; Strehle, Steffen; Sinzinger, Stefan
Perspectives of reactive ion etching of silicate glasses for optical microsystems. - In: Journal of optical microsystems, ISSN 2708-5260, Bd. 1 (2021), 4, S. 040901-1-040901-22

We provide a review of the latest research findings as well as the future potential of plasma-based etching technology for the fabrication of micro-optical components and systems. Reactive ion etching (RIE) in combination with lithographic patterning is a well-established technology in the field of micro- and nanofabrication. Nevertheless, practical implementation, especially for plasma-based patterning of complex optical materials such as alumino-silicate glasses or glass-ceramics, is still largely based on technological experience rather than established models. Such models require an in-depth understanding of the underlying chemical and physical processes within the plasma and at the glass-plasma/mask-plasma interfaces. We therefore present results that should pave the way for a better understanding of processes and thus for the extension of RIE processes toward innovative three-dimensional (3D) patterning as well as for the processing of chemically and structurally inhomogeneous silicate-based substrates. To this end, we present and discuss the results of a variety of microstructuring strategies for different application areas with a focus on micro-optics. We consider the requirements for refractive and diffractive micro-optical systems and highlight potentials for 3D dry chemical etching by selective tailoring of the material structure. The results thus provide first steps toward a knowledge-based approach to RIE processing of universal dielectric glass materials for optical microsystems, which also has a significant impact on other microscale applications.



https://doi.org/10.1117/1.JOM.1.4.040901
Phi, Hai Binh; Bohm, Sebastian; Runge, Erich; Strehle, Steffen; Dittrich, Lars
Wafer-level fabrication of an EWOD-driven micropump. - In: MikroSystemTechnik, (2021), S. 574-577

Salimitari, Parastoo; Reuter, Christoph; Krötschl, Anja; Strehle, Steffen
Assembly of single-nanowires by combining soft transfer and surface controlled contact printing. - In: MikroSystemTechnik, (2021), S. 442-445

Weigel, Christoph; Phi, Hai Binh; Akkad, Mohamad; Strehle, Steffen
Effiziente Plasmastrukturierung komplexer Gläser mit polymeren Resistmasken durch statistische Versuchsplanung. - In: MikroSystemTechnik, (2021), S. 422-425

Weigel, Christoph; Brokmann, Ulrike; Rädlein, Edda; Strehle, Steffen
Maskless pattern transfer into photostructurable glasses by deep plasma etching. - In: MikroSystemTechnik, (2021), S. 419-421

Mohr-Weidenfeller, Laura; Gropp, Sebastian; Azizy, Raschid; Müller, Björn; Bucklitsch, Paul; Müller, Jens; Strehle, Steffen
Evaluation of a low-temperature fabrication technology for silicon-ceramic-composite-substrates. - In: MikroSystemTechnik, (2021), S. 392-395

We evaluate a low-temperature fabrication process of silicon-ceramic-composite substrates that is dry film photoresist based interlayer film set between the silicon and the ceramic substrate. Adequate adhesion to silicon as well as to low-temperature cofired ceramics (LTCC) together with the existing long-term experience render polymeric photoresists as intriguing interlayer bond film. Due to their superior film thickness homogeneity and the fact that pre-defined surface features can be effectively balanced, we utilized in our study the commercial dry film photoresists Ordyl FP 415 and Ordyl SY 330. We fabricated in this regard successfully silicon-ceramic composite substrate that fully enabled UV-laser photolithography as well as plasma dry etching of silicon structures. We discuss furthermore, aspects of the utilized thermal treatment procedure comprising parameters like the interface bond strength as well as the wafer bow, the possibilities and limitations of an interface patterning and the overall long-term stability in wet and dry environment.



Kadic, Samir; Du, Tianxing; Roth, Astrid; Dörr, Aaron; Knapp, Michael; Hoffmann, Jochen; Serout, Anne; Strehle, Steffen; Lärmer, Franz
Hoch-sensitive und vollautomatisierte Quantifizierung von zirkulierenden epithelialen Tumorzellen aus Vollblut. - In: MikroSystemTechnik, (2021), S. 226-229

Mehner, Hannes; Schmitt, Philip; Hoffmann, Martin
Mikrosysteme zur Messung von Haftreib- und Gleitreibfaktoren an DRIE geätzten Seitenwänden bei hohen Normalkräften im mN-Bereich. - In: MikroSystemTechnik, (2021), S. 110-113

Weigel, Christoph; Phi, Hai Binh; Hoffmann, Martin; Sinzinger, Stefan; Strehle, Steffen
Vergleich zur Plasmastrukturierbarkeit von Materialien mit sehr geringer thermischer Ausdehnung. - In: MikroSystemTechnik, (2021), S. 51-54

Dashtestani, Ashkan Djaberi; Moeinian, Ardeshir; Biskupek, Johannes; Strehle, Steffen
Contamination-assisted rather than metal catalyst-free bottom-up growth of silicon nanowires. - In: Advanced materials interfaces, ISSN 2196-7350, Bd. 8 (2021), 22, 2101121, insges. 9 S.

Well-established metal-catalyzed vapor-liquid-solid (VLS) growth represents still undoubtedly the key technology for bottom-up synthesis of single-crystalline silicon nanowires (SiNWs). Although various SiNW applications are demonstrated, electrical and optical properties are exposed to the inherent risk of electronic deep trap state formation by metal impurities. Therefore, metal catalyst-free growth strategies are intriguing. The oxid-assisted SiNW synthesis is explored and it is shown that contamination control is absolutely crucial. Slightest metal impurities, such as iron, are sufficient to trigger SiNW growth, calling into question true metal catalyst-free SiNW synthesis. Therefore, the term contamination-assisted is rather introduced and it is shown that contamination-assisted SiNW growth is determined by the chemical surface treatment (e.g., with KOH solution), but also by the crystal orientation of a silicon substrate. SiNWs are grown in this regards in a reproducible manner, but so far with a distinct tapering, using a conventional gas-phase reactor system at temperatures of about 680 &ring;C and monosilane (SiH4) as the precursor gas. The synthesized SiNWs show convincing electrical properties compared to Au-catalyzed SiNWs. Nevertheless, contamination-assisted growth of SiNWs appears to be an important step toward bottom-up synthesis of high-quality SiNWs with a lower risk of metal poisoning, such as those needed for CMOS and other technologies.



https://doi.org/10.1002/admi.202101121
Mohr-Weidenfeller, Laura; Hofmann, Martin; Birli, Oliver; Häcker, Annika-Verena; Reinhardt, Carsten; Manske, Eberhard
Two-photon direct laser writing with metrologically traceable positioning :
Direktes Laserschreiben auf Basis von Zwei-Photonen-Absorption mit metrologisch rückführbarer Positionierung. - In: Technisches Messen, ISSN 2196-7113, Bd. 88 (2021), S. S22-S27

Die Erweiterung von Nanopositionier- und Nanomessmaschinen (NPM-Maschinen) zu Fabrikationsmaschinen durch den Einsatz eines Femtosekundenlasers für die Umsetzung von direktem Laserschreiben mittels Zwei-Photonen-Absorption (2PA) ist ein vielversprechender Ansatz zur skalenübergreifenden metrologischen Fertigung im Bereich der lithografischen Techniken [23]. Dazu wurde zunächst ein Konzept zur Integration der Zwei-Photonen-Technologie in eine NPM-Maschine entwickelt und umgesetzt. Anschließend erfolgten eine Charakterisierung des Systems sowie gezielte Untersuchungen, um den Nachweis für die Synergie der beiden Techniken zu erbringen. Auf dieser Grundlage wurde ein neuer Ansatz zur Mikro- und Nanofabrikation mit hohem Durchsatz entwickelt und untersucht, welcher neue Möglichkeiten in der skalenübergreifenden, hochpräzisen Fertigung aufzeigt [5]. Dieser Mix-and-Match-Ansatz basiert auf einer Verbindung von 2PA-Laserschreiben mit Feldemissionslithografie zur Herstellung von Mastern für anschließende Nanoimprintlithografie. Nicht nur die Vorteile des großen Positionierbereichs der NMM-1 konnten herausgestellt werden, sondern auch die Vorteile, die sich durch die hochgenaue Positionierung ergeben. Eine systematische Reduzierung des Abstands zweier benachbarter Linien führte zu einer minimalen Stegbreite von unter 30 nm [15], was bei den kleinsten in der Literatur beschriebenen Distanzen zwischen zwei lasergeschriebenen Linien einzuordnen ist [3, 9, 19]. Die Center-to-Center-Distanz der Linien von etwa 1.695 [my]m bei einer numerischen Apertur von 0.16 und einer Wellenlänge von 801 nm beträgt nur etwa 56 % der für den Zweiphotonenprozess erweiterten Beugungsbegrenzung nach Rayleigh. Erstmalig konnte somit eine Stegbreite weit unterhalb der Beugungsbegrenzung mit herkömmlichem Zwei-Photonen-Laserschreiben in Positiv-Photolack realisiert werden.



https://doi.org/10.1515/teme-2021-0052
Ortlepp, Ingo; Fröhlich, Thomas; Füßl, Roland; Reger, Johann; Schäffel, Christoph; Sinzinger, Stefan; Strehle, Steffen; Theska, René; Zentner, Lena; Zöllner, Jens-Peter; Rangelow, Ivo W.; Reinhardt, Carsten; Hausotte, Tino; Cao, Xinrui; Dannberg, Oliver; Fern, Florian; Fischer, David; Gorges, Stephan; Hofmann, Martin; Kirchner, Johannes; Meister, Andreas; Sasiuk, Taras; Schienbein, Ralf; Supreeti, Shraddha; Mohr-Weidenfeller, Laura; Weise, Christoph; Reuter, Christoph; Stauffenberg, Jaqueline; Manske, Eberhard
Tip- and laser-based 3D nanofabrication in extended macroscopic working areas. - In: Nanomanufacturing and metrology, ISSN 2520-8128, Bd. 4 (2021), 3, S. 132-148

The field of optical lithography is subject to intense research and has gained enormous improvement. However, the effort necessary for creating structures at the size of 20 nm and below is considerable using conventional technologies. This effort and the resulting financial requirements can only be tackled by few global companies and thus a paradigm change for the semiconductor industry is conceivable: custom design and solutions for specific applications will dominate future development (Fritze in: Panning EM, Liddle JA (eds) Novel patterning technologies. International society for optics and photonics. SPIE, Bellingham, 2021. https://doi.org/10.1117/12.2593229). For this reason, new aspects arise for future lithography, which is why enormous effort has been directed to the development of alternative fabrication technologies. Yet, the technologies emerging from this process, which are promising for coping with the current resolution and accuracy challenges, are only demonstrated as a proof-of-concept on a lab scale of several square micrometers. Such scale is not adequate for the requirements of modern lithography; therefore, there is the need for new and alternative cross-scale solutions to further advance the possibilities of unconventional nanotechnologies. Similar challenges arise because of the technical progress in various other fields, realizing new and unique functionalities based on nanoscale effects, e.g., in nanophotonics, quantum computing, energy harvesting, and life sciences. Experimental platforms for basic research in the field of scale-spanning nanomeasuring and nanofabrication are necessary for these tasks, which are available at the Technische Universität Ilmenau in the form of nanopositioning and nanomeasuring (NPM) machines. With this equipment, the limits of technical structurability are explored for high-performance tip-based and laser-based processes for enabling real 3D nanofabrication with the highest precision in an adequate working range of several thousand cubic millimeters.



https://doi.org/10.1007/s41871-021-00110-w
Weigel, Christoph; Phi, Hai Binh; Denissel, Felix Arthur; Hoffmann, Martin; Sinzinger, Stefan; Strehle, Steffen
Highly anisotropic fluorine-based plasma etching of ultralow expansion glass. - In: Advanced engineering materials, ISSN 1527-2648, Bd. 23 (2021), 6, 2001336, insges. 10 S.

Deep etching of glass and glass ceramics is far more challenging than silicon etching. For thermally insensitive microelectromechanical and microoptical systems, zero-expansion materials such as Zerodur or ultralow expansion (ULE) glass are intriguing. In contrast to Zerodur that exhibits a complex glass network composition, ULE glass consists of only two components, namely, TiO2 and SiO2. This fact is highly beneficial for plasma etching. Herein, a deep fluorine-based etching process for ULE 7972 glass is shown for the first time that yields an etch rate of up to 425 nm min^-1 while still achieving vertical sidewall angles of 87&ring;. The process offers a selectivity of almost 20 with respect to a nickel hard mask and is overall comparable with fused silica. The chemical surface composition is additionally investigated to elucidate the etching process and the impact of the tool configuration in comparison with previously published etching results achieved in Zerodur. Therefore, deep and narrow trenches can be etched in ULE glass with high anisotropy, which supports a prospective implementation of ULE glass microstructures, for instance, in metrology and miniaturized precision applications.



https://doi.org/10.1002/adem.202001336
Stauffenberg, Jaqueline; Ortlepp, Ingo; Blumröder, Ulrike; Dontsov, Denis; Schäffel, Christoph; Holz, Mathias; Rangelow, Ivo W.; Manske, Eberhard
Untersuchungen zur Positioniergenauigkeit der NanoFabrikationsmaschine (NFM-100) :
Investigations on the positioning accuracy of the Nano Fabrication Machine (NFM-100). - In: Technisches Messen, ISSN 2196-7113, Bd. 88 (2021), 9, S. 581-589

This contribution deals with the analysis of the positioning accuracy of a new Nano Fabrication Machine. This machine uses a planar direct drive system and has a positioning range up to 100 mm in diameter. The positioning accuracy was investigated in different movement scenarios, including phases of acceleration and deceleration. Also, the target position error of certain movements at different positions of the machine slider is considered. Currently, the NFM-100 is equipped with a tip-based measuring system. This Atomic Force Microscope (AFM) uses self-actuating and self-sensing microcantilevers, which can be used also for Field-Emission-Scanning-Probe-Lithography (FESPL). This process is capable of fabricating structures in the range of nanometres. In combination with the NFM-100 and its positioning range, nanostructures can be analysed and written in a macroscopic range without any tool change. However, the focus in this article is on the measurement and positioning accuracy of the tip-based measuring system in combination with the NFM-100 and is verified by repeated measurements. Finally, a linescan, realised using both systems, is shown over a long range of motion of 30 mm.



https://doi.org/10.1515/teme-2021-0079
Weidenfeller, Bernd; Lambri, Osvaldo Agustin; Bonifacich, Federico Guillermo; Lambri, M. L.; Mohr-Weidenfeller, Laura; Sover, Alexandru
Analysis of damping spectra of silver-plated brass from a Weltklang saxophone manufactured in 1969. - In: Journal of alloys and compounds, ISSN 1873-4669, Bd. 880 (2021), 160498

The damping of wall vibrations in material of musical instruments influences its sound, but the damping capacity of the materials is rarely investigated. One of the most used material for musical wind instruments is α-brass. Therefore, samples from a saxophone manufactured of silver plated Cu28%Zn with small Pb content were investigated by scanning electron microscopy, energy dispersive spectroscopy, X-ray fluorescence, thermogravimetric analyses coupled with Fourier transform infrared spectroscopy, and mechanical spectroscopy. Pb particles are located at grain boundaries. Damping spectra show three relaxation peaks which can be attributed to Zener and/or solvent grain boundary relaxation, a peak due to dislocation defect interactions and a solute grain boundary peak. The peak temperatures of these peaks are higher in silver plated brass than for brass without silver cover due to AgCO3 particles. The silver plating process led to the formation of Zn and Cu carbonates. Thermal decomposition of these carbonates to ZnO and CuO together with lead particles leads to blocking of the solute grain boundary peak.



https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2021.160498
Mohr-Weidenfeller, Laura; Häcker, Annika-Verena; Reinhardt, Carsten; Manske, Eberhard
Two-photon direct laser writing beyond the diffraction limit using the nanopositioning and nanomeasuring machine. - In: Nanomanufacturing and metrology, ISSN 2520-8128, Bd. 4 (2021), 3, S. 149-155

Since the first realization of two-photon direct laser writing (DLW) in Maruo et al. (Opt Lett 22:132-134, 1997), the manufacturing using direct laser writing techniques spread out in many laboratories all over the world. Photosensitive materials with different material properties open a new field for micro- and nanofabrication. The achievable structuring resolution using this technique is reported to be sub-100 nm (Paz et al. in J. Laser Appl. 24:042004, 2012), while a smallest linewidth of 25 nm could be shown in Tan et al. (Appl Phys Lett 90:071106, 2007). In our approach, the combination of DLW with the nanopositioning and nanomeasuring machine NMM-1 offers an improvement of the technique from the engineering side regarding the ultra-precise positioning (Weidenfeller et al. in Adv Fabr Technol Micro/Nano Opt Photon XI 10544:105440E, 2018). One big benefit besides the high positioning resolution of 0.1 nm is offered by the positioning range of 25 mm × 25 mm × 5 mm (Jäger et al. in Technisches Messen 67:319-323, 2000; Manske et al. in Meas Sci Technol 18:520-527, 2007). Thus, a trans-scale fabrication without any stitching or combination of different positioning systems is necessary. The immense synergy between the highly precise positioning and the DLW is demonstrated by the realization of resist lines and trenches whose center-to-center distance undergoes the modified diffraction limit for two-photon processes. The precise positioning accuracy enables a defined distance between illuminated lines. Hence, with a comparable huge width of the trenches of 1.655 [my]m due to a low effective numerical aperture of 0.16, a resist line of 30 nm between two written trenches could be achieved. Although the interrelationships for achieving such narrow trenches have not yet been clarified, much smaller resist lines and trench widths are possible with this approach in the near future.



https://doi.org/10.1007/s41871-021-00100-y
Behroudj, Arezo; Salimitari, Parastoo; Nilsen, Madeleine; Strehle, Steffen
Exploring nanowire regrowth for the integration of bottom-up grown silicon nanowires into AFM scanning probes. - In: Journal of micromechanics and microengineering, ISSN 1361-6439, Bd. 31 (2021), 5, 055010, S. 1-11

https://doi.org/10.1088/1361-6439/abf332
Stauffenberg, Jaqueline; Reuter, Christoph; Ortlepp, Ingo; Holz, Mathias; Dontsov, Denis; Schäffel, Christoph; Zöllner, Jens-Peter; Rangelow, Ivo W.; Strehle, Steffen; Manske, Eberhard
Nanopositioning and -fabrication using the Nano Fabrication Machine with a positioning range up to Ø 100 mm. - In: Novel Patterning Technologies 2021, (2021), S. 1161016-1-1161016-10

This paper focuses on a new Nano Fabrication Machine 100 (NFM-100) with a working range up to 100 mm in diameter and its integrated tip-based system, which can be used as an Atomic Force Microscope (AFM) as well as for Field-Emission-Scanning-Probe-Lithography (FESPL). The combination of both systems offers the possibility to fabricate and analyze micro- and nanostructures with high resolution and precision down to a single nanometer over a large area in one single configuration without tool or sensor change. After the description of the basic machine structure of the NFM-100, the demonstration of long range and large area AFM scans in combination with the NFM-100 will be shown. Additionally, the basic functionality of the FESPL manufacturing process is presented.



https://doi.org/10.1117/12.2583703
Zentner, Lena; Strehle, Steffen
Microactuators, microsensors and micromechanisms : MAMM 2020. - Cham : Springer, 2021. - 1 Online-Ressource (viii, 148 Seiten). - (Mechanisms and machine science ; Volume 96) ISBN 978-3-030-61652-6
Description based on publisher supplied metadata and other sources.

Intro -- Preface -- Contents -- A Novel Planar Two-Axis Leaf-Type Notch Flexure Hinge with Coincident Rotation Axes and Its Application to Micropositioning Stages -- 1 Introduction -- 2 Design of the Two-Axis Leaf-Type Notch Flexure Hinge -- 3 FEM-Based Investigation of the TLNFH -- 3.1 FEM Model -- 3.2 Parametric Study -- 3.3 Discussion of Results -- 4 Application to Compliant Micropositioning Stages -- 4.1 10-Hinge Rectilinear Stage -- 4.2 12-Hinge XY Stage -- 5 Conclusions -- References -- Characterization of Thin Flexure Hinges for Precision Applications Based on First Eigenfrequency -- 1 Introduction -- 2 Materials and Methods -- 2.1 Experiment -- 2.2 Theoretical Approaches -- 3 Results and Discussion -- 4 Conclusions and Outlook -- References -- Optimization of Compliant Path-Generating Mechanisms Based on Non-linear Analytical Modeling -- 1 Introduction -- 2 Analytical Model -- 2.1 Large Deflections of Rod-Like Structures -- 2.2 Modeling of Compliant Mechanisms as Continua -- 3 Verification of the Analytical Model by FEM Simulation -- 3.1 Analytical Solution -- 3.2 FEM Simulation -- 3.3 Results and Discussion -- 4 Analytical Optimization of Example Compliant Path-Generating Mechanisms -- 5 Conclusions -- References -- Modelling and Investigation of a Compliant Cable-Driven Finger-Like Mechanism -- 1 Introduction -- 2 Basic Concept of Compliant Cable-Driven Mechanism -- 3 Model and Simulation -- 3.1 Mechanical Model -- 3.2 Mathematical Model -- 4 Calculation Results -- 4.1 Bending Shapes Without Consideration of Gravity -- 4.2 Bending Shapes Under Consideration of Gravity -- 4.3 Bending Moment -- 5 Experimental Validation of the Model -- 5.1 Experimental Setup and Test Procedure -- 5.2 Test Results -- 6 Conclusions -- References -- Reconfigurable Planar Quadrilateral Linkages Based on the Tensegrity Principle -- 1 Introduction.



https://ebookcentral.proquest.com/lib/kxp/detail.action?docID=6381324
Wedrich, Karin; Darnieder, Maximilian; Vierzigmann, Eric; Barth, Alexander; Theska, René; Strehle, Steffen
Conceptual design of a microscale balance based on force compensation. - In: Microactuators, microsensors and micromechanisms, (2021), S. 103-114

Macroscopic electromagnetic force compensation (EMFC) balances are well established but were not yet demonstrated within microsystems. Hence, in this paper, the concept and the design of a micro fabricated force compensation balance is presented. The implemented concentrated compliance mechanism in form of flexure hinges enables motion with high precision, which is combined with a force compensation mechanism. The concept of force compensation promises a high measurement range, which is expected to be up to 0.5 mN, while still enabling a high resolution of less than 8 nN. The developed dynamic model of the miniaturized balance is used for the design of a PID-controller strategy. Here, continuous and time-discrete controller approaches are compared. The time-discrete controller with realistic delay times, leads to an accuracy of the controller, which is better than the expected accuracy of the integrated capacitive position sensor.



https://doi.org/10.1007/978-3-030-61652-6_9
Weigel, Christoph; Brokmann, Ulrike; Hofmann, Meike; Behrens, Arne; Rädlein, Edda; Hoffmann, Martin; Strehle, Steffen; Sinzinger, Stefan
Perspectives of reactive ion etching of silicate glasses for optical microsystems. - In: Journal of optical microsystems, ISSN 2708-5260, Bd. 1 (2021), 4, S. 040901-1-040901-22

We provide a review of the latest research findings as well as the future potential of plasma-based etching technology for the fabrication of micro-optical components and systems. Reactive ion etching (RIE) in combination with lithographic patterning is a well-established technology in the field of micro- and nanofabrication. Nevertheless, practical implementation, especially for plasma-based patterning of complex optical materials such as alumino-silicate glasses or glass-ceramics, is still largely based on technological experience rather than established models. Such models require an in-depth understanding of the underlying chemical and physical processes within the plasma and at the glass-plasma/mask-plasma interfaces. We therefore present results that should pave the way for a better understanding of processes and thus for the extension of RIE processes toward innovative three-dimensional (3D) patterning as well as for the processing of chemically and structurally inhomogeneous silicate-based substrates. To this end, we present and discuss the results of a variety of microstructuring strategies for different application areas with a focus on micro-optics. We consider the requirements for refractive and diffractive micro-optical systems and highlight potentials for 3D dry chemical etching by selective tailoring of the material structure. The results thus provide first steps toward a knowledge-based approach to RIE processing of universal dielectric glass materials for optical microsystems, which also has a significant impact on other microscale applications.



https://doi.org/10.1117/1.JOM.1.4.040901
Phi, Hai Binh; Bohm, Sebastian; Runge, Erich; Strehle, Steffen; Dittrich, Lars
Wafer-level fabrication of an EWOD-driven micropump. - In: MikroSystemTechnik, (2021), S. 574-577

Salimitari, Parastoo; Reuter, Christoph; Krötschl, Anja; Strehle, Steffen
Assembly of single-nanowires by combining soft transfer and surface controlled contact printing. - In: MikroSystemTechnik, (2021), S. 442-445

Weigel, Christoph; Phi, Hai Binh; Akkad, Mohamad; Strehle, Steffen
Effiziente Plasmastrukturierung komplexer Gläser mit polymeren Resistmasken durch statistische Versuchsplanung. - In: MikroSystemTechnik, (2021), S. 422-425

Weigel, Christoph; Brokmann, Ulrike; Rädlein, Edda; Strehle, Steffen
Maskless pattern transfer into photostructurable glasses by deep plasma etching. - In: MikroSystemTechnik, (2021), S. 419-421

Mohr-Weidenfeller, Laura; Gropp, Sebastian; Azizy, Raschid; Müller, Björn; Bucklitsch, Paul; Müller, Jens; Strehle, Steffen
Evaluation of a low-temperature fabrication technology for silicon-ceramic-composite-substrates. - In: MikroSystemTechnik, (2021), S. 392-395

We evaluate a low-temperature fabrication process of silicon-ceramic-composite substrates that is dry film photoresist based interlayer film set between the silicon and the ceramic substrate. Adequate adhesion to silicon as well as to low-temperature cofired ceramics (LTCC) together with the existing long-term experience render polymeric photoresists as intriguing interlayer bond film. Due to their superior film thickness homogeneity and the fact that pre-defined surface features can be effectively balanced, we utilized in our study the commercial dry film photoresists Ordyl FP 415 and Ordyl SY 330. We fabricated in this regard successfully silicon-ceramic composite substrate that fully enabled UV-laser photolithography as well as plasma dry etching of silicon structures. We discuss furthermore, aspects of the utilized thermal treatment procedure comprising parameters like the interface bond strength as well as the wafer bow, the possibilities and limitations of an interface patterning and the overall long-term stability in wet and dry environment.



Kadic, Samir; Du, Tianxing; Roth, Astrid; Dörr, Aaron; Knapp, Michael; Hoffmann, Jochen; Serout, Anne; Strehle, Steffen; Lärmer, Franz
Hoch-sensitive und vollautomatisierte Quantifizierung von zirkulierenden epithelialen Tumorzellen aus Vollblut. - In: MikroSystemTechnik, (2021), S. 226-229

Mehner, Hannes; Schmitt, Philip; Hoffmann, Martin
Mikrosysteme zur Messung von Haftreib- und Gleitreibfaktoren an DRIE geätzten Seitenwänden bei hohen Normalkräften im mN-Bereich. - In: MikroSystemTechnik, (2021), S. 110-113

Weigel, Christoph; Phi, Hai Binh; Hoffmann, Martin; Sinzinger, Stefan; Strehle, Steffen
Vergleich zur Plasmastrukturierbarkeit von Materialien mit sehr geringer thermischer Ausdehnung. - In: MikroSystemTechnik, (2021), S. 51-54

Dashtestani, Ashkan Djaberi; Moeinian, Ardeshir; Biskupek, Johannes; Strehle, Steffen
Contamination-assisted rather than metal catalyst-free bottom-up growth of silicon nanowires. - In: Advanced materials interfaces, ISSN 2196-7350, Bd. 8 (2021), 22, 2101121, insges. 9 S.

Well-established metal-catalyzed vapor-liquid-solid (VLS) growth represents still undoubtedly the key technology for bottom-up synthesis of single-crystalline silicon nanowires (SiNWs). Although various SiNW applications are demonstrated, electrical and optical properties are exposed to the inherent risk of electronic deep trap state formation by metal impurities. Therefore, metal catalyst-free growth strategies are intriguing. The oxid-assisted SiNW synthesis is explored and it is shown that contamination control is absolutely crucial. Slightest metal impurities, such as iron, are sufficient to trigger SiNW growth, calling into question true metal catalyst-free SiNW synthesis. Therefore, the term contamination-assisted is rather introduced and it is shown that contamination-assisted SiNW growth is determined by the chemical surface treatment (e.g., with KOH solution), but also by the crystal orientation of a silicon substrate. SiNWs are grown in this regards in a reproducible manner, but so far with a distinct tapering, using a conventional gas-phase reactor system at temperatures of about 680 &ring;C and monosilane (SiH4) as the precursor gas. The synthesized SiNWs show convincing electrical properties compared to Au-catalyzed SiNWs. Nevertheless, contamination-assisted growth of SiNWs appears to be an important step toward bottom-up synthesis of high-quality SiNWs with a lower risk of metal poisoning, such as those needed for CMOS and other technologies.



https://doi.org/10.1002/admi.202101121
Mohr-Weidenfeller, Laura; Hofmann, Martin; Birli, Oliver; Häcker, Annika-Verena; Reinhardt, Carsten; Manske, Eberhard
Two-photon direct laser writing with metrologically traceable positioning :
Direktes Laserschreiben auf Basis von Zwei-Photonen-Absorption mit metrologisch rückführbarer Positionierung. - In: Technisches Messen, ISSN 2196-7113, Bd. 88 (2021), S. S22-S27

Die Erweiterung von Nanopositionier- und Nanomessmaschinen (NPM-Maschinen) zu Fabrikationsmaschinen durch den Einsatz eines Femtosekundenlasers für die Umsetzung von direktem Laserschreiben mittels Zwei-Photonen-Absorption (2PA) ist ein vielversprechender Ansatz zur skalenübergreifenden metrologischen Fertigung im Bereich der lithografischen Techniken [23]. Dazu wurde zunächst ein Konzept zur Integration der Zwei-Photonen-Technologie in eine NPM-Maschine entwickelt und umgesetzt. Anschließend erfolgten eine Charakterisierung des Systems sowie gezielte Untersuchungen, um den Nachweis für die Synergie der beiden Techniken zu erbringen. Auf dieser Grundlage wurde ein neuer Ansatz zur Mikro- und Nanofabrikation mit hohem Durchsatz entwickelt und untersucht, welcher neue Möglichkeiten in der skalenübergreifenden, hochpräzisen Fertigung aufzeigt [5]. Dieser Mix-and-Match-Ansatz basiert auf einer Verbindung von 2PA-Laserschreiben mit Feldemissionslithografie zur Herstellung von Mastern für anschließende Nanoimprintlithografie. Nicht nur die Vorteile des großen Positionierbereichs der NMM-1 konnten herausgestellt werden, sondern auch die Vorteile, die sich durch die hochgenaue Positionierung ergeben. Eine systematische Reduzierung des Abstands zweier benachbarter Linien führte zu einer minimalen Stegbreite von unter 30 nm [15], was bei den kleinsten in der Literatur beschriebenen Distanzen zwischen zwei lasergeschriebenen Linien einzuordnen ist [3, 9, 19]. Die Center-to-Center-Distanz der Linien von etwa 1.695 [my]m bei einer numerischen Apertur von 0.16 und einer Wellenlänge von 801 nm beträgt nur etwa 56 % der für den Zweiphotonenprozess erweiterten Beugungsbegrenzung nach Rayleigh. Erstmalig konnte somit eine Stegbreite weit unterhalb der Beugungsbegrenzung mit herkömmlichem Zwei-Photonen-Laserschreiben in Positiv-Photolack realisiert werden.



https://doi.org/10.1515/teme-2021-0052
Ortlepp, Ingo; Fröhlich, Thomas; Füßl, Roland; Reger, Johann; Schäffel, Christoph; Sinzinger, Stefan; Strehle, Steffen; Theska, René; Zentner, Lena; Zöllner, Jens-Peter; Rangelow, Ivo W.; Reinhardt, Carsten; Hausotte, Tino; Cao, Xinrui; Dannberg, Oliver; Fern, Florian; Fischer, David; Gorges, Stephan; Hofmann, Martin; Kirchner, Johannes; Meister, Andreas; Sasiuk, Taras; Schienbein, Ralf; Supreeti, Shraddha; Mohr-Weidenfeller, Laura; Weise, Christoph; Reuter, Christoph; Stauffenberg, Jaqueline; Manske, Eberhard
Tip- and laser-based 3D nanofabrication in extended macroscopic working areas. - In: Nanomanufacturing and metrology, ISSN 2520-8128, Bd. 4 (2021), 3, S. 132-148

The field of optical lithography is subject to intense research and has gained enormous improvement. However, the effort necessary for creating structures at the size of 20 nm and below is considerable using conventional technologies. This effort and the resulting financial requirements can only be tackled by few global companies and thus a paradigm change for the semiconductor industry is conceivable: custom design and solutions for specific applications will dominate future development (Fritze in: Panning EM, Liddle JA (eds) Novel patterning technologies. International society for optics and photonics. SPIE, Bellingham, 2021. https://doi.org/10.1117/12.2593229). For this reason, new aspects arise for future lithography, which is why enormous effort has been directed to the development of alternative fabrication technologies. Yet, the technologies emerging from this process, which are promising for coping with the current resolution and accuracy challenges, are only demonstrated as a proof-of-concept on a lab scale of several square micrometers. Such scale is not adequate for the requirements of modern lithography; therefore, there is the need for new and alternative cross-scale solutions to further advance the possibilities of unconventional nanotechnologies. Similar challenges arise because of the technical progress in various other fields, realizing new and unique functionalities based on nanoscale effects, e.g., in nanophotonics, quantum computing, energy harvesting, and life sciences. Experimental platforms for basic research in the field of scale-spanning nanomeasuring and nanofabrication are necessary for these tasks, which are available at the Technische Universität Ilmenau in the form of nanopositioning and nanomeasuring (NPM) machines. With this equipment, the limits of technical structurability are explored for high-performance tip-based and laser-based processes for enabling real 3D nanofabrication with the highest precision in an adequate working range of several thousand cubic millimeters.



https://doi.org/10.1007/s41871-021-00110-w
Weigel, Christoph; Phi, Hai Binh; Denissel, Felix Arthur; Hoffmann, Martin; Sinzinger, Stefan; Strehle, Steffen
Highly anisotropic fluorine-based plasma etching of ultralow expansion glass. - In: Advanced engineering materials, ISSN 1527-2648, Bd. 23 (2021), 6, 2001336, insges. 10 S.

Deep etching of glass and glass ceramics is far more challenging than silicon etching. For thermally insensitive microelectromechanical and microoptical systems, zero-expansion materials such as Zerodur or ultralow expansion (ULE) glass are intriguing. In contrast to Zerodur that exhibits a complex glass network composition, ULE glass consists of only two components, namely, TiO2 and SiO2. This fact is highly beneficial for plasma etching. Herein, a deep fluorine-based etching process for ULE 7972 glass is shown for the first time that yields an etch rate of up to 425 nm min^-1 while still achieving vertical sidewall angles of 87&ring;. The process offers a selectivity of almost 20 with respect to a nickel hard mask and is overall comparable with fused silica. The chemical surface composition is additionally investigated to elucidate the etching process and the impact of the tool configuration in comparison with previously published etching results achieved in Zerodur. Therefore, deep and narrow trenches can be etched in ULE glass with high anisotropy, which supports a prospective implementation of ULE glass microstructures, for instance, in metrology and miniaturized precision applications.



https://doi.org/10.1002/adem.202001336
Stauffenberg, Jaqueline; Ortlepp, Ingo; Blumröder, Ulrike; Dontsov, Denis; Schäffel, Christoph; Holz, Mathias; Rangelow, Ivo W.; Manske, Eberhard
Untersuchungen zur Positioniergenauigkeit der NanoFabrikationsmaschine (NFM-100) :
Investigations on the positioning accuracy of the Nano Fabrication Machine (NFM-100). - In: Technisches Messen, ISSN 2196-7113, Bd. 88 (2021), 9, S. 581-589

This contribution deals with the analysis of the positioning accuracy of a new Nano Fabrication Machine. This machine uses a planar direct drive system and has a positioning range up to 100 mm in diameter. The positioning accuracy was investigated in different movement scenarios, including phases of acceleration and deceleration. Also, the target position error of certain movements at different positions of the machine slider is considered. Currently, the NFM-100 is equipped with a tip-based measuring system. This Atomic Force Microscope (AFM) uses self-actuating and self-sensing microcantilevers, which can be used also for Field-Emission-Scanning-Probe-Lithography (FESPL). This process is capable of fabricating structures in the range of nanometres. In combination with the NFM-100 and its positioning range, nanostructures can be analysed and written in a macroscopic range without any tool change. However, the focus in this article is on the measurement and positioning accuracy of the tip-based measuring system in combination with the NFM-100 and is verified by repeated measurements. Finally, a linescan, realised using both systems, is shown over a long range of motion of 30 mm.



https://doi.org/10.1515/teme-2021-0079
Weidenfeller, Bernd; Lambri, Osvaldo Agustin; Bonifacich, Federico Guillermo; Lambri, M. L.; Mohr-Weidenfeller, Laura; Sover, Alexandru
Analysis of damping spectra of silver-plated brass from a Weltklang saxophone manufactured in 1969. - In: Journal of alloys and compounds, ISSN 1873-4669, Bd. 880 (2021), 160498

The damping of wall vibrations in material of musical instruments influences its sound, but the damping capacity of the materials is rarely investigated. One of the most used material for musical wind instruments is α-brass. Therefore, samples from a saxophone manufactured of silver plated Cu28%Zn with small Pb content were investigated by scanning electron microscopy, energy dispersive spectroscopy, X-ray fluorescence, thermogravimetric analyses coupled with Fourier transform infrared spectroscopy, and mechanical spectroscopy. Pb particles are located at grain boundaries. Damping spectra show three relaxation peaks which can be attributed to Zener and/or solvent grain boundary relaxation, a peak due to dislocation defect interactions and a solute grain boundary peak. The peak temperatures of these peaks are higher in silver plated brass than for brass without silver cover due to AgCO3 particles. The silver plating process led to the formation of Zn and Cu carbonates. Thermal decomposition of these carbonates to ZnO and CuO together with lead particles leads to blocking of the solute grain boundary peak.



https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2021.160498
Mohr-Weidenfeller, Laura; Häcker, Annika-Verena; Reinhardt, Carsten; Manske, Eberhard
Two-photon direct laser writing beyond the diffraction limit using the nanopositioning and nanomeasuring machine. - In: Nanomanufacturing and metrology, ISSN 2520-8128, Bd. 4 (2021), 3, S. 149-155

Since the first realization of two-photon direct laser writing (DLW) in Maruo et al. (Opt Lett 22:132-134, 1997), the manufacturing using direct laser writing techniques spread out in many laboratories all over the world. Photosensitive materials with different material properties open a new field for micro- and nanofabrication. The achievable structuring resolution using this technique is reported to be sub-100 nm (Paz et al. in J. Laser Appl. 24:042004, 2012), while a smallest linewidth of 25 nm could be shown in Tan et al. (Appl Phys Lett 90:071106, 2007). In our approach, the combination of DLW with the nanopositioning and nanomeasuring machine NMM-1 offers an improvement of the technique from the engineering side regarding the ultra-precise positioning (Weidenfeller et al. in Adv Fabr Technol Micro/Nano Opt Photon XI 10544:105440E, 2018). One big benefit besides the high positioning resolution of 0.1 nm is offered by the positioning range of 25 mm × 25 mm × 5 mm (Jäger et al. in Technisches Messen 67:319-323, 2000; Manske et al. in Meas Sci Technol 18:520-527, 2007). Thus, a trans-scale fabrication without any stitching or combination of different positioning systems is necessary. The immense synergy between the highly precise positioning and the DLW is demonstrated by the realization of resist lines and trenches whose center-to-center distance undergoes the modified diffraction limit for two-photon processes. The precise positioning accuracy enables a defined distance between illuminated lines. Hence, with a comparable huge width of the trenches of 1.655 [my]m due to a low effective numerical aperture of 0.16, a resist line of 30 nm between two written trenches could be achieved. Although the interrelationships for achieving such narrow trenches have not yet been clarified, much smaller resist lines and trench widths are possible with this approach in the near future.



https://doi.org/10.1007/s41871-021-00100-y
Behroudj, Arezo; Salimitari, Parastoo; Nilsen, Madeleine; Strehle, Steffen
Exploring nanowire regrowth for the integration of bottom-up grown silicon nanowires into AFM scanning probes. - In: Journal of micromechanics and microengineering, ISSN 1361-6439, Bd. 31 (2021), 5, 055010, S. 1-11

https://doi.org/10.1088/1361-6439/abf332
Stauffenberg, Jaqueline; Reuter, Christoph; Ortlepp, Ingo; Holz, Mathias; Dontsov, Denis; Schäffel, Christoph; Zöllner, Jens-Peter; Rangelow, Ivo W.; Strehle, Steffen; Manske, Eberhard
Nanopositioning and -fabrication using the Nano Fabrication Machine with a positioning range up to Ø 100 mm. - In: Novel Patterning Technologies 2021, (2021), S. 1161016-1-1161016-10

This paper focuses on a new Nano Fabrication Machine 100 (NFM-100) with a working range up to 100 mm in diameter and its integrated tip-based system, which can be used as an Atomic Force Microscope (AFM) as well as for Field-Emission-Scanning-Probe-Lithography (FESPL). The combination of both systems offers the possibility to fabricate and analyze micro- and nanostructures with high resolution and precision down to a single nanometer over a large area in one single configuration without tool or sensor change. After the description of the basic machine structure of the NFM-100, the demonstration of long range and large area AFM scans in combination with the NFM-100 will be shown. Additionally, the basic functionality of the FESPL manufacturing process is presented.



https://doi.org/10.1117/12.2583703
Zentner, Lena; Strehle, Steffen
Microactuators, microsensors and micromechanisms : MAMM 2020. - Cham : Springer, 2021. - 1 Online-Ressource (viii, 148 Seiten). - (Mechanisms and machine science ; Volume 96) ISBN 978-3-030-61652-6
Description based on publisher supplied metadata and other sources.

Intro -- Preface -- Contents -- A Novel Planar Two-Axis Leaf-Type Notch Flexure Hinge with Coincident Rotation Axes and Its Application to Micropositioning Stages -- 1 Introduction -- 2 Design of the Two-Axis Leaf-Type Notch Flexure Hinge -- 3 FEM-Based Investigation of the TLNFH -- 3.1 FEM Model -- 3.2 Parametric Study -- 3.3 Discussion of Results -- 4 Application to Compliant Micropositioning Stages -- 4.1 10-Hinge Rectilinear Stage -- 4.2 12-Hinge XY Stage -- 5 Conclusions -- References -- Characterization of Thin Flexure Hinges for Precision Applications Based on First Eigenfrequency -- 1 Introduction -- 2 Materials and Methods -- 2.1 Experiment -- 2.2 Theoretical Approaches -- 3 Results and Discussion -- 4 Conclusions and Outlook -- References -- Optimization of Compliant Path-Generating Mechanisms Based on Non-linear Analytical Modeling -- 1 Introduction -- 2 Analytical Model -- 2.1 Large Deflections of Rod-Like Structures -- 2.2 Modeling of Compliant Mechanisms as Continua -- 3 Verification of the Analytical Model by FEM Simulation -- 3.1 Analytical Solution -- 3.2 FEM Simulation -- 3.3 Results and Discussion -- 4 Analytical Optimization of Example Compliant Path-Generating Mechanisms -- 5 Conclusions -- References -- Modelling and Investigation of a Compliant Cable-Driven Finger-Like Mechanism -- 1 Introduction -- 2 Basic Concept of Compliant Cable-Driven Mechanism -- 3 Model and Simulation -- 3.1 Mechanical Model -- 3.2 Mathematical Model -- 4 Calculation Results -- 4.1 Bending Shapes Without Consideration of Gravity -- 4.2 Bending Shapes Under Consideration of Gravity -- 4.3 Bending Moment -- 5 Experimental Validation of the Model -- 5.1 Experimental Setup and Test Procedure -- 5.2 Test Results -- 6 Conclusions -- References -- Reconfigurable Planar Quadrilateral Linkages Based on the Tensegrity Principle -- 1 Introduction.



https://ebookcentral.proquest.com/lib/kxp/detail.action?docID=6381324
Wedrich, Karin; Darnieder, Maximilian; Vierzigmann, Eric; Barth, Alexander; Theska, René; Strehle, Steffen
Conceptual design of a microscale balance based on force compensation. - In: Microactuators, microsensors and micromechanisms, (2021), S. 103-114

Macroscopic electromagnetic force compensation (EMFC) balances are well established but were not yet demonstrated within microsystems. Hence, in this paper, the concept and the design of a micro fabricated force compensation balance is presented. The implemented concentrated compliance mechanism in form of flexure hinges enables motion with high precision, which is combined with a force compensation mechanism. The concept of force compensation promises a high measurement range, which is expected to be up to 0.5 mN, while still enabling a high resolution of less than 8 nN. The developed dynamic model of the miniaturized balance is used for the design of a PID-controller strategy. Here, continuous and time-discrete controller approaches are compared. The time-discrete controller with realistic delay times, leads to an accuracy of the controller, which is better than the expected accuracy of the integrated capacitive position sensor.



https://doi.org/10.1007/978-3-030-61652-6_9
Weigel, Christoph; Brokmann, Ulrike; Hofmann, Meike; Behrens, Arne; Rädlein, Edda; Hoffmann, Martin; Strehle, Steffen; Sinzinger, Stefan
Perspectives of reactive ion etching of silicate glasses for optical microsystems. - In: Journal of optical microsystems, ISSN 2708-5260, Bd. 1 (2021), 4, S. 040901-1-040901-22

We provide a review of the latest research findings as well as the future potential of plasma-based etching technology for the fabrication of micro-optical components and systems. Reactive ion etching (RIE) in combination with lithographic patterning is a well-established technology in the field of micro- and nanofabrication. Nevertheless, practical implementation, especially for plasma-based patterning of complex optical materials such as alumino-silicate glasses or glass-ceramics, is still largely based on technological experience rather than established models. Such models require an in-depth understanding of the underlying chemical and physical processes within the plasma and at the glass-plasma/mask-plasma interfaces. We therefore present results that should pave the way for a better understanding of processes and thus for the extension of RIE processes toward innovative three-dimensional (3D) patterning as well as for the processing of chemically and structurally inhomogeneous silicate-based substrates. To this end, we present and discuss the results of a variety of microstructuring strategies for different application areas with a focus on micro-optics. We consider the requirements for refractive and diffractive micro-optical systems and highlight potentials for 3D dry chemical etching by selective tailoring of the material structure. The results thus provide first steps toward a knowledge-based approach to RIE processing of universal dielectric glass materials for optical microsystems, which also has a significant impact on other microscale applications.



https://doi.org/10.1117/1.JOM.1.4.040901
Phi, Hai Binh; Bohm, Sebastian; Runge, Erich; Strehle, Steffen; Dittrich, Lars
Wafer-level fabrication of an EWOD-driven micropump. - In: MikroSystemTechnik, (2021), S. 574-577

Salimitari, Parastoo; Reuter, Christoph; Krötschl, Anja; Strehle, Steffen
Assembly of single-nanowires by combining soft transfer and surface controlled contact printing. - In: MikroSystemTechnik, (2021), S. 442-445

Weigel, Christoph; Phi, Hai Binh; Akkad, Mohamad; Strehle, Steffen
Effiziente Plasmastrukturierung komplexer Gläser mit polymeren Resistmasken durch statistische Versuchsplanung. - In: MikroSystemTechnik, (2021), S. 422-425

Weigel, Christoph; Brokmann, Ulrike; Rädlein, Edda; Strehle, Steffen
Maskless pattern transfer into photostructurable glasses by deep plasma etching. - In: MikroSystemTechnik, (2021), S. 419-421

Mohr-Weidenfeller, Laura; Gropp, Sebastian; Azizy, Raschid; Müller, Björn; Bucklitsch, Paul; Müller, Jens; Strehle, Steffen
Evaluation of a low-temperature fabrication technology for silicon-ceramic-composite-substrates. - In: MikroSystemTechnik, (2021), S. 392-395

We evaluate a low-temperature fabrication process of silicon-ceramic-composite substrates that is dry film photoresist based interlayer film set between the silicon and the ceramic substrate. Adequate adhesion to silicon as well as to low-temperature cofired ceramics (LTCC) together with the existing long-term experience render polymeric photoresists as intriguing interlayer bond film. Due to their superior film thickness homogeneity and the fact that pre-defined surface features can be effectively balanced, we utilized in our study the commercial dry film photoresists Ordyl FP 415 and Ordyl SY 330. We fabricated in this regard successfully silicon-ceramic composite substrate that fully enabled UV-laser photolithography as well as plasma dry etching of silicon structures. We discuss furthermore, aspects of the utilized thermal treatment procedure comprising parameters like the interface bond strength as well as the wafer bow, the possibilities and limitations of an interface patterning and the overall long-term stability in wet and dry environment.



Kadic, Samir; Du, Tianxing; Roth, Astrid; Dörr, Aaron; Knapp, Michael; Hoffmann, Jochen; Serout, Anne; Strehle, Steffen; Lärmer, Franz
Hoch-sensitive und vollautomatisierte Quantifizierung von zirkulierenden epithelialen Tumorzellen aus Vollblut. - In: MikroSystemTechnik, (2021), S. 226-229

Mehner, Hannes; Schmitt, Philip; Hoffmann, Martin
Mikrosysteme zur Messung von Haftreib- und Gleitreibfaktoren an DRIE geätzten Seitenwänden bei hohen Normalkräften im mN-Bereich. - In: MikroSystemTechnik, (2021), S. 110-113

Weigel, Christoph; Phi, Hai Binh; Hoffmann, Martin; Sinzinger, Stefan; Strehle, Steffen
Vergleich zur Plasmastrukturierbarkeit von Materialien mit sehr geringer thermischer Ausdehnung. - In: MikroSystemTechnik, (2021), S. 51-54

Dashtestani, Ashkan Djaberi; Moeinian, Ardeshir; Biskupek, Johannes; Strehle, Steffen
Contamination-assisted rather than metal catalyst-free bottom-up growth of silicon nanowires. - In: Advanced materials interfaces, ISSN 2196-7350, Bd. 8 (2021), 22, 2101121, insges. 9 S.

Well-established metal-catalyzed vapor-liquid-solid (VLS) growth represents still undoubtedly the key technology for bottom-up synthesis of single-crystalline silicon nanowires (SiNWs). Although various SiNW applications are demonstrated, electrical and optical properties are exposed to the inherent risk of electronic deep trap state formation by metal impurities. Therefore, metal catalyst-free growth strategies are intriguing. The oxid-assisted SiNW synthesis is explored and it is shown that contamination control is absolutely crucial. Slightest metal impurities, such as iron, are sufficient to trigger SiNW growth, calling into question true metal catalyst-free SiNW synthesis. Therefore, the term contamination-assisted is rather introduced and it is shown that contamination-assisted SiNW growth is determined by the chemical surface treatment (e.g., with KOH solution), but also by the crystal orientation of a silicon substrate. SiNWs are grown in this regards in a reproducible manner, but so far with a distinct tapering, using a conventional gas-phase reactor system at temperatures of about 680 &ring;C and monosilane (SiH4) as the precursor gas. The synthesized SiNWs show convincing electrical properties compared to Au-catalyzed SiNWs. Nevertheless, contamination-assisted growth of SiNWs appears to be an important step toward bottom-up synthesis of high-quality SiNWs with a lower risk of metal poisoning, such as those needed for CMOS and other technologies.



https://doi.org/10.1002/admi.202101121
Mohr-Weidenfeller, Laura; Hofmann, Martin; Birli, Oliver; Häcker, Annika-Verena; Reinhardt, Carsten; Manske, Eberhard
Two-photon direct laser writing with metrologically traceable positioning :
Direktes Laserschreiben auf Basis von Zwei-Photonen-Absorption mit metrologisch rückführbarer Positionierung. - In: Technisches Messen, ISSN 2196-7113, Bd. 88 (2021), S. S22-S27

Die Erweiterung von Nanopositionier- und Nanomessmaschinen (NPM-Maschinen) zu Fabrikationsmaschinen durch den Einsatz eines Femtosekundenlasers für die Umsetzung von direktem Laserschreiben mittels Zwei-Photonen-Absorption (2PA) ist ein vielversprechender Ansatz zur skalenübergreifenden metrologischen Fertigung im Bereich der lithografischen Techniken [23]. Dazu wurde zunächst ein Konzept zur Integration der Zwei-Photonen-Technologie in eine NPM-Maschine entwickelt und umgesetzt. Anschließend erfolgten eine Charakterisierung des Systems sowie gezielte Untersuchungen, um den Nachweis für die Synergie der beiden Techniken zu erbringen. Auf dieser Grundlage wurde ein neuer Ansatz zur Mikro- und Nanofabrikation mit hohem Durchsatz entwickelt und untersucht, welcher neue Möglichkeiten in der skalenübergreifenden, hochpräzisen Fertigung aufzeigt [5]. Dieser Mix-and-Match-Ansatz basiert auf einer Verbindung von 2PA-Laserschreiben mit Feldemissionslithografie zur Herstellung von Mastern für anschließende Nanoimprintlithografie. Nicht nur die Vorteile des großen Positionierbereichs der NMM-1 konnten herausgestellt werden, sondern auch die Vorteile, die sich durch die hochgenaue Positionierung ergeben. Eine systematische Reduzierung des Abstands zweier benachbarter Linien führte zu einer minimalen Stegbreite von unter 30 nm [15], was bei den kleinsten in der Literatur beschriebenen Distanzen zwischen zwei lasergeschriebenen Linien einzuordnen ist [3, 9, 19]. Die Center-to-Center-Distanz der Linien von etwa 1.695 [my]m bei einer numerischen Apertur von 0.16 und einer Wellenlänge von 801 nm beträgt nur etwa 56 % der für den Zweiphotonenprozess erweiterten Beugungsbegrenzung nach Rayleigh. Erstmalig konnte somit eine Stegbreite weit unterhalb der Beugungsbegrenzung mit herkömmlichem Zwei-Photonen-Laserschreiben in Positiv-Photolack realisiert werden.



https://doi.org/10.1515/teme-2021-0052
Ortlepp, Ingo; Fröhlich, Thomas; Füßl, Roland; Reger, Johann; Schäffel, Christoph; Sinzinger, Stefan; Strehle, Steffen; Theska, René; Zentner, Lena; Zöllner, Jens-Peter; Rangelow, Ivo W.; Reinhardt, Carsten; Hausotte, Tino; Cao, Xinrui; Dannberg, Oliver; Fern, Florian; Fischer, David; Gorges, Stephan; Hofmann, Martin; Kirchner, Johannes; Meister, Andreas; Sasiuk, Taras; Schienbein, Ralf; Supreeti, Shraddha; Mohr-Weidenfeller, Laura; Weise, Christoph; Reuter, Christoph; Stauffenberg, Jaqueline; Manske, Eberhard
Tip- and laser-based 3D nanofabrication in extended macroscopic working areas. - In: Nanomanufacturing and metrology, ISSN 2520-8128, Bd. 4 (2021), 3, S. 132-148

The field of optical lithography is subject to intense research and has gained enormous improvement. However, the effort necessary for creating structures at the size of 20 nm and below is considerable using conventional technologies. This effort and the resulting financial requirements can only be tackled by few global companies and thus a paradigm change for the semiconductor industry is conceivable: custom design and solutions for specific applications will dominate future development (Fritze in: Panning EM, Liddle JA (eds) Novel patterning technologies. International society for optics and photonics. SPIE, Bellingham, 2021. https://doi.org/10.1117/12.2593229). For this reason, new aspects arise for future lithography, which is why enormous effort has been directed to the development of alternative fabrication technologies. Yet, the technologies emerging from this process, which are promising for coping with the current resolution and accuracy challenges, are only demonstrated as a proof-of-concept on a lab scale of several square micrometers. Such scale is not adequate for the requirements of modern lithography; therefore, there is the need for new and alternative cross-scale solutions to further advance the possibilities of unconventional nanotechnologies. Similar challenges arise because of the technical progress in various other fields, realizing new and unique functionalities based on nanoscale effects, e.g., in nanophotonics, quantum computing, energy harvesting, and life sciences. Experimental platforms for basic research in the field of scale-spanning nanomeasuring and nanofabrication are necessary for these tasks, which are available at the Technische Universität Ilmenau in the form of nanopositioning and nanomeasuring (NPM) machines. With this equipment, the limits of technical structurability are explored for high-performance tip-based and laser-based processes for enabling real 3D nanofabrication with the highest precision in an adequate working range of several thousand cubic millimeters.



https://doi.org/10.1007/s41871-021-00110-w
Weigel, Christoph; Phi, Hai Binh; Denissel, Felix Arthur; Hoffmann, Martin; Sinzinger, Stefan; Strehle, Steffen
Highly anisotropic fluorine-based plasma etching of ultralow expansion glass. - In: Advanced engineering materials, ISSN 1527-2648, Bd. 23 (2021), 6, 2001336, insges. 10 S.

Deep etching of glass and glass ceramics is far more challenging than silicon etching. For thermally insensitive microelectromechanical and microoptical systems, zero-expansion materials such as Zerodur or ultralow expansion (ULE) glass are intriguing. In contrast to Zerodur that exhibits a complex glass network composition, ULE glass consists of only two components, namely, TiO2 and SiO2. This fact is highly beneficial for plasma etching. Herein, a deep fluorine-based etching process for ULE 7972 glass is shown for the first time that yields an etch rate of up to 425 nm min^-1 while still achieving vertical sidewall angles of 87&ring;. The process offers a selectivity of almost 20 with respect to a nickel hard mask and is overall comparable with fused silica. The chemical surface composition is additionally investigated to elucidate the etching process and the impact of the tool configuration in comparison with previously published etching results achieved in Zerodur. Therefore, deep and narrow trenches can be etched in ULE glass with high anisotropy, which supports a prospective implementation of ULE glass microstructures, for instance, in metrology and miniaturized precision applications.



https://doi.org/10.1002/adem.202001336
Stauffenberg, Jaqueline; Ortlepp, Ingo; Blumröder, Ulrike; Dontsov, Denis; Schäffel, Christoph; Holz, Mathias; Rangelow, Ivo W.; Manske, Eberhard
Untersuchungen zur Positioniergenauigkeit der NanoFabrikationsmaschine (NFM-100) :
Investigations on the positioning accuracy of the Nano Fabrication Machine (NFM-100). - In: Technisches Messen, ISSN 2196-7113, Bd. 88 (2021), 9, S. 581-589

This contribution deals with the analysis of the positioning accuracy of a new Nano Fabrication Machine. This machine uses a planar direct drive system and has a positioning range up to 100 mm in diameter. The positioning accuracy was investigated in different movement scenarios, including phases of acceleration and deceleration. Also, the target position error of certain movements at different positions of the machine slider is considered. Currently, the NFM-100 is equipped with a tip-based measuring system. This Atomic Force Microscope (AFM) uses self-actuating and self-sensing microcantilevers, which can be used also for Field-Emission-Scanning-Probe-Lithography (FESPL). This process is capable of fabricating structures in the range of nanometres. In combination with the NFM-100 and its positioning range, nanostructures can be analysed and written in a macroscopic range without any tool change. However, the focus in this article is on the measurement and positioning accuracy of the tip-based measuring system in combination with the NFM-100 and is verified by repeated measurements. Finally, a linescan, realised using both systems, is shown over a long range of motion of 30 mm.



https://doi.org/10.1515/teme-2021-0079
Weidenfeller, Bernd; Lambri, Osvaldo Agustin; Bonifacich, Federico Guillermo; Lambri, M. L.; Mohr-Weidenfeller, Laura; Sover, Alexandru
Analysis of damping spectra of silver-plated brass from a Weltklang saxophone manufactured in 1969. - In: Journal of alloys and compounds, ISSN 1873-4669, Bd. 880 (2021), 160498

The damping of wall vibrations in material of musical instruments influences its sound, but the damping capacity of the materials is rarely investigated. One of the most used material for musical wind instruments is α-brass. Therefore, samples from a saxophone manufactured of silver plated Cu28%Zn with small Pb content were investigated by scanning electron microscopy, energy dispersive spectroscopy, X-ray fluorescence, thermogravimetric analyses coupled with Fourier transform infrared spectroscopy, and mechanical spectroscopy. Pb particles are located at grain boundaries. Damping spectra show three relaxation peaks which can be attributed to Zener and/or solvent grain boundary relaxation, a peak due to dislocation defect interactions and a solute grain boundary peak. The peak temperatures of these peaks are higher in silver plated brass than for brass without silver cover due to AgCO3 particles. The silver plating process led to the formation of Zn and Cu carbonates. Thermal decomposition of these carbonates to ZnO and CuO together with lead particles leads to blocking of the solute grain boundary peak.



https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2021.160498
Mohr-Weidenfeller, Laura; Häcker, Annika-Verena; Reinhardt, Carsten; Manske, Eberhard
Two-photon direct laser writing beyond the diffraction limit using the nanopositioning and nanomeasuring machine. - In: Nanomanufacturing and metrology, ISSN 2520-8128, Bd. 4 (2021), 3, S. 149-155

Since the first realization of two-photon direct laser writing (DLW) in Maruo et al. (Opt Lett 22:132-134, 1997), the manufacturing using direct laser writing techniques spread out in many laboratories all over the world. Photosensitive materials with different material properties open a new field for micro- and nanofabrication. The achievable structuring resolution using this technique is reported to be sub-100 nm (Paz et al. in J. Laser Appl. 24:042004, 2012), while a smallest linewidth of 25 nm could be shown in Tan et al. (Appl Phys Lett 90:071106, 2007). In our approach, the combination of DLW with the nanopositioning and nanomeasuring machine NMM-1 offers an improvement of the technique from the engineering side regarding the ultra-precise positioning (Weidenfeller et al. in Adv Fabr Technol Micro/Nano Opt Photon XI 10544:105440E, 2018). One big benefit besides the high positioning resolution of 0.1 nm is offered by the positioning range of 25 mm × 25 mm × 5 mm (Jäger et al. in Technisches Messen 67:319-323, 2000; Manske et al. in Meas Sci Technol 18:520-527, 2007). Thus, a trans-scale fabrication without any stitching or combination of different positioning systems is necessary. The immense synergy between the highly precise positioning and the DLW is demonstrated by the realization of resist lines and trenches whose center-to-center distance undergoes the modified diffraction limit for two-photon processes. The precise positioning accuracy enables a defined distance between illuminated lines. Hence, with a comparable huge width of the trenches of 1.655 [my]m due to a low effective numerical aperture of 0.16, a resist line of 30 nm between two written trenches could be achieved. Although the interrelationships for achieving such narrow trenches have not yet been clarified, much smaller resist lines and trench widths are possible with this approach in the near future.



https://doi.org/10.1007/s41871-021-00100-y
Behroudj, Arezo; Salimitari, Parastoo; Nilsen, Madeleine; Strehle, Steffen
Exploring nanowire regrowth for the integration of bottom-up grown silicon nanowires into AFM scanning probes. - In: Journal of micromechanics and microengineering, ISSN 1361-6439, Bd. 31 (2021), 5, 055010, S. 1-11

https://doi.org/10.1088/1361-6439/abf332
Stauffenberg, Jaqueline; Reuter, Christoph; Ortlepp, Ingo; Holz, Mathias; Dontsov, Denis; Schäffel, Christoph; Zöllner, Jens-Peter; Rangelow, Ivo W.; Strehle, Steffen; Manske, Eberhard
Nanopositioning and -fabrication using the Nano Fabrication Machine with a positioning range up to Ø 100 mm. - In: Novel Patterning Technologies 2021, (2021), S. 1161016-1-1161016-10

This paper focuses on a new Nano Fabrication Machine 100 (NFM-100) with a working range up to 100 mm in diameter and its integrated tip-based system, which can be used as an Atomic Force Microscope (AFM) as well as for Field-Emission-Scanning-Probe-Lithography (FESPL). The combination of both systems offers the possibility to fabricate and analyze micro- and nanostructures with high resolution and precision down to a single nanometer over a large area in one single configuration without tool or sensor change. After the description of the basic machine structure of the NFM-100, the demonstration of long range and large area AFM scans in combination with the NFM-100 will be shown. Additionally, the basic functionality of the FESPL manufacturing process is presented.



https://doi.org/10.1117/12.2583703
Zentner, Lena; Strehle, Steffen
Microactuators, microsensors and micromechanisms : MAMM 2020. - Cham : Springer, 2021. - 1 Online-Ressource (viii, 148 Seiten). - (Mechanisms and machine science ; Volume 96) ISBN 978-3-030-61652-6
Description based on publisher supplied metadata and other sources.

Intro -- Preface -- Contents -- A Novel Planar Two-Axis Leaf-Type Notch Flexure Hinge with Coincident Rotation Axes and Its Application to Micropositioning Stages -- 1 Introduction -- 2 Design of the Two-Axis Leaf-Type Notch Flexure Hinge -- 3 FEM-Based Investigation of the TLNFH -- 3.1 FEM Model -- 3.2 Parametric Study -- 3.3 Discussion of Results -- 4 Application to Compliant Micropositioning Stages -- 4.1 10-Hinge Rectilinear Stage -- 4.2 12-Hinge XY Stage -- 5 Conclusions -- References -- Characterization of Thin Flexure Hinges for Precision Applications Based on First Eigenfrequency -- 1 Introduction -- 2 Materials and Methods -- 2.1 Experiment -- 2.2 Theoretical Approaches -- 3 Results and Discussion -- 4 Conclusions and Outlook -- References -- Optimization of Compliant Path-Generating Mechanisms Based on Non-linear Analytical Modeling -- 1 Introduction -- 2 Analytical Model -- 2.1 Large Deflections of Rod-Like Structures -- 2.2 Modeling of Compliant Mechanisms as Continua -- 3 Verification of the Analytical Model by FEM Simulation -- 3.1 Analytical Solution -- 3.2 FEM Simulation -- 3.3 Results and Discussion -- 4 Analytical Optimization of Example Compliant Path-Generating Mechanisms -- 5 Conclusions -- References -- Modelling and Investigation of a Compliant Cable-Driven Finger-Like Mechanism -- 1 Introduction -- 2 Basic Concept of Compliant Cable-Driven Mechanism -- 3 Model and Simulation -- 3.1 Mechanical Model -- 3.2 Mathematical Model -- 4 Calculation Results -- 4.1 Bending Shapes Without Consideration of Gravity -- 4.2 Bending Shapes Under Consideration of Gravity -- 4.3 Bending Moment -- 5 Experimental Validation of the Model -- 5.1 Experimental Setup and Test Procedure -- 5.2 Test Results -- 6 Conclusions -- References -- Reconfigurable Planar Quadrilateral Linkages Based on the Tensegrity Principle -- 1 Introduction.



https://ebookcentral.proquest.com/lib/kxp/detail.action?docID=6381324
Wedrich, Karin; Darnieder, Maximilian; Vierzigmann, Eric; Barth, Alexander; Theska, René; Strehle, Steffen
Conceptual design of a microscale balance based on force compensation. - In: Microactuators, microsensors and micromechanisms, (2021), S. 103-114

Macroscopic electromagnetic force compensation (EMFC) balances are well established but were not yet demonstrated within microsystems. Hence, in this paper, the concept and the design of a micro fabricated force compensation balance is presented. The implemented concentrated compliance mechanism in form of flexure hinges enables motion with high precision, which is combined with a force compensation mechanism. The concept of force compensation promises a high measurement range, which is expected to be up to 0.5 mN, while still enabling a high resolution of less than 8 nN. The developed dynamic model of the miniaturized balance is used for the design of a PID-controller strategy. Here, continuous and time-discrete controller approaches are compared. The time-discrete controller with realistic delay times, leads to an accuracy of the controller, which is better than the expected accuracy of the integrated capacitive position sensor.



https://doi.org/10.1007/978-3-030-61652-6_9
Belkner, Johannes; Döll, Joachim; Koppka, Christian; Breiter, Manuela; Hofmann, Martin; Ortlepp, Ingo; Gerhardt, Uwe; Strehle, Steffen; Manske, Eberhard
An electrothermally actuated membrane as oscillating pinhole for the high-frequent modulation of light. - In: DGaO-Proceedings, ISSN 1614-8436, Bd. 121 (2020), B37, insges. 2 S.

We present theory, processing steps and first results for a thermally actuated Aluminiumnitride-Platinum membrane with a resonant frequency of the first mode at around 100 kHz and resonant displacements at its center of around 30 µm. The radial-symmetric membrane is broadband opaque for wavelengths from visual light and beyond. An exception is a small pinhole of various diameters below 3 µm in its center. Through thermally induced asymmetric stress inside the multilayer, the clamped membrane bends out. The pinhole in its center will be displaced parallel to the optical axis.The intended use for such a membrane is to replace the traditional confocal pinhole in the detection path of a microscope. Applying a stable known resonant modulation on an acquired signal enables a lock-in principle for a differential confocal depth sensing as shown in [1]. The advantage over the employed tunable acoustic gradient lens (TAG lens) there, is the reduced size, the simplicity of the arrangement and constant illumination properties on the sample.



https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:0287-2020-B037-6
Rangelow, Ivo W.; Holz, Mathias
Active scanning probes in nanostructure fabrication. - In: Design strategies for synthesis and fabrication, (2020), S. 18-1-18-12
Richtiger Name des Verfassers: Mathias Holz

https://dx.doi.org/10.1201/9780367341558-18
Supreeti, Shraddha;
Soft nanoimprint lithography on curved surfaces. - Ilmenau : Universitätsbibliothek, 2020. - 1 Online-Ressource (vi, 67, XII Blätter)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2020

Diese Arbeit befasst sich mit den Herausforderungen des Prägens auf gekrümmten Oberflächen. Die Prägung auf gekrümmten Oberflächen hat aufgrund der steigenden Nachfrage nach Anwendungen in der Optik, bei biomedizinischen Implantaten und Sensoren eine hohe Relevanz gewonnen. Gegenwärtig ist es aufgrund der begrenzten Tiefenschärfe des Projektionssystems eine Herausforderung, Strukturen auf gekrümmten Oberflächen mit Hilfe der konventionellen Photolithographie zu strukturieren. Daher wird zunehmend die Nanoimprint-Lithographie (NIL) eingesetzt. NIL ermöglicht die gleichmäßige Abformung von Strukturen auf stark gekrümmten Oberflächen. Sie ist im Vergleich zu herkömmlichen Methoden nicht durch optische Effekte wie Streuung, Beugung und Interferenz in einem Substrat begrenzt. In dieser Arbeit wird ein weicher UV-NIL-Prozess entwickelt, optimiert und für die Strukturierung auf nicht ebenen Oberflächen implementiert. Es handelt sich um einen mechanischen Prozess, der auf der Übertragung von Strukturen von einem flexiblen und transparenten weichen Polydimethylsiloxan (PDMS) Stempel auf das Substrat in Gegenwart von UV-Licht basiert. Die Entformung ist ein wichtiger Aspekt für einen erfolgreichen NIL-Prozess. Die induzierte Scherspannung während der Trennung des Stempels vom Substrat kann zu strukturellen Verzerrungen führen, insbesondere an den Rändern der gekrümmten Oberfläche, wo die Neigung hoch ist. Das weiche NIL wurde angewandt, da es im Vergleich zur konventionellen Lithographie nicht von komplexen Maschinen, strengen Umgebungsbedingungen und optischen Einschränkungen abhängig ist. Eine hochpräzise Nanopositionierungs- und Nanomessmaschine (NPMM) wurde eingesetzt, um eine kontrollierte Positionierung des Substrats zum Stempel zu ermöglichen. Ein kompakter und einstellbarer weicher UV-NIL-Prozess wurde entworfen, montiert und in die NPM-Maschine integriert. Die erfolgreiche Umsetzung des grundlegenden Prozesses im NPMM schuf die Grundlage für die Herstellung eines NIL-Werkzeugs, das mit einer Drehvorrichtung kombiniert und in das NPMM integriert wurde. Die Kombination ermöglicht fünf Bewegungsfreiheitsgrade für das orthogonale Formen und Entformen an den Kanten gekrümmter Substrate. Das rotierende NIL-Werkzeug spricht die allgemein übersehene Herausforderung der Strukturierung und Charakterisierung an den Kanten gekrümmter Substrate an. Unabhängig von den eingeschränkten Messmöglichkeiten bei hohen Neigungen für hochauflösende Nanostrukturen war es möglich, die Strukturen sowohl auf dem Linsensubstrat als auch bei einer Neigung von 45&ring; im REM abzubilden. Es hat sich gezeigt, dass es an der Kante eines gekrümmten Substrats mit einem Krümmungsradius von ca. 25 mm bei einer Oberflächennormalen, die um 45&ring; geneigt ist, ein Imprinting durchführen kann. Die Methode ermöglicht präzise Prägefähigkeiten bei hohen Neigungen und stellt damit einen neuartigen Ansatz von weichem NIL auf gekrümmten Oberflächen dar.



https://doi.org/10.22032/dbt.48830
Salimitari, Parastoo; Supreeti, Shraddha; Strehle, Steffen
Combining nanoimprint lithography and nanowire contact printing on a single platform. - In: Mikro-Nano-Integration, (2020), S. 32-35

Beer, Daniel; Küller, Jan; Zhykhar, Albert; Fritsch, Tobias; Männchen, Andreas; Strehle, Steffen; Knechtel, Roy; Bös, Joachim
MEMS based speakers - sounds good?!. - In: Mikro-Nano-Integration, (2020), S. 23-28

Stauffenberg, Jaqueline; Ortlepp, Ingo; Reuter, Christoph; Holz, Mathias; Dontsov, Denis; Schäffel, Christoph; Strehle, Steffen; Zöllner, Jens-Peter; Rangelow, Ivo W.; Manske, Eberhard
Investigations on long-range AFM scans using a nanofabrication machine (NFM-100). - In: Proceedings, ISSN 2504-3900, Volume 56 (2020), issue 1, 34, Seite 1-3

The focus of this work lies on investigations on a new Nano Fabrication Machine (NFM-100) with a mounted atomic force microscope (AFM). This installed tip-based measuring system uses self-sensing and self-actuated microcantilevers, which can be used especially for field-emission scanning probe lithography (FESPL). The NFM-100 has a positioning range of Ø 100 mm, which offers, in combination with the tip-based measuring system, the possibility to analyse structures over long ranges. Using different gratings, the accuracy and the reproducibility of the NFM-100 and the AFM-system will be shown.



https://doi.org/10.3390/proceedings2020056034
Hebenstreit, Roman; Theska, René; Wedrich, Karin; Strehle, Steffen
Conceptional design of a positioning device with subatomic resolution and reproducibility. - In: Proceedings of the 20th International Conference of the European Society for Precision Engineering and Nanotechnology, (2020), S. 305-306

Berg, Marius van den; Moeinian, Ardeshir; Kobald, Arne; Chen, Yu-Ting; Horneber, Anke; Strehle, Steffen; Meixner, Alfred J.; Zhang, Dai
Revealing the local crystallinity of single silicon core-shell nanowires using tip-enhanced Raman spectroscopy. - In: Beilstein journal of nanotechnology, ISSN 2190-4286, Bd. 11 (2020), S. 1147-1156

https://doi.org/10.3762/bjnano.11.99
Nilsen, Madeleine; Dannberg, Oliver; Fröhlich, Thomas; Strehle, Steffen
Direct polymer microcantilever fabrication from free-standing dry film photoresists. - In: Journal of micromechanics and microengineering, ISSN 1361-6439, Bd. 30 (2020), 9, 095012, S. 1-13

https://doi.org/10.1088/1361-6439/ab9e4c
Hiller, Daniel; Julin, Jaakko; Chnani, Ahmed; Strehle, Steffen
Silicon surface passivation by ALD-Ga2O3: thermal vs. plasma-enhanced atomic layer deposition. - In: IEEE journal of photovoltaics, ISSN 2156-3403, Bd. 10 (2020), 4, S. 959-968
Im Titel sind "2" und "3" tiefgestellt

https://doi.org/10.1109/JPHOTOV.2020.2989201
Ortlepp, Ingo; Kühnel, Michael; Hofmann, Martin; Mohr-Weidenfeller, Laura; Kirchner, Johannes; Supreeti, Shraddha; Mastylo, Rostyslav; Holz, Mathias; Michels, Thomas; Füßl, Roland; Rangelow, Ivo W.; Fröhlich, Thomas; Dontsov, Denis; Schäffel, Christoph; Manske, Eberhard
Tip- and laser-based nanofabrication up to 100 mm with sub-nanometre precision. - In: Novel Patterning Technologies for Semiconductors, MEMS/NEMS and MOEMS 2020, (2020), S. 113240A-1-113240A-17

Although the field of optical lithography is highly investigated and numerous improvements are made, structure sizes smaller than 20 nm can only be achieved by considerable effort when using conventional technology. To cover the upcoming tasks in future lithography, enormous exertion is put into the development of alternative fabrication technologies in particular for micro- and nanotechnologies that are capable of measuring and patterning at the atomic scale in growing operating areas of several hundred square millimetres. Many new technologies resulted in this process, and are promising to overcome the current limitations^1, 2, but most of them are demonstrated in small areas of several square micrometers only, using state-of-the-art piezo stages or the like. At the Technische Universitat Ilmenau, the NanoFabrication Machine 100 (NFM-100) was developed, which serves as an important experimental platform for basic research in the field of scale-spanning AFM tip-based and laser-based nanomeasuring and nanofabrication for simultaneous subnanometre measuring and structuring on surfaces up to Ø100 mm. This machine can be equipped with several probing systems like AFM, laser focus probes and 3D-micro probes as well as tools for different nanofabrication technologies like tip-based technologies, optical technologies and mechanical two-dimensional technologies in a large working range with subnanometre reproducibility and uncertainty. In this paper, the specifics and advantages of the NFM-100 will be described as well as nanofabrication technologies that are currently worked on e.g. advanced scanning proximal probe lithography based on Fowler-Nordheim-electron-field emission, direct laser writing and UV-nanoimprint lithography.



https://doi.org/10.1117/12.2551044
Mohr-Weidenfeller, Laura; Hofmann, Martin; Supreeti, Shraddha; Mechold, Stephan; Holz, Mathias; Reuter, Christoph; Manske, Eberhard; Rangelow, Ivo W.
Cryogenic etching for pattern transfer into silicon of Mix-and-Match structured resist layers. - In: Microelectronic engineering, Bd. 227 (2020), 111325, insges. 5 S.

A Mix-and-Match lithography method for a high-resolution, high-precision and cost effective lithography tool using DLW and FE-SPL was developed and successfully realized. The pattern transfer from the photoresist to the silicon substrate is done by so-called "cryogenic etching". It means that the substrate is cooled down to cryogenic temperatures. In contrast to etching processes at standard room temperature, the cryogenic temperatures (below -100 &ring;C) enable a highly anisotropic etching process. The difference between etching at room temperature compared to cryogenic etching is carried out in this work. The advantages of the etching process are highlighted for the pattern transfer from Mix-and-Match-structured samples. Therefore, the used photoresist mr-P 1201LIL (microresist technologies GmbH) has been examined concerning its silicon-to-resist selectivity which could be determined to be 6:1 for the applied etching recipe. Using cryogenic etching, we are now able to transfer the Mix-and-Match-structured patterns into silicon with appreciable high selectivities. This opens a novel pathway for the manufacturing of quantum devices on large wafers. The paper discusses current research results based on the TU Ilmenau Nanopositioning and Nanomeasuring Machines (NPMM) including the novel application of nanofabrication. First, the basic setup and the resulting benefits of the NPMMs for measuring and fabrication in a working volume of up to 200 mm × 200 mm × 25 mm while abiding nanometer accuracy is described. This is in contradiction to state-of-the-art AFM scanners, which have a limited working range of appr. 100 [my]m × 100 [my]m. Next, the principle and the results of different nanofabrication technologies are shown. These include Scanning Probe Lithography (SPL), Direct Laser Writing (DLW) and UV-nanoimprint lithography (NIL). Last, efforts for further improving the feature placement accuracy of the NPMMs as well as attempts to combine several fabrication technologies to improve their throughput are touched on.



https://doi.org/10.1016/j.mee.2020.111325
Hiller, Daniel; Duffy, Ray; Strehle, Steffen; Stradins, Paul
Advances in silicon-nanoelectronics, nanostructures and high-efficiency Si-photovoltaics. - In: Physica status solidi, ISSN 1862-6319, Bd. 217 (2020), 4, S. 2000023, insges. 2 S.
Editorial

https://doi.org/10.1002/pssa.202000023
Si, Shuhao; Weigel, Christoph; Messerschmidt, Martin; Thesen, Manuel W.; Sinzinger, Stefan; Strehle, Steffen
A study of imprint and etching behavior on fused silica of a new tailored resist mr-NIL213FC for soft UV-NIL. - In: Micro and nano engineering, ISSN 2590-0072, Bd. 6 (2020), 100047, S. 1-7

https://doi.org/10.1016/j.mne.2020.100047
Biermann, Steffen; Magi, André; Sachse, Patrick; Hoffmann, Martin; Wedrich, Karin; Müller, Lutz; Koppert, Ralf; Ortlepp, Thomas; Baldauf, Julia
Advanced broadband MEMS infrared emitter based on high-temperature-resistant nanostructured surfaces and packaging solutions for harsh environments. - In: Terahertz, RF, Millimeter, and Submillimeter-Wave Technology and Applications XIII, (2020), S. 1127908-1-1127908-15

https://doi.org/10.1117/12.2545119
Hofmann, Martin; Mohr-Weidenfeller, Laura; Supreeti, Shraddha; Mechold, Stephan; Holz, Mathias; Reuter, Christoph; Sinzinger, Stefan; Manske, Eberhard; Rangelow, Ivo W.
Mix-and-match lithography and cryogenic etching for NIL template fabrication. - In: Microelectronic engineering, Bd. 224 (2020), 111234

https://doi.org/10.1016/j.mee.2020.111234
Belkner, Johannes; Döll, Joachim; Koppka, Christian; Breiter, Manuela; Hofmann, Martin; Ortlepp, Ingo; Gerhardt, Uwe; Strehle, Steffen; Manske, Eberhard
An electrothermally actuated membrane as oscillating pinhole for the high-frequent modulation of light. - In: DGaO-Proceedings, ISSN 1614-8436, Bd. 121 (2020), B37, insges. 2 S.

We present theory, processing steps and first results for a thermally actuated Aluminiumnitride-Platinum membrane with a resonant frequency of the first mode at around 100 kHz and resonant displacements at its center of around 30 µm. The radial-symmetric membrane is broadband opaque for wavelengths from visual light and beyond. An exception is a small pinhole of various diameters below 3 µm in its center. Through thermally induced asymmetric stress inside the multilayer, the clamped membrane bends out. The pinhole in its center will be displaced parallel to the optical axis.The intended use for such a membrane is to replace the traditional confocal pinhole in the detection path of a microscope. Applying a stable known resonant modulation on an acquired signal enables a lock-in principle for a differential confocal depth sensing as shown in [1]. The advantage over the employed tunable acoustic gradient lens (TAG lens) there, is the reduced size, the simplicity of the arrangement and constant illumination properties on the sample.



https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:0287-2020-B037-6
Rangelow, Ivo W.; Holz, Mathias
Active scanning probes in nanostructure fabrication. - In: Design strategies for synthesis and fabrication, (2020), S. 18-1-18-12
Richtiger Name des Verfassers: Mathias Holz

https://dx.doi.org/10.1201/9780367341558-18
Supreeti, Shraddha;
Soft nanoimprint lithography on curved surfaces. - Ilmenau : Universitätsbibliothek, 2020. - 1 Online-Ressource (vi, 67, XII Blätter)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2020

Diese Arbeit befasst sich mit den Herausforderungen des Prägens auf gekrümmten Oberflächen. Die Prägung auf gekrümmten Oberflächen hat aufgrund der steigenden Nachfrage nach Anwendungen in der Optik, bei biomedizinischen Implantaten und Sensoren eine hohe Relevanz gewonnen. Gegenwärtig ist es aufgrund der begrenzten Tiefenschärfe des Projektionssystems eine Herausforderung, Strukturen auf gekrümmten Oberflächen mit Hilfe der konventionellen Photolithographie zu strukturieren. Daher wird zunehmend die Nanoimprint-Lithographie (NIL) eingesetzt. NIL ermöglicht die gleichmäßige Abformung von Strukturen auf stark gekrümmten Oberflächen. Sie ist im Vergleich zu herkömmlichen Methoden nicht durch optische Effekte wie Streuung, Beugung und Interferenz in einem Substrat begrenzt. In dieser Arbeit wird ein weicher UV-NIL-Prozess entwickelt, optimiert und für die Strukturierung auf nicht ebenen Oberflächen implementiert. Es handelt sich um einen mechanischen Prozess, der auf der Übertragung von Strukturen von einem flexiblen und transparenten weichen Polydimethylsiloxan (PDMS) Stempel auf das Substrat in Gegenwart von UV-Licht basiert. Die Entformung ist ein wichtiger Aspekt für einen erfolgreichen NIL-Prozess. Die induzierte Scherspannung während der Trennung des Stempels vom Substrat kann zu strukturellen Verzerrungen führen, insbesondere an den Rändern der gekrümmten Oberfläche, wo die Neigung hoch ist. Das weiche NIL wurde angewandt, da es im Vergleich zur konventionellen Lithographie nicht von komplexen Maschinen, strengen Umgebungsbedingungen und optischen Einschränkungen abhängig ist. Eine hochpräzise Nanopositionierungs- und Nanomessmaschine (NPMM) wurde eingesetzt, um eine kontrollierte Positionierung des Substrats zum Stempel zu ermöglichen. Ein kompakter und einstellbarer weicher UV-NIL-Prozess wurde entworfen, montiert und in die NPM-Maschine integriert. Die erfolgreiche Umsetzung des grundlegenden Prozesses im NPMM schuf die Grundlage für die Herstellung eines NIL-Werkzeugs, das mit einer Drehvorrichtung kombiniert und in das NPMM integriert wurde. Die Kombination ermöglicht fünf Bewegungsfreiheitsgrade für das orthogonale Formen und Entformen an den Kanten gekrümmter Substrate. Das rotierende NIL-Werkzeug spricht die allgemein übersehene Herausforderung der Strukturierung und Charakterisierung an den Kanten gekrümmter Substrate an. Unabhängig von den eingeschränkten Messmöglichkeiten bei hohen Neigungen für hochauflösende Nanostrukturen war es möglich, die Strukturen sowohl auf dem Linsensubstrat als auch bei einer Neigung von 45&ring; im REM abzubilden. Es hat sich gezeigt, dass es an der Kante eines gekrümmten Substrats mit einem Krümmungsradius von ca. 25 mm bei einer Oberflächennormalen, die um 45&ring; geneigt ist, ein Imprinting durchführen kann. Die Methode ermöglicht präzise Prägefähigkeiten bei hohen Neigungen und stellt damit einen neuartigen Ansatz von weichem NIL auf gekrümmten Oberflächen dar.



https://doi.org/10.22032/dbt.48830
Salimitari, Parastoo; Supreeti, Shraddha; Strehle, Steffen
Combining nanoimprint lithography and nanowire contact printing on a single platform. - In: Mikro-Nano-Integration, (2020), S. 32-35

Beer, Daniel; Küller, Jan; Zhykhar, Albert; Fritsch, Tobias; Männchen, Andreas; Strehle, Steffen; Knechtel, Roy; Bös, Joachim
MEMS based speakers - sounds good?!. - In: Mikro-Nano-Integration, (2020), S. 23-28

Stauffenberg, Jaqueline; Ortlepp, Ingo; Reuter, Christoph; Holz, Mathias; Dontsov, Denis; Schäffel, Christoph; Strehle, Steffen; Zöllner, Jens-Peter; Rangelow, Ivo W.; Manske, Eberhard
Investigations on long-range AFM scans using a nanofabrication machine (NFM-100). - In: Proceedings, ISSN 2504-3900, Volume 56 (2020), issue 1, 34, Seite 1-3

The focus of this work lies on investigations on a new Nano Fabrication Machine (NFM-100) with a mounted atomic force microscope (AFM). This installed tip-based measuring system uses self-sensing and self-actuated microcantilevers, which can be used especially for field-emission scanning probe lithography (FESPL). The NFM-100 has a positioning range of Ø 100 mm, which offers, in combination with the tip-based measuring system, the possibility to analyse structures over long ranges. Using different gratings, the accuracy and the reproducibility of the NFM-100 and the AFM-system will be shown.



https://doi.org/10.3390/proceedings2020056034
Hebenstreit, Roman; Theska, René; Wedrich, Karin; Strehle, Steffen
Conceptional design of a positioning device with subatomic resolution and reproducibility. - In: Proceedings of the 20th International Conference of the European Society for Precision Engineering and Nanotechnology, (2020), S. 305-306

Berg, Marius van den; Moeinian, Ardeshir; Kobald, Arne; Chen, Yu-Ting; Horneber, Anke; Strehle, Steffen; Meixner, Alfred J.; Zhang, Dai
Revealing the local crystallinity of single silicon core-shell nanowires using tip-enhanced Raman spectroscopy. - In: Beilstein journal of nanotechnology, ISSN 2190-4286, Bd. 11 (2020), S. 1147-1156

https://doi.org/10.3762/bjnano.11.99
Nilsen, Madeleine; Dannberg, Oliver; Fröhlich, Thomas; Strehle, Steffen
Direct polymer microcantilever fabrication from free-standing dry film photoresists. - In: Journal of micromechanics and microengineering, ISSN 1361-6439, Bd. 30 (2020), 9, 095012, S. 1-13

https://doi.org/10.1088/1361-6439/ab9e4c
Hiller, Daniel; Julin, Jaakko; Chnani, Ahmed; Strehle, Steffen
Silicon surface passivation by ALD-Ga2O3: thermal vs. plasma-enhanced atomic layer deposition. - In: IEEE journal of photovoltaics, ISSN 2156-3403, Bd. 10 (2020), 4, S. 959-968
Im Titel sind "2" und "3" tiefgestellt

https://doi.org/10.1109/JPHOTOV.2020.2989201
Ortlepp, Ingo; Kühnel, Michael; Hofmann, Martin; Mohr-Weidenfeller, Laura; Kirchner, Johannes; Supreeti, Shraddha; Mastylo, Rostyslav; Holz, Mathias; Michels, Thomas; Füßl, Roland; Rangelow, Ivo W.; Fröhlich, Thomas; Dontsov, Denis; Schäffel, Christoph; Manske, Eberhard
Tip- and laser-based nanofabrication up to 100 mm with sub-nanometre precision. - In: Novel Patterning Technologies for Semiconductors, MEMS/NEMS and MOEMS 2020, (2020), S. 113240A-1-113240A-17

Although the field of optical lithography is highly investigated and numerous improvements are made, structure sizes smaller than 20 nm can only be achieved by considerable effort when using conventional technology. To cover the upcoming tasks in future lithography, enormous exertion is put into the development of alternative fabrication technologies in particular for micro- and nanotechnologies that are capable of measuring and patterning at the atomic scale in growing operating areas of several hundred square millimetres. Many new technologies resulted in this process, and are promising to overcome the current limitations^1, 2, but most of them are demonstrated in small areas of several square micrometers only, using state-of-the-art piezo stages or the like. At the Technische Universitat Ilmenau, the NanoFabrication Machine 100 (NFM-100) was developed, which serves as an important experimental platform for basic research in the field of scale-spanning AFM tip-based and laser-based nanomeasuring and nanofabrication for simultaneous subnanometre measuring and structuring on surfaces up to Ø100 mm. This machine can be equipped with several probing systems like AFM, laser focus probes and 3D-micro probes as well as tools for different nanofabrication technologies like tip-based technologies, optical technologies and mechanical two-dimensional technologies in a large working range with subnanometre reproducibility and uncertainty. In this paper, the specifics and advantages of the NFM-100 will be described as well as nanofabrication technologies that are currently worked on e.g. advanced scanning proximal probe lithography based on Fowler-Nordheim-electron-field emission, direct laser writing and UV-nanoimprint lithography.



https://doi.org/10.1117/12.2551044
Mohr-Weidenfeller, Laura; Hofmann, Martin; Supreeti, Shraddha; Mechold, Stephan; Holz, Mathias; Reuter, Christoph; Manske, Eberhard; Rangelow, Ivo W.
Cryogenic etching for pattern transfer into silicon of Mix-and-Match structured resist layers. - In: Microelectronic engineering, Bd. 227 (2020), 111325, insges. 5 S.

A Mix-and-Match lithography method for a high-resolution, high-precision and cost effective lithography tool using DLW and FE-SPL was developed and successfully realized. The pattern transfer from the photoresist to the silicon substrate is done by so-called "cryogenic etching". It means that the substrate is cooled down to cryogenic temperatures. In contrast to etching processes at standard room temperature, the cryogenic temperatures (below -100 &ring;C) enable a highly anisotropic etching process. The difference between etching at room temperature compared to cryogenic etching is carried out in this work. The advantages of the etching process are highlighted for the pattern transfer from Mix-and-Match-structured samples. Therefore, the used photoresist mr-P 1201LIL (microresist technologies GmbH) has been examined concerning its silicon-to-resist selectivity which could be determined to be 6:1 for the applied etching recipe. Using cryogenic etching, we are now able to transfer the Mix-and-Match-structured patterns into silicon with appreciable high selectivities. This opens a novel pathway for the manufacturing of quantum devices on large wafers. The paper discusses current research results based on the TU Ilmenau Nanopositioning and Nanomeasuring Machines (NPMM) including the novel application of nanofabrication. First, the basic setup and the resulting benefits of the NPMMs for measuring and fabrication in a working volume of up to 200 mm × 200 mm × 25 mm while abiding nanometer accuracy is described. This is in contradiction to state-of-the-art AFM scanners, which have a limited working range of appr. 100 [my]m × 100 [my]m. Next, the principle and the results of different nanofabrication technologies are shown. These include Scanning Probe Lithography (SPL), Direct Laser Writing (DLW) and UV-nanoimprint lithography (NIL). Last, efforts for further improving the feature placement accuracy of the NPMMs as well as attempts to combine several fabrication technologies to improve their throughput are touched on.



https://doi.org/10.1016/j.mee.2020.111325
Hiller, Daniel; Duffy, Ray; Strehle, Steffen; Stradins, Paul
Advances in silicon-nanoelectronics, nanostructures and high-efficiency Si-photovoltaics. - In: Physica status solidi, ISSN 1862-6319, Bd. 217 (2020), 4, S. 2000023, insges. 2 S.
Editorial

https://doi.org/10.1002/pssa.202000023
Si, Shuhao; Weigel, Christoph; Messerschmidt, Martin; Thesen, Manuel W.; Sinzinger, Stefan; Strehle, Steffen
A study of imprint and etching behavior on fused silica of a new tailored resist mr-NIL213FC for soft UV-NIL. - In: Micro and nano engineering, ISSN 2590-0072, Bd. 6 (2020), 100047, S. 1-7

https://doi.org/10.1016/j.mne.2020.100047
Biermann, Steffen; Magi, André; Sachse, Patrick; Hoffmann, Martin; Wedrich, Karin; Müller, Lutz; Koppert, Ralf; Ortlepp, Thomas; Baldauf, Julia
Advanced broadband MEMS infrared emitter based on high-temperature-resistant nanostructured surfaces and packaging solutions for harsh environments. - In: Terahertz, RF, Millimeter, and Submillimeter-Wave Technology and Applications XIII, (2020), S. 1127908-1-1127908-15

https://doi.org/10.1117/12.2545119
Hofmann, Martin; Mohr-Weidenfeller, Laura; Supreeti, Shraddha; Mechold, Stephan; Holz, Mathias; Reuter, Christoph; Sinzinger, Stefan; Manske, Eberhard; Rangelow, Ivo W.
Mix-and-match lithography and cryogenic etching for NIL template fabrication. - In: Microelectronic engineering, Bd. 224 (2020), 111234

https://doi.org/10.1016/j.mee.2020.111234
Belkner, Johannes; Döll, Joachim; Koppka, Christian; Breiter, Manuela; Hofmann, Martin; Ortlepp, Ingo; Gerhardt, Uwe; Strehle, Steffen; Manske, Eberhard
An electrothermally actuated membrane as oscillating pinhole for the high-frequent modulation of light. - In: DGaO-Proceedings, ISSN 1614-8436, Bd. 121 (2020), B37, insges. 2 S.

We present theory, processing steps and first results for a thermally actuated Aluminiumnitride-Platinum membrane with a resonant frequency of the first mode at around 100 kHz and resonant displacements at its center of around 30 µm. The radial-symmetric membrane is broadband opaque for wavelengths from visual light and beyond. An exception is a small pinhole of various diameters below 3 µm in its center. Through thermally induced asymmetric stress inside the multilayer, the clamped membrane bends out. The pinhole in its center will be displaced parallel to the optical axis.The intended use for such a membrane is to replace the traditional confocal pinhole in the detection path of a microscope. Applying a stable known resonant modulation on an acquired signal enables a lock-in principle for a differential confocal depth sensing as shown in [1]. The advantage over the employed tunable acoustic gradient lens (TAG lens) there, is the reduced size, the simplicity of the arrangement and constant illumination properties on the sample.



https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:0287-2020-B037-6
Rangelow, Ivo W.; Holz, Mathias
Active scanning probes in nanostructure fabrication. - In: Design strategies for synthesis and fabrication, (2020), S. 18-1-18-12
Richtiger Name des Verfassers: Mathias Holz

https://dx.doi.org/10.1201/9780367341558-18
Supreeti, Shraddha;
Soft nanoimprint lithography on curved surfaces. - Ilmenau : Universitätsbibliothek, 2020. - 1 Online-Ressource (vi, 67, XII Blätter)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2020

Diese Arbeit befasst sich mit den Herausforderungen des Prägens auf gekrümmten Oberflächen. Die Prägung auf gekrümmten Oberflächen hat aufgrund der steigenden Nachfrage nach Anwendungen in der Optik, bei biomedizinischen Implantaten und Sensoren eine hohe Relevanz gewonnen. Gegenwärtig ist es aufgrund der begrenzten Tiefenschärfe des Projektionssystems eine Herausforderung, Strukturen auf gekrümmten Oberflächen mit Hilfe der konventionellen Photolithographie zu strukturieren. Daher wird zunehmend die Nanoimprint-Lithographie (NIL) eingesetzt. NIL ermöglicht die gleichmäßige Abformung von Strukturen auf stark gekrümmten Oberflächen. Sie ist im Vergleich zu herkömmlichen Methoden nicht durch optische Effekte wie Streuung, Beugung und Interferenz in einem Substrat begrenzt. In dieser Arbeit wird ein weicher UV-NIL-Prozess entwickelt, optimiert und für die Strukturierung auf nicht ebenen Oberflächen implementiert. Es handelt sich um einen mechanischen Prozess, der auf der Übertragung von Strukturen von einem flexiblen und transparenten weichen Polydimethylsiloxan (PDMS) Stempel auf das Substrat in Gegenwart von UV-Licht basiert. Die Entformung ist ein wichtiger Aspekt für einen erfolgreichen NIL-Prozess. Die induzierte Scherspannung während der Trennung des Stempels vom Substrat kann zu strukturellen Verzerrungen führen, insbesondere an den Rändern der gekrümmten Oberfläche, wo die Neigung hoch ist. Das weiche NIL wurde angewandt, da es im Vergleich zur konventionellen Lithographie nicht von komplexen Maschinen, strengen Umgebungsbedingungen und optischen Einschränkungen abhängig ist. Eine hochpräzise Nanopositionierungs- und Nanomessmaschine (NPMM) wurde eingesetzt, um eine kontrollierte Positionierung des Substrats zum Stempel zu ermöglichen. Ein kompakter und einstellbarer weicher UV-NIL-Prozess wurde entworfen, montiert und in die NPM-Maschine integriert. Die erfolgreiche Umsetzung des grundlegenden Prozesses im NPMM schuf die Grundlage für die Herstellung eines NIL-Werkzeugs, das mit einer Drehvorrichtung kombiniert und in das NPMM integriert wurde. Die Kombination ermöglicht fünf Bewegungsfreiheitsgrade für das orthogonale Formen und Entformen an den Kanten gekrümmter Substrate. Das rotierende NIL-Werkzeug spricht die allgemein übersehene Herausforderung der Strukturierung und Charakterisierung an den Kanten gekrümmter Substrate an. Unabhängig von den eingeschränkten Messmöglichkeiten bei hohen Neigungen für hochauflösende Nanostrukturen war es möglich, die Strukturen sowohl auf dem Linsensubstrat als auch bei einer Neigung von 45&ring; im REM abzubilden. Es hat sich gezeigt, dass es an der Kante eines gekrümmten Substrats mit einem Krümmungsradius von ca. 25 mm bei einer Oberflächennormalen, die um 45&ring; geneigt ist, ein Imprinting durchführen kann. Die Methode ermöglicht präzise Prägefähigkeiten bei hohen Neigungen und stellt damit einen neuartigen Ansatz von weichem NIL auf gekrümmten Oberflächen dar.



https://doi.org/10.22032/dbt.48830
Salimitari, Parastoo; Supreeti, Shraddha; Strehle, Steffen
Combining nanoimprint lithography and nanowire contact printing on a single platform. - In: Mikro-Nano-Integration, (2020), S. 32-35

Beer, Daniel; Küller, Jan; Zhykhar, Albert; Fritsch, Tobias; Männchen, Andreas; Strehle, Steffen; Knechtel, Roy; Bös, Joachim
MEMS based speakers - sounds good?!. - In: Mikro-Nano-Integration, (2020), S. 23-28

Stauffenberg, Jaqueline; Ortlepp, Ingo; Reuter, Christoph; Holz, Mathias; Dontsov, Denis; Schäffel, Christoph; Strehle, Steffen; Zöllner, Jens-Peter; Rangelow, Ivo W.; Manske, Eberhard
Investigations on long-range AFM scans using a nanofabrication machine (NFM-100). - In: Proceedings, ISSN 2504-3900, Volume 56 (2020), issue 1, 34, Seite 1-3

The focus of this work lies on investigations on a new Nano Fabrication Machine (NFM-100) with a mounted atomic force microscope (AFM). This installed tip-based measuring system uses self-sensing and self-actuated microcantilevers, which can be used especially for field-emission scanning probe lithography (FESPL). The NFM-100 has a positioning range of Ø 100 mm, which offers, in combination with the tip-based measuring system, the possibility to analyse structures over long ranges. Using different gratings, the accuracy and the reproducibility of the NFM-100 and the AFM-system will be shown.



https://doi.org/10.3390/proceedings2020056034
Hebenstreit, Roman; Theska, René; Wedrich, Karin; Strehle, Steffen
Conceptional design of a positioning device with subatomic resolution and reproducibility. - In: Proceedings of the 20th International Conference of the European Society for Precision Engineering and Nanotechnology, (2020), S. 305-306

Berg, Marius van den; Moeinian, Ardeshir; Kobald, Arne; Chen, Yu-Ting; Horneber, Anke; Strehle, Steffen; Meixner, Alfred J.; Zhang, Dai
Revealing the local crystallinity of single silicon core-shell nanowires using tip-enhanced Raman spectroscopy. - In: Beilstein journal of nanotechnology, ISSN 2190-4286, Bd. 11 (2020), S. 1147-1156

https://doi.org/10.3762/bjnano.11.99
Nilsen, Madeleine; Dannberg, Oliver; Fröhlich, Thomas; Strehle, Steffen
Direct polymer microcantilever fabrication from free-standing dry film photoresists. - In: Journal of micromechanics and microengineering, ISSN 1361-6439, Bd. 30 (2020), 9, 095012, S. 1-13

https://doi.org/10.1088/1361-6439/ab9e4c
Hiller, Daniel; Julin, Jaakko; Chnani, Ahmed; Strehle, Steffen
Silicon surface passivation by ALD-Ga2O3: thermal vs. plasma-enhanced atomic layer deposition. - In: IEEE journal of photovoltaics, ISSN 2156-3403, Bd. 10 (2020), 4, S. 959-968
Im Titel sind "2" und "3" tiefgestellt

https://doi.org/10.1109/JPHOTOV.2020.2989201
Ortlepp, Ingo; Kühnel, Michael; Hofmann, Martin; Mohr-Weidenfeller, Laura; Kirchner, Johannes; Supreeti, Shraddha; Mastylo, Rostyslav; Holz, Mathias; Michels, Thomas; Füßl, Roland; Rangelow, Ivo W.; Fröhlich, Thomas; Dontsov, Denis; Schäffel, Christoph; Manske, Eberhard
Tip- and laser-based nanofabrication up to 100 mm with sub-nanometre precision. - In: Novel Patterning Technologies for Semiconductors, MEMS/NEMS and MOEMS 2020, (2020), S. 113240A-1-113240A-17

Although the field of optical lithography is highly investigated and numerous improvements are made, structure sizes smaller than 20 nm can only be achieved by considerable effort when using conventional technology. To cover the upcoming tasks in future lithography, enormous exertion is put into the development of alternative fabrication technologies in particular for micro- and nanotechnologies that are capable of measuring and patterning at the atomic scale in growing operating areas of several hundred square millimetres. Many new technologies resulted in this process, and are promising to overcome the current limitations^1, 2, but most of them are demonstrated in small areas of several square micrometers only, using state-of-the-art piezo stages or the like. At the Technische Universitat Ilmenau, the NanoFabrication Machine 100 (NFM-100) was developed, which serves as an important experimental platform for basic research in the field of scale-spanning AFM tip-based and laser-based nanomeasuring and nanofabrication for simultaneous subnanometre measuring and structuring on surfaces up to Ø100 mm. This machine can be equipped with several probing systems like AFM, laser focus probes and 3D-micro probes as well as tools for different nanofabrication technologies like tip-based technologies, optical technologies and mechanical two-dimensional technologies in a large working range with subnanometre reproducibility and uncertainty. In this paper, the specifics and advantages of the NFM-100 will be described as well as nanofabrication technologies that are currently worked on e.g. advanced scanning proximal probe lithography based on Fowler-Nordheim-electron-field emission, direct laser writing and UV-nanoimprint lithography.



https://doi.org/10.1117/12.2551044
Mohr-Weidenfeller, Laura; Hofmann, Martin; Supreeti, Shraddha; Mechold, Stephan; Holz, Mathias; Reuter, Christoph; Manske, Eberhard; Rangelow, Ivo W.
Cryogenic etching for pattern transfer into silicon of Mix-and-Match structured resist layers. - In: Microelectronic engineering, Bd. 227 (2020), 111325, insges. 5 S.

A Mix-and-Match lithography method for a high-resolution, high-precision and cost effective lithography tool using DLW and FE-SPL was developed and successfully realized. The pattern transfer from the photoresist to the silicon substrate is done by so-called "cryogenic etching". It means that the substrate is cooled down to cryogenic temperatures. In contrast to etching processes at standard room temperature, the cryogenic temperatures (below -100 &ring;C) enable a highly anisotropic etching process. The difference between etching at room temperature compared to cryogenic etching is carried out in this work. The advantages of the etching process are highlighted for the pattern transfer from Mix-and-Match-structured samples. Therefore, the used photoresist mr-P 1201LIL (microresist technologies GmbH) has been examined concerning its silicon-to-resist selectivity which could be determined to be 6:1 for the applied etching recipe. Using cryogenic etching, we are now able to transfer the Mix-and-Match-structured patterns into silicon with appreciable high selectivities. This opens a novel pathway for the manufacturing of quantum devices on large wafers. The paper discusses current research results based on the TU Ilmenau Nanopositioning and Nanomeasuring Machines (NPMM) including the novel application of nanofabrication. First, the basic setup and the resulting benefits of the NPMMs for measuring and fabrication in a working volume of up to 200 mm × 200 mm × 25 mm while abiding nanometer accuracy is described. This is in contradiction to state-of-the-art AFM scanners, which have a limited working range of appr. 100 [my]m × 100 [my]m. Next, the principle and the results of different nanofabrication technologies are shown. These include Scanning Probe Lithography (SPL), Direct Laser Writing (DLW) and UV-nanoimprint lithography (NIL). Last, efforts for further improving the feature placement accuracy of the NPMMs as well as attempts to combine several fabrication technologies to improve their throughput are touched on.



https://doi.org/10.1016/j.mee.2020.111325
Hiller, Daniel; Duffy, Ray; Strehle, Steffen; Stradins, Paul
Advances in silicon-nanoelectronics, nanostructures and high-efficiency Si-photovoltaics. - In: Physica status solidi, ISSN 1862-6319, Bd. 217 (2020), 4, S. 2000023, insges. 2 S.
Editorial

https://doi.org/10.1002/pssa.202000023
Si, Shuhao; Weigel, Christoph; Messerschmidt, Martin; Thesen, Manuel W.; Sinzinger, Stefan; Strehle, Steffen
A study of imprint and etching behavior on fused silica of a new tailored resist mr-NIL213FC for soft UV-NIL. - In: Micro and nano engineering, ISSN 2590-0072, Bd. 6 (2020), 100047, S. 1-7

https://doi.org/10.1016/j.mne.2020.100047
Biermann, Steffen; Magi, André; Sachse, Patrick; Hoffmann, Martin; Wedrich, Karin; Müller, Lutz; Koppert, Ralf; Ortlepp, Thomas; Baldauf, Julia
Advanced broadband MEMS infrared emitter based on high-temperature-resistant nanostructured surfaces and packaging solutions for harsh environments. - In: Terahertz, RF, Millimeter, and Submillimeter-Wave Technology and Applications XIII, (2020), S. 1127908-1-1127908-15

https://doi.org/10.1117/12.2545119
Hofmann, Martin; Mohr-Weidenfeller, Laura; Supreeti, Shraddha; Mechold, Stephan; Holz, Mathias; Reuter, Christoph; Sinzinger, Stefan; Manske, Eberhard; Rangelow, Ivo W.
Mix-and-match lithography and cryogenic etching for NIL template fabrication. - In: Microelectronic engineering, Bd. 224 (2020), 111234

https://doi.org/10.1016/j.mee.2020.111234
Petrich, Rebecca; Kloska, Manja; Müller, Jens; Hoffmann, Martin
Verbundprojekt: Bauteilintegrierte Sensorik für Kraftübertragungselemente in Windenergieanlagen : Teilprojekt: Miniaturisierte komplex integrierte Mikrosensorik in dreidimensionale funktionalisierte LTCC Module : wissenschaftlicher Abschlussbericht : Akronym/Kurzbezeichnung: BiSWind : Laufzeit: 01.12.2015-31.07.2019. - Ilmenau : Technische Universität Ilmenau, Institut für Mikro- und Nanotechnologien MakroNano, Fachgebiet Mikromechanische Systeme. - 1 Online-Ressource (110 Seiten, 4,93 MB)Förderkennzeichen BMWi 0325891B

https://doi.org/10.2314/KXP:1700572431
Moeinian, Ardeshir; Strehle, Steffen
Nanoskalige optische Bioanalytik : Sensorik auf Basis von Silizium-Nanodrähten und plasmonischen Verstärkern. - In: GIT, ISSN 0016-3538, Bd. 63 (2019), 10, S. 21-23

Wiedemeier, Stefan;
Entwicklung einer tropfenbasierten mikrofluidischen Plattform für das High-Throughput-Screening multizellulärer Systeme. - Ilmenau : Universitätsbibliothek, 2019. - 1 Online-Ressource (XVI, 140 Seiten)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2019

Im Bereich der tropfenbasierten Mikrofluidik werden medizinische, biologische oder auch chemische Experimente in diskrete Reaktionsräume überführt. Diese als Tropfen bezeichneten Reaktionsräume besitzen als seriell angeordnete Mikroreaktoren ein hohes Anwendungspotenzial, sei es zur Optimierung von Screening-Prozessen für die Medikamentenentwicklung oder zur Manipulation von Zellen und 3D Zellstrukturen. Für solche Anwendungen bieten die derzeit existierenden Konzepte jedoch nicht die erforderliche Zuverlässigkeit und Praktikabilität. Vor allem die Aufrechterhaltung reproduzierbarer und stabiler Prozessbedingungen sind ausschlaggebende Faktoren als Voraussetzung für einen Durchbruch dieser Technologie am Markt. Insbesondere bei Anwendungen mit multizellulären Systemen wie nativen Gewebefragmenten oder in vitro kultivierten Sphäroiden sind besondere Voraussetzungen zu erfüllen. Beispielsweise ist die Verwendung oberflächenaktiver Substanzen (Tenside), die bei der Mehrzahl tropfenbasierter mikrofluidischer Applikationen zur Stabilisierung der Tropfen eingesetzt werden, nachteilig für Untersuchungen dieser Proben. Der Verzicht auf Tenside ist ein wichtiger Schritt in Richtung einer grundlegenden Akzeptanz tropfenbasierter Verfahren. Die in dieser Arbeit präsentierten Ergebnisse zeigen eine Alternative auf, bei der für das Handling und die Kultivierung multizellulärer Systeme auf die Verwendung von Tensiden verzichtet werden kann. Das im Rahmen der Forschungsarbeiten entwickelte technische System beruht auf neuartigen, mikrofluidischen Komponenten, die die hohen Ansprüche für das Handling multizellulärer Systeme erfüllen. Neben der Beschreibung der Systementwicklung steht die Charakterisierung der Einflussfaktoren auf die Tropfengenerierung im Mittelpunkt der Arbeit. Relevante Einflussgrößen wie die Kanalanordnung und deren Oberflächenbeschaffenheit sowie der Einfluss der Volumenströme und unterschiedlicher Probenmedien auf die Tropfengenerierung wurden untersucht. Die Arbeit beschreibt weiterhin die Entwicklung eines biomimetischen Ansatzes zur Steigerung der Stabilität der Tropfengenerierung durch die Verringerung des Adhäsionspotenzials wässriger Proben mit den Kanaloberflächen der Mikrosysteme. Damit ist die im Rahmen dieser Arbeit entwickelte mikrofluidische Plattform insbesondere für Anwendungen im Bereich der Biowissenschaften prädestiniert.



https://www.db-thueringen.de/receive/dbt_mods_00043017
Wedrich, Karin; Hoffmann, Martin
Nanointegration as key technology for MEMS based IR-emitter in spectroscopic sensor systems :
NaMIS - Nanointegration als Schlüsseltechnologie für einen MEMS basierten IR-Emitter für spektroskopische Sensorsysteme; Teilvorhaben: Integration hocheffizienter, langzeitstabiler Nanostrukturen in IR-Emitter für spektroskopische Anwendungen : Schlussbericht zum Förderprojekt : Bewilligungszeitraum: 01.05.2016 bis 31.10.2018, Verlängerung bis 30.04.2019 : Berichtszeitraum: 01.05.2016-30.04.2019. - Ilmenau : Technische Universität Ilmenau, Institut für Mikro- und Nanotechnologien MacroNano, Fachgebiet Mikromechanische Systeme. - 1 Online-Ressource (21 Seiten, 3,92 MB)Förderkennzeichen BMBF 13XP5019F

https://doi.org/10.2314/KXP:1693468530
Strehle, Steffen
Funktionelle Nanosonden auf Basis halbleitender Nanodrähte und Nanoröhren für die intrazelluläre Sensorik und Rastersondenmikroskopie : Schlussbericht zum Forschungsvorhaben im Rahmen der Ausschreibung BMBF NanoMatFutur. - [Ilmenau] : [Technische Universität Ilmenau, Institut für Mikro- und Nanotechnologien MacroNano]. - 1 Online-Ressource (53 Seiten, 1,78 MB)Förderkennzeichen BMBF 13N12545

https://doi.org/10.2314/KXP:1693393662
Petrich, Rebecca; Bartsch, Heike; Tonisch, Katja; Jaekel, Konrad; Barth, Stephan; Bartzsch, Hagen R.; Glöß, Daniel; Delan, Annekatrin; Krischok, Stefan; Strehle, Steffen; Hoffmann, Martin; Müller, Jens
Investigation of ScAlN for piezoelectric and ferroelectric applications. - In: 2019 22nd European Microelectronics and Packaging Conference & Exhibition (EMPC), (2019), insges. 5 S.

https://doi.org/10.23919/EMPC44848.2019.8951824
Stehr, Uwe; Stegner, Johannes; Fischer, Michael; Gropp, Sebastian; Müller, Jens; Hoffmann, Martin; Hein, Matthias
Ganzheitliche Entwurfsmethodik für kompakte HF-MEMS-Oszillatoren auf einem SiCer-Verbundsubstrat. - In: MikroSystemTechnik Kongress 2019, (2019), S. 669-672

Weigel, Christoph; Hanitsch, Stefan; Dressler, Lothar; Hoffmann, Martin
Mikrofluidische In-plane-Kontaktierungskonzepte. - In: MikroSystemTechnik Kongress 2019, (2019), S. 549-552

Wedrich, Karin; Müller, Lutz; Magi, Andre; Biermann, Steffen; Koppert, Ralf; Hoffmann, Martin
Hochtemperatur-feste nanostrukturierte IR-Emitter. - In: MikroSystemTechnik Kongress 2019, (2019), S. 494-497

Wüster, Julian; Bourgin, Yannick; Feßer, Patrick; Si, Shuhao; Sinzinger, Stefan
Nanostrukturierte Beugungsgitter als angepasste integrierbare Polarisationsstrahlteiler. - In: MikroSystemTechnik Kongress 2019, (2019), S. 468-471

Thewes, Anna; Weigel, Christoph; Barowski, Jan Michael; Hoffmann, Martin
Optimierung eines Biegeplattenwellensensors für hohe Eindringtiefe und Sensitivität. - In: MikroSystemTechnik Kongress 2019, (2019), S. 448-451

Petrich, Rebecca; Bartsch, Heike; Tonisch, Katja; Jaekel, Konrad; Barth, Stephan; Bartzsch, Hagen R.; Glöß, Daniel; Delan, Annekatrin; Krischok, Stefan; Strehle, Steffen; Hoffmann, Martin; Müller, Jens
Untersuchung von ScAlN für piezoelektrische und ferroelektrische Anwendungen. - In: MikroSystemTechnik Kongress 2019, (2019), S. 412-416

Bohm, Sebastian; Dittrich, Lars; Runge, Erich
Modellierung, Fertigung und Erprobung einer neuartigen EWOD-betriebenen Mikropumpe. - In: MikroSystemTechnik Kongress 2019, (2019), S. 378-381

Weigel, Christoph; Sinzinger, Stefan; Strehle, Steffen; Hoffmann, Martin
Trockenchemisches Freistellen von Mikrostrukturen in der Glaskeramik Zerodur. - In: MikroSystemTechnik Kongress 2019, (2019), S. 154-157

Behroudj, Arezo; Geiger, Dorin; Strehle, Steffen
Epitaxial bottom-up growth of silicon nanowires on oxidized silicon by alloy-catalyzed gas-phase synthesis. - In: Nano letters, ISSN 1530-6992, Bd. 19 (2019), 11, S. 7895-7900

https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.9b02950
Beer, Daniel; Brocks, Tobias; Küller, Jan; Strehle, Steffen; Koch, Tilman
New potential for portable spatial audio with MEMS based speakers. - In: Audio for virtual, augmented and mixed realities, (2019), S. 93-97

There is a high demand for portable audio on the market. Hence, manufactures of headphones and hearing aids have to deal with miniaturization of electroacoustic transducers (micro speakers) but maintain sound quality and energy efficiency (battery life time) at the same time. Different techniques are known for downsizing transducers. A very successful method is provided by the semiconductor industry. The use of the so-called MEMS technology (Micro- Electro-Mechanical-System) has already led to great success in microelectronics and MEMS applications such as microphones and accelerometers. This success has triggered a high interest in implementing MEMS technology also for speaker manufacturing. Based on patents, the initial approaches of MEMS loudspeakers will be presented. An outlook of the arising new potentials for portable spatial audio with MEMS based speakers will be given.



https://doi.org/10.22032/dbt.39959
Stegner, Johannes; Gropp, Sebastian; Fischer, Michael; Stehr, Uwe; Hoffmann, Martin; Müller, Jens; Hein, Matthias
Cross-hierarchical design of compact RF-MEMS oscillator circuits on a silicon-ceramic composite substrate. - In: IFCS-EFTF 2019, (2019), insges. 4 S.

https://doi.org/10.1109/FCS.2019.8856111
Weigel, Christoph;
Fluorbasiertes Trockenätzen von Mikrostrukturen in Glas und Glaskeramik. - Ilmenau : Universitätsbibliothek, 2019. - 1 Online-Ressource (XII, 189 Seiten)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2019

Mit einem thermischen Ausdehnungskoeffizienten von nahe 0 im Temperaturbereich von 0 ... 50 &ring;C wird Zerodur vielfach für temperaturstabilisierte Systeme eingesetzt. Da es an Untersuchungen und Ergebnissen zu Batch-kompatiblen Mikrostrukturierungsverfahren mit hoher Genauigkeit fehlt, ist dessen Einsatz in der Mikrosystemtechnik bisher jedoch selten. Die Ursachen dafür liegen in den herausfordernden Materialeigenschaften. In dieser Arbeit wird ausgehend von Untersuchungen an herkömmlichen Gläsern das Plasmatiefenätzen der komplexen Glaskeramik Zerodur im Fluorplasma als massenmarkttaugliche Strukturierungsmöglichkeit untersucht. Herausfordernd ist dabei zum einen die komplexe chemische Zusammensetzung. So ist ein Großteil der Bestandteile im Fluorplasma nicht chemisch ätzbar. Weiterhin muss den thermischen Eigenschaften wie der Wärmeleitung und der thermischen Dehnung mehr Beachtung geschenkt werden, als dies z.B. für die Strukturierung von Silicium oder anderen herkömmlichen Gläsern der Fall ist. Für die Untersuchungen des Ätzverhaltens kommt ein induktiv-gekoppeltes Plasma (ICP-RIE) zum Einsatz. Wegen der hohen Plasmadichte bei gleichzeitig geringem Prozessdruck sind eine hohe Ätzrate und Anisotropie erreichbar. Das optimierte Ionen-induzierte Ätzen setzt aber Hartmasken voraus, die sowohl stabil gegenüber den thermischen und chemischen Belastungen als auch dem physikalischen Ionenbeschuss sind. Hierzu wurde eine geeignete Maskierungstechnik etabliert. Ausgehend von den erreichten Ergebnissen in Quarzglas wird der Einfluss der Materialkomplexität auf das Ätzergebnis untersucht. Dabei werden komplexe Borosilikatgläser mit unterschiedlichen Anteilen an nichtflüchtigen Reaktionsprodukten im Fluor-Plasma betrachtet. Der Einfluss der Materialkomplexität auf die Ätzrate, die Selektivität, die Rauheit des Ätzbodens und die Vertikalität der Seitenwände wird eingehend diskutiert. Diese Erkenntnisse dienen als Ausgangspunkt für die Untersuchungen der komplexen Glaskeramik Zerodur. In einer breiten Parameterstudie zeigt sich, dass mit der Wahl der Prozessparameter Einfluss auf die topografischen Kenngrößen der erzeugten Strukturen genommen werden kann. Hohe Ätzraten von mehr als 250 nm/min bei einer Selektivität von 6,4 und einem Flankenwinkel von 70,5&ring; werden mit den Ätzgasen SF6/CHF3 und SF6 erreicht. In der Anwendung der prozesstechnischen Erkenntnisse wird die Freistellung von mikromechanische Elementen demonstriert. Mit einem optimierten Prozess können Wafer mit einer Dicke von 150 [my]m vollständig durchgeätzt werden. Der dafür entwickelte zweiseitige Ätzprozess erlaubt ein hohes Aspektverhältnis trotz Flankenneigung. Die weiteren Herausforderungen an den Freistellungsprozess und die optimale Wahl der Prozessparameter werden eingehend diskutiert. Strukturuntersuchungen der tiefengeätzten und freigestellten Strukturen zeigen, dass nichtflüchtige Reaktionsprodukte aus Aluminium und Fluor den Strukturierungsprozess beeinflussen. Hier existieren Unterschiede zwischen dem Tiefenätzen und dem Freistellen, die mit einem entwickelten Erklärungsmodell beschrieben werden können, das auch auf andere komplexe Gläser und Glaskeramiken angewendet werden kann. Diese Arbeit leistet einen wichtigen Beitrag zur Batch-kompatiblen Strukturierung komplexer Gläser und Glaskeramiken in Fluorplasmen. Vor allem die Strukturierung von Zerodur hebt sich vom wissenschaftlichen Stand ab. Bislang konnte hierfür nur auf Literatur mit einem geringen Umfang an Ergebnissen zurückgegriffen werden.



https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2019000280
Stegner, Johannes; Fischer, Michael; Gropp, Sebastian; Stehr, Uwe; Hein, Matthias
MEMS-based RF oscillators using SiCer technology. - In: IEEE microwave magazine, Bd. 20 (2019), 10, S. 71-85

https://doi.org/10.1109/MMM.2019.2928678
Fischer, Michael; Gropp, Sebastian; Stegner, Johannes; Frank, Astrid; Hoffmann, Martin; Müller, Jens
Silicon-ceramic composite substrate. - In: IEEE microwave magazine, Bd. 20 (2019), 10, S. 28-43

https://doi.org/10.1109/MMM.2019.2928675
Weigel, Christoph; Sinzinger, Stefan; Hoffmann, Martin
Comparision of deep etched borosilicate glasses in a fluorine based plasma. - In: 2019 20th International Conference on Solid-State Sensors, Actuators and Microsystems & Eurosensors XXXIII (Transducers & Eurosensors XXXIII), (2019), S. 1678-1681

https://doi.org/10.1109/TRANSDUCERS.2019.8808269
Stegner, Johannes; Fischer, Michael; Gropp, Sebastian; Stehr, Uwe; Müller, Jens; Hoffmann, Martin; Hein, Matthias
Highly integrated RF-MEMS multi-frequency oscillator on a silicon-ceramic composite substrate. - In: 2019 IEEE MTT-S International Microwave Symposium (IMS), (2019), S. 782-785

https://ieeexplore.ieee.org/document/8700986
Mohr-Weidenfeller, Laura; Hofmann, Martin; Kirchner, Johannes; Supreeti, Shraddha; Rangelow, Ivo W.; Sinzinger, Stefan; Manske, Eberhard
Micro- and nanofabrication technologies using the nanopositioning and nanomeasuring machines. - In: Optical Measurement Systems for Industrial Inspection XI, (2019), S. 1105637-1-1105637-13

To keep up with Moore's law in future, the critical dimensions of device features must further decrease in size. Thus, the nano-electronics and nano-optics manufacturing is based on the ongoing development of the lithography and encompasses also some unconventional methods. In this context, we use the Nanopositioning and Nanomeasuring Machine (NPMM) to generate features in resist layers by means of Direct Laser Writing (DLW),1 Field Emission Scanning Probe Lithography (FE-SPL)2 and Soft UV-Nanoimprint Lithography (Soft UV-NIL)3 with highest accuracy. The NPMM was collaboratively developed by TU Ilmenau and SIOS Meßtechnik GmbH.4 The tool provides a large positioning volume of 25 mm × 25 mm × 5 mm with a positioning resolution of 0.1 nm and a repeatability of less than 0.3 nm over the full range. Previously a single electron transistor (SET) working at room temperature generated by FE-SPL has been demonstrated.5 However, the throughput is limited because of the serial writing scheme making Tennant's law (At R5 ) valid.6 Here, At is the areal throughput and R the lithographic resolution. Thus, patterning of the whole NPMM positioning area by FE-SPL is very time consuming. In order to address this problem, different strategies and/or combinations are conceivable. In this work a so-called Mix-and-Match lithography is conducted. A fast generation of structures in the sub-micron range is possible by means of DLW. By this, features such as electrical wires, contact patches for bonding or labels are generated in resist. Subsequently, we use FE-SPL in order to define the actual nano-scaled features for quantum or single electron devices. In combination, DLW and FE-SPL are maskless lithography strategies, hence, offering completely novel opportunities for rapid nanoscale prototyping of largescale resist patterns. An explanation of this technique is given in a previous publication.7 Furthermore, after reactive ion etching, the sample can be used as template for Soft UV-NIL, thus resulting in a high-throughput process chain for future quantum and/or single electron devices.



https://doi.org/10.1117/12.2528136
Supreeti, Shraddha; Kirchner, Johannes; Hofmann, Martin; Mastylo, Rostyslav; Rangelow, Ivo W.; Manske, Eberhard; Hoffmann, Martin; Sinzinger, Stefan
Integrated soft UV-nanoimprint lithography in a nanopositioning and nanomeasuring machine for accurate positioning of stamp to substrate. - In: Novel Patterning Technologies for Semiconductors, MEMS/NEMS, and MOEMS 2019, (2019), S. 1095819-1-1095819-7

https://doi.org/10.1117/12.2514832
Steinbach, Annina M.; Sandner, Tanja; Nilsen, Madeleine; Hua, Ximeng; Sivakumar, Ragul; Geiger, Dorin; Moeinnian, Ardeshir; Strehle, Steffen
The electronic properties of silicon nanowires during their dissolution under simulated physiological conditions. - In: Applied Sciences, ISSN 2076-3417, Bd. 9 (2019), 4, 804, S. 1-12

https://doi.org/10.3390/app9040804
Nilsen, Madeleine; Port, Fabian; Roos, Michael; Gottschalk, Kay-Eberhard; Strehle, Steffen
Facile modification of freestanding silicon nitride microcantilever beams by dry film photoresist lithography. - In: Journal of micromechanics and microengineering, ISSN 1361-6439, Bd. 29 (2019), 2, 025014, S. 1-11

https://doi.org/10.1088/1361-6439/aaf7e3
Moeinian, Ardeshir; Gür, Fatih N.; Gonzalez-Torres, Julio; Zhou, Linsen; Murugesan, Vignesh D.; Dashtestani, Ashkan Djaberi; Guo, Hua; Schmidt, Thorsten L.; Strehle, Steffen
Highly localized SERS measurements using single silicon nanowires decorated with DNA origami-based SERS probe. - In: Nano letters, ISSN 1530-6992, Bd. 19 (2019), 2, S. 1061-1066

https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.8b04355
Petrich, Rebecca; Kloska, Manja; Müller, Jens; Hoffmann, Martin
Verbundprojekt: Bauteilintegrierte Sensorik für Kraftübertragungselemente in Windenergieanlagen : Teilprojekt: Miniaturisierte komplex integrierte Mikrosensorik in dreidimensionale funktionalisierte LTCC Module : wissenschaftlicher Abschlussbericht : Akronym/Kurzbezeichnung: BiSWind : Laufzeit: 01.12.2015-31.07.2019. - Ilmenau : Technische Universität Ilmenau, Institut für Mikro- und Nanotechnologien MakroNano, Fachgebiet Mikromechanische Systeme. - 1 Online-Ressource (110 Seiten, 4,93 MB)Förderkennzeichen BMWi 0325891B

https://doi.org/10.2314/KXP:1700572431
Moeinian, Ardeshir; Strehle, Steffen
Nanoskalige optische Bioanalytik : Sensorik auf Basis von Silizium-Nanodrähten und plasmonischen Verstärkern. - In: GIT, ISSN 0016-3538, Bd. 63 (2019), 10, S. 21-23

Wiedemeier, Stefan;
Entwicklung einer tropfenbasierten mikrofluidischen Plattform für das High-Throughput-Screening multizellulärer Systeme. - Ilmenau : Universitätsbibliothek, 2019. - 1 Online-Ressource (XVI, 140 Seiten)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2019

Im Bereich der tropfenbasierten Mikrofluidik werden medizinische, biologische oder auch chemische Experimente in diskrete Reaktionsräume überführt. Diese als Tropfen bezeichneten Reaktionsräume besitzen als seriell angeordnete Mikroreaktoren ein hohes Anwendungspotenzial, sei es zur Optimierung von Screening-Prozessen für die Medikamentenentwicklung oder zur Manipulation von Zellen und 3D Zellstrukturen. Für solche Anwendungen bieten die derzeit existierenden Konzepte jedoch nicht die erforderliche Zuverlässigkeit und Praktikabilität. Vor allem die Aufrechterhaltung reproduzierbarer und stabiler Prozessbedingungen sind ausschlaggebende Faktoren als Voraussetzung für einen Durchbruch dieser Technologie am Markt. Insbesondere bei Anwendungen mit multizellulären Systemen wie nativen Gewebefragmenten oder in vitro kultivierten Sphäroiden sind besondere Voraussetzungen zu erfüllen. Beispielsweise ist die Verwendung oberflächenaktiver Substanzen (Tenside), die bei der Mehrzahl tropfenbasierter mikrofluidischer Applikationen zur Stabilisierung der Tropfen eingesetzt werden, nachteilig für Untersuchungen dieser Proben. Der Verzicht auf Tenside ist ein wichtiger Schritt in Richtung einer grundlegenden Akzeptanz tropfenbasierter Verfahren. Die in dieser Arbeit präsentierten Ergebnisse zeigen eine Alternative auf, bei der für das Handling und die Kultivierung multizellulärer Systeme auf die Verwendung von Tensiden verzichtet werden kann. Das im Rahmen der Forschungsarbeiten entwickelte technische System beruht auf neuartigen, mikrofluidischen Komponenten, die die hohen Ansprüche für das Handling multizellulärer Systeme erfüllen. Neben der Beschreibung der Systementwicklung steht die Charakterisierung der Einflussfaktoren auf die Tropfengenerierung im Mittelpunkt der Arbeit. Relevante Einflussgrößen wie die Kanalanordnung und deren Oberflächenbeschaffenheit sowie der Einfluss der Volumenströme und unterschiedlicher Probenmedien auf die Tropfengenerierung wurden untersucht. Die Arbeit beschreibt weiterhin die Entwicklung eines biomimetischen Ansatzes zur Steigerung der Stabilität der Tropfengenerierung durch die Verringerung des Adhäsionspotenzials wässriger Proben mit den Kanaloberflächen der Mikrosysteme. Damit ist die im Rahmen dieser Arbeit entwickelte mikrofluidische Plattform insbesondere für Anwendungen im Bereich der Biowissenschaften prädestiniert.



https://www.db-thueringen.de/receive/dbt_mods_00043017
Wedrich, Karin; Hoffmann, Martin
Nanointegration as key technology for MEMS based IR-emitter in spectroscopic sensor systems :
NaMIS - Nanointegration als Schlüsseltechnologie für einen MEMS basierten IR-Emitter für spektroskopische Sensorsysteme; Teilvorhaben: Integration hocheffizienter, langzeitstabiler Nanostrukturen in IR-Emitter für spektroskopische Anwendungen : Schlussbericht zum Förderprojekt : Bewilligungszeitraum: 01.05.2016 bis 31.10.2018, Verlängerung bis 30.04.2019 : Berichtszeitraum: 01.05.2016-30.04.2019. - Ilmenau : Technische Universität Ilmenau, Institut für Mikro- und Nanotechnologien MacroNano, Fachgebiet Mikromechanische Systeme. - 1 Online-Ressource (21 Seiten, 3,92 MB)Förderkennzeichen BMBF 13XP5019F

https://doi.org/10.2314/KXP:1693468530
Strehle, Steffen
Funktionelle Nanosonden auf Basis halbleitender Nanodrähte und Nanoröhren für die intrazelluläre Sensorik und Rastersondenmikroskopie : Schlussbericht zum Forschungsvorhaben im Rahmen der Ausschreibung BMBF NanoMatFutur. - [Ilmenau] : [Technische Universität Ilmenau, Institut für Mikro- und Nanotechnologien MacroNano]. - 1 Online-Ressource (53 Seiten, 1,78 MB)Förderkennzeichen BMBF 13N12545

https://doi.org/10.2314/KXP:1693393662
Petrich, Rebecca; Bartsch, Heike; Tonisch, Katja; Jaekel, Konrad; Barth, Stephan; Bartzsch, Hagen R.; Glöß, Daniel; Delan, Annekatrin; Krischok, Stefan; Strehle, Steffen; Hoffmann, Martin; Müller, Jens
Investigation of ScAlN for piezoelectric and ferroelectric applications. - In: 2019 22nd European Microelectronics and Packaging Conference & Exhibition (EMPC), (2019), insges. 5 S.

https://doi.org/10.23919/EMPC44848.2019.8951824
Stehr, Uwe; Stegner, Johannes; Fischer, Michael; Gropp, Sebastian; Müller, Jens; Hoffmann, Martin; Hein, Matthias
Ganzheitliche Entwurfsmethodik für kompakte HF-MEMS-Oszillatoren auf einem SiCer-Verbundsubstrat. - In: MikroSystemTechnik Kongress 2019, (2019), S. 669-672

Weigel, Christoph; Hanitsch, Stefan; Dressler, Lothar; Hoffmann, Martin
Mikrofluidische In-plane-Kontaktierungskonzepte. - In: MikroSystemTechnik Kongress 2019, (2019), S. 549-552

Wedrich, Karin; Müller, Lutz; Magi, Andre; Biermann, Steffen; Koppert, Ralf; Hoffmann, Martin
Hochtemperatur-feste nanostrukturierte IR-Emitter. - In: MikroSystemTechnik Kongress 2019, (2019), S. 494-497

Wüster, Julian; Bourgin, Yannick; Feßer, Patrick; Si, Shuhao; Sinzinger, Stefan
Nanostrukturierte Beugungsgitter als angepasste integrierbare Polarisationsstrahlteiler. - In: MikroSystemTechnik Kongress 2019, (2019), S. 468-471

Thewes, Anna; Weigel, Christoph; Barowski, Jan Michael; Hoffmann, Martin
Optimierung eines Biegeplattenwellensensors für hohe Eindringtiefe und Sensitivität. - In: MikroSystemTechnik Kongress 2019, (2019), S. 448-451

Petrich, Rebecca; Bartsch, Heike; Tonisch, Katja; Jaekel, Konrad; Barth, Stephan; Bartzsch, Hagen R.; Glöß, Daniel; Delan, Annekatrin; Krischok, Stefan; Strehle, Steffen; Hoffmann, Martin; Müller, Jens
Untersuchung von ScAlN für piezoelektrische und ferroelektrische Anwendungen. - In: MikroSystemTechnik Kongress 2019, (2019), S. 412-416

Bohm, Sebastian; Dittrich, Lars; Runge, Erich
Modellierung, Fertigung und Erprobung einer neuartigen EWOD-betriebenen Mikropumpe. - In: MikroSystemTechnik Kongress 2019, (2019), S. 378-381

Weigel, Christoph; Sinzinger, Stefan; Strehle, Steffen; Hoffmann, Martin
Trockenchemisches Freistellen von Mikrostrukturen in der Glaskeramik Zerodur. - In: MikroSystemTechnik Kongress 2019, (2019), S. 154-157

Behroudj, Arezo; Geiger, Dorin; Strehle, Steffen
Epitaxial bottom-up growth of silicon nanowires on oxidized silicon by alloy-catalyzed gas-phase synthesis. - In: Nano letters, ISSN 1530-6992, Bd. 19 (2019), 11, S. 7895-7900

https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.9b02950
Beer, Daniel; Brocks, Tobias; Küller, Jan; Strehle, Steffen; Koch, Tilman
New potential for portable spatial audio with MEMS based speakers. - In: Audio for virtual, augmented and mixed realities, (2019), S. 93-97

There is a high demand for portable audio on the market. Hence, manufactures of headphones and hearing aids have to deal with miniaturization of electroacoustic transducers (micro speakers) but maintain sound quality and energy efficiency (battery life time) at the same time. Different techniques are known for downsizing transducers. A very successful method is provided by the semiconductor industry. The use of the so-called MEMS technology (Micro- Electro-Mechanical-System) has already led to great success in microelectronics and MEMS applications such as microphones and accelerometers. This success has triggered a high interest in implementing MEMS technology also for speaker manufacturing. Based on patents, the initial approaches of MEMS loudspeakers will be presented. An outlook of the arising new potentials for portable spatial audio with MEMS based speakers will be given.



https://doi.org/10.22032/dbt.39959
Stegner, Johannes; Gropp, Sebastian; Fischer, Michael; Stehr, Uwe; Hoffmann, Martin; Müller, Jens; Hein, Matthias
Cross-hierarchical design of compact RF-MEMS oscillator circuits on a silicon-ceramic composite substrate. - In: IFCS-EFTF 2019, (2019), insges. 4 S.

https://doi.org/10.1109/FCS.2019.8856111
Weigel, Christoph;
Fluorbasiertes Trockenätzen von Mikrostrukturen in Glas und Glaskeramik. - Ilmenau : Universitätsbibliothek, 2019. - 1 Online-Ressource (XII, 189 Seiten)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2019

Mit einem thermischen Ausdehnungskoeffizienten von nahe 0 im Temperaturbereich von 0 ... 50 &ring;C wird Zerodur vielfach für temperaturstabilisierte Systeme eingesetzt. Da es an Untersuchungen und Ergebnissen zu Batch-kompatiblen Mikrostrukturierungsverfahren mit hoher Genauigkeit fehlt, ist dessen Einsatz in der Mikrosystemtechnik bisher jedoch selten. Die Ursachen dafür liegen in den herausfordernden Materialeigenschaften. In dieser Arbeit wird ausgehend von Untersuchungen an herkömmlichen Gläsern das Plasmatiefenätzen der komplexen Glaskeramik Zerodur im Fluorplasma als massenmarkttaugliche Strukturierungsmöglichkeit untersucht. Herausfordernd ist dabei zum einen die komplexe chemische Zusammensetzung. So ist ein Großteil der Bestandteile im Fluorplasma nicht chemisch ätzbar. Weiterhin muss den thermischen Eigenschaften wie der Wärmeleitung und der thermischen Dehnung mehr Beachtung geschenkt werden, als dies z.B. für die Strukturierung von Silicium oder anderen herkömmlichen Gläsern der Fall ist. Für die Untersuchungen des Ätzverhaltens kommt ein induktiv-gekoppeltes Plasma (ICP-RIE) zum Einsatz. Wegen der hohen Plasmadichte bei gleichzeitig geringem Prozessdruck sind eine hohe Ätzrate und Anisotropie erreichbar. Das optimierte Ionen-induzierte Ätzen setzt aber Hartmasken voraus, die sowohl stabil gegenüber den thermischen und chemischen Belastungen als auch dem physikalischen Ionenbeschuss sind. Hierzu wurde eine geeignete Maskierungstechnik etabliert. Ausgehend von den erreichten Ergebnissen in Quarzglas wird der Einfluss der Materialkomplexität auf das Ätzergebnis untersucht. Dabei werden komplexe Borosilikatgläser mit unterschiedlichen Anteilen an nichtflüchtigen Reaktionsprodukten im Fluor-Plasma betrachtet. Der Einfluss der Materialkomplexität auf die Ätzrate, die Selektivität, die Rauheit des Ätzbodens und die Vertikalität der Seitenwände wird eingehend diskutiert. Diese Erkenntnisse dienen als Ausgangspunkt für die Untersuchungen der komplexen Glaskeramik Zerodur. In einer breiten Parameterstudie zeigt sich, dass mit der Wahl der Prozessparameter Einfluss auf die topografischen Kenngrößen der erzeugten Strukturen genommen werden kann. Hohe Ätzraten von mehr als 250 nm/min bei einer Selektivität von 6,4 und einem Flankenwinkel von 70,5&ring; werden mit den Ätzgasen SF6/CHF3 und SF6 erreicht. In der Anwendung der prozesstechnischen Erkenntnisse wird die Freistellung von mikromechanische Elementen demonstriert. Mit einem optimierten Prozess können Wafer mit einer Dicke von 150 [my]m vollständig durchgeätzt werden. Der dafür entwickelte zweiseitige Ätzprozess erlaubt ein hohes Aspektverhältnis trotz Flankenneigung. Die weiteren Herausforderungen an den Freistellungsprozess und die optimale Wahl der Prozessparameter werden eingehend diskutiert. Strukturuntersuchungen der tiefengeätzten und freigestellten Strukturen zeigen, dass nichtflüchtige Reaktionsprodukte aus Aluminium und Fluor den Strukturierungsprozess beeinflussen. Hier existieren Unterschiede zwischen dem Tiefenätzen und dem Freistellen, die mit einem entwickelten Erklärungsmodell beschrieben werden können, das auch auf andere komplexe Gläser und Glaskeramiken angewendet werden kann. Diese Arbeit leistet einen wichtigen Beitrag zur Batch-kompatiblen Strukturierung komplexer Gläser und Glaskeramiken in Fluorplasmen. Vor allem die Strukturierung von Zerodur hebt sich vom wissenschaftlichen Stand ab. Bislang konnte hierfür nur auf Literatur mit einem geringen Umfang an Ergebnissen zurückgegriffen werden.



https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2019000280
Stegner, Johannes; Fischer, Michael; Gropp, Sebastian; Stehr, Uwe; Hein, Matthias
MEMS-based RF oscillators using SiCer technology. - In: IEEE microwave magazine, Bd. 20 (2019), 10, S. 71-85

https://doi.org/10.1109/MMM.2019.2928678
Fischer, Michael; Gropp, Sebastian; Stegner, Johannes; Frank, Astrid; Hoffmann, Martin; Müller, Jens
Silicon-ceramic composite substrate. - In: IEEE microwave magazine, Bd. 20 (2019), 10, S. 28-43

https://doi.org/10.1109/MMM.2019.2928675
Weigel, Christoph; Sinzinger, Stefan; Hoffmann, Martin
Comparision of deep etched borosilicate glasses in a fluorine based plasma. - In: 2019 20th International Conference on Solid-State Sensors, Actuators and Microsystems & Eurosensors XXXIII (Transducers & Eurosensors XXXIII), (2019), S. 1678-1681

https://doi.org/10.1109/TRANSDUCERS.2019.8808269
Stegner, Johannes; Fischer, Michael; Gropp, Sebastian; Stehr, Uwe; Müller, Jens; Hoffmann, Martin; Hein, Matthias
Highly integrated RF-MEMS multi-frequency oscillator on a silicon-ceramic composite substrate. - In: 2019 IEEE MTT-S International Microwave Symposium (IMS), (2019), S. 782-785

https://ieeexplore.ieee.org/document/8700986
Mohr-Weidenfeller, Laura; Hofmann, Martin; Kirchner, Johannes; Supreeti, Shraddha; Rangelow, Ivo W.; Sinzinger, Stefan; Manske, Eberhard
Micro- and nanofabrication technologies using the nanopositioning and nanomeasuring machines. - In: Optical Measurement Systems for Industrial Inspection XI, (2019), S. 1105637-1-1105637-13

To keep up with Moore's law in future, the critical dimensions of device features must further decrease in size. Thus, the nano-electronics and nano-optics manufacturing is based on the ongoing development of the lithography and encompasses also some unconventional methods. In this context, we use the Nanopositioning and Nanomeasuring Machine (NPMM) to generate features in resist layers by means of Direct Laser Writing (DLW),1 Field Emission Scanning Probe Lithography (FE-SPL)2 and Soft UV-Nanoimprint Lithography (Soft UV-NIL)3 with highest accuracy. The NPMM was collaboratively developed by TU Ilmenau and SIOS Meßtechnik GmbH.4 The tool provides a large positioning volume of 25 mm × 25 mm × 5 mm with a positioning resolution of 0.1 nm and a repeatability of less than 0.3 nm over the full range. Previously a single electron transistor (SET) working at room temperature generated by FE-SPL has been demonstrated.5 However, the throughput is limited because of the serial writing scheme making Tennant's law (At R5 ) valid.6 Here, At is the areal throughput and R the lithographic resolution. Thus, patterning of the whole NPMM positioning area by FE-SPL is very time consuming. In order to address this problem, different strategies and/or combinations are conceivable. In this work a so-called Mix-and-Match lithography is conducted. A fast generation of structures in the sub-micron range is possible by means of DLW. By this, features such as electrical wires, contact patches for bonding or labels are generated in resist. Subsequently, we use FE-SPL in order to define the actual nano-scaled features for quantum or single electron devices. In combination, DLW and FE-SPL are maskless lithography strategies, hence, offering completely novel opportunities for rapid nanoscale prototyping of largescale resist patterns. An explanation of this technique is given in a previous publication.7 Furthermore, after reactive ion etching, the sample can be used as template for Soft UV-NIL, thus resulting in a high-throughput process chain for future quantum and/or single electron devices.



https://doi.org/10.1117/12.2528136
Supreeti, Shraddha; Kirchner, Johannes; Hofmann, Martin; Mastylo, Rostyslav; Rangelow, Ivo W.; Manske, Eberhard; Hoffmann, Martin; Sinzinger, Stefan
Integrated soft UV-nanoimprint lithography in a nanopositioning and nanomeasuring machine for accurate positioning of stamp to substrate. - In: Novel Patterning Technologies for Semiconductors, MEMS/NEMS, and MOEMS 2019, (2019), S. 1095819-1-1095819-7

https://doi.org/10.1117/12.2514832
Steinbach, Annina M.; Sandner, Tanja; Nilsen, Madeleine; Hua, Ximeng; Sivakumar, Ragul; Geiger, Dorin; Moeinnian, Ardeshir; Strehle, Steffen
The electronic properties of silicon nanowires during their dissolution under simulated physiological conditions. - In: Applied Sciences, ISSN 2076-3417, Bd. 9 (2019), 4, 804, S. 1-12

https://doi.org/10.3390/app9040804
Nilsen, Madeleine; Port, Fabian; Roos, Michael; Gottschalk, Kay-Eberhard; Strehle, Steffen
Facile modification of freestanding silicon nitride microcantilever beams by dry film photoresist lithography. - In: Journal of micromechanics and microengineering, ISSN 1361-6439, Bd. 29 (2019), 2, 025014, S. 1-11

https://doi.org/10.1088/1361-6439/aaf7e3
Moeinian, Ardeshir; Gür, Fatih N.; Gonzalez-Torres, Julio; Zhou, Linsen; Murugesan, Vignesh D.; Dashtestani, Ashkan Djaberi; Guo, Hua; Schmidt, Thorsten L.; Strehle, Steffen
Highly localized SERS measurements using single silicon nanowires decorated with DNA origami-based SERS probe. - In: Nano letters, ISSN 1530-6992, Bd. 19 (2019), 2, S. 1061-1066

https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.8b04355
Petrich, Rebecca; Kloska, Manja; Müller, Jens; Hoffmann, Martin
Verbundprojekt: Bauteilintegrierte Sensorik für Kraftübertragungselemente in Windenergieanlagen : Teilprojekt: Miniaturisierte komplex integrierte Mikrosensorik in dreidimensionale funktionalisierte LTCC Module : wissenschaftlicher Abschlussbericht : Akronym/Kurzbezeichnung: BiSWind : Laufzeit: 01.12.2015-31.07.2019. - Ilmenau : Technische Universität Ilmenau, Institut für Mikro- und Nanotechnologien MakroNano, Fachgebiet Mikromechanische Systeme. - 1 Online-Ressource (110 Seiten, 4,93 MB)Förderkennzeichen BMWi 0325891B

https://doi.org/10.2314/KXP:1700572431
Moeinian, Ardeshir; Strehle, Steffen
Nanoskalige optische Bioanalytik : Sensorik auf Basis von Silizium-Nanodrähten und plasmonischen Verstärkern. - In: GIT, ISSN 0016-3538, Bd. 63 (2019), 10, S. 21-23

Wiedemeier, Stefan;
Entwicklung einer tropfenbasierten mikrofluidischen Plattform für das High-Throughput-Screening multizellulärer Systeme. - Ilmenau : Universitätsbibliothek, 2019. - 1 Online-Ressource (XVI, 140 Seiten)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2019

Im Bereich der tropfenbasierten Mikrofluidik werden medizinische, biologische oder auch chemische Experimente in diskrete Reaktionsräume überführt. Diese als Tropfen bezeichneten Reaktionsräume besitzen als seriell angeordnete Mikroreaktoren ein hohes Anwendungspotenzial, sei es zur Optimierung von Screening-Prozessen für die Medikamentenentwicklung oder zur Manipulation von Zellen und 3D Zellstrukturen. Für solche Anwendungen bieten die derzeit existierenden Konzepte jedoch nicht die erforderliche Zuverlässigkeit und Praktikabilität. Vor allem die Aufrechterhaltung reproduzierbarer und stabiler Prozessbedingungen sind ausschlaggebende Faktoren als Voraussetzung für einen Durchbruch dieser Technologie am Markt. Insbesondere bei Anwendungen mit multizellulären Systemen wie nativen Gewebefragmenten oder in vitro kultivierten Sphäroiden sind besondere Voraussetzungen zu erfüllen. Beispielsweise ist die Verwendung oberflächenaktiver Substanzen (Tenside), die bei der Mehrzahl tropfenbasierter mikrofluidischer Applikationen zur Stabilisierung der Tropfen eingesetzt werden, nachteilig für Untersuchungen dieser Proben. Der Verzicht auf Tenside ist ein wichtiger Schritt in Richtung einer grundlegenden Akzeptanz tropfenbasierter Verfahren. Die in dieser Arbeit präsentierten Ergebnisse zeigen eine Alternative auf, bei der für das Handling und die Kultivierung multizellulärer Systeme auf die Verwendung von Tensiden verzichtet werden kann. Das im Rahmen der Forschungsarbeiten entwickelte technische System beruht auf neuartigen, mikrofluidischen Komponenten, die die hohen Ansprüche für das Handling multizellulärer Systeme erfüllen. Neben der Beschreibung der Systementwicklung steht die Charakterisierung der Einflussfaktoren auf die Tropfengenerierung im Mittelpunkt der Arbeit. Relevante Einflussgrößen wie die Kanalanordnung und deren Oberflächenbeschaffenheit sowie der Einfluss der Volumenströme und unterschiedlicher Probenmedien auf die Tropfengenerierung wurden untersucht. Die Arbeit beschreibt weiterhin die Entwicklung eines biomimetischen Ansatzes zur Steigerung der Stabilität der Tropfengenerierung durch die Verringerung des Adhäsionspotenzials wässriger Proben mit den Kanaloberflächen der Mikrosysteme. Damit ist die im Rahmen dieser Arbeit entwickelte mikrofluidische Plattform insbesondere für Anwendungen im Bereich der Biowissenschaften prädestiniert.



https://www.db-thueringen.de/receive/dbt_mods_00043017
Wedrich, Karin; Hoffmann, Martin
Nanointegration as key technology for MEMS based IR-emitter in spectroscopic sensor systems :
NaMIS - Nanointegration als Schlüsseltechnologie für einen MEMS basierten IR-Emitter für spektroskopische Sensorsysteme; Teilvorhaben: Integration hocheffizienter, langzeitstabiler Nanostrukturen in IR-Emitter für spektroskopische Anwendungen : Schlussbericht zum Förderprojekt : Bewilligungszeitraum: 01.05.2016 bis 31.10.2018, Verlängerung bis 30.04.2019 : Berichtszeitraum: 01.05.2016-30.04.2019. - Ilmenau : Technische Universität Ilmenau, Institut für Mikro- und Nanotechnologien MacroNano, Fachgebiet Mikromechanische Systeme. - 1 Online-Ressource (21 Seiten, 3,92 MB)Förderkennzeichen BMBF 13XP5019F

https://doi.org/10.2314/KXP:1693468530
Strehle, Steffen
Funktionelle Nanosonden auf Basis halbleitender Nanodrähte und Nanoröhren für die intrazelluläre Sensorik und Rastersondenmikroskopie : Schlussbericht zum Forschungsvorhaben im Rahmen der Ausschreibung BMBF NanoMatFutur. - [Ilmenau] : [Technische Universität Ilmenau, Institut für Mikro- und Nanotechnologien MacroNano]. - 1 Online-Ressource (53 Seiten, 1,78 MB)Förderkennzeichen BMBF 13N12545

https://doi.org/10.2314/KXP:1693393662
Petrich, Rebecca; Bartsch, Heike; Tonisch, Katja; Jaekel, Konrad; Barth, Stephan; Bartzsch, Hagen R.; Glöß, Daniel; Delan, Annekatrin; Krischok, Stefan; Strehle, Steffen; Hoffmann, Martin; Müller, Jens
Investigation of ScAlN for piezoelectric and ferroelectric applications. - In: 2019 22nd European Microelectronics and Packaging Conference & Exhibition (EMPC), (2019), insges. 5 S.

https://doi.org/10.23919/EMPC44848.2019.8951824
Stehr, Uwe; Stegner, Johannes; Fischer, Michael; Gropp, Sebastian; Müller, Jens; Hoffmann, Martin; Hein, Matthias
Ganzheitliche Entwurfsmethodik für kompakte HF-MEMS-Oszillatoren auf einem SiCer-Verbundsubstrat. - In: MikroSystemTechnik Kongress 2019, (2019), S. 669-672

Weigel, Christoph; Hanitsch, Stefan; Dressler, Lothar; Hoffmann, Martin
Mikrofluidische In-plane-Kontaktierungskonzepte. - In: MikroSystemTechnik Kongress 2019, (2019), S. 549-552

Wedrich, Karin; Müller, Lutz; Magi, Andre; Biermann, Steffen; Koppert, Ralf; Hoffmann, Martin
Hochtemperatur-feste nanostrukturierte IR-Emitter. - In: MikroSystemTechnik Kongress 2019, (2019), S. 494-497

Wüster, Julian; Bourgin, Yannick; Feßer, Patrick; Si, Shuhao; Sinzinger, Stefan
Nanostrukturierte Beugungsgitter als angepasste integrierbare Polarisationsstrahlteiler. - In: MikroSystemTechnik Kongress 2019, (2019), S. 468-471

Thewes, Anna; Weigel, Christoph; Barowski, Jan Michael; Hoffmann, Martin
Optimierung eines Biegeplattenwellensensors für hohe Eindringtiefe und Sensitivität. - In: MikroSystemTechnik Kongress 2019, (2019), S. 448-451

Petrich, Rebecca; Bartsch, Heike; Tonisch, Katja; Jaekel, Konrad; Barth, Stephan; Bartzsch, Hagen R.; Glöß, Daniel; Delan, Annekatrin; Krischok, Stefan; Strehle, Steffen; Hoffmann, Martin; Müller, Jens
Untersuchung von ScAlN für piezoelektrische und ferroelektrische Anwendungen. - In: MikroSystemTechnik Kongress 2019, (2019), S. 412-416

Bohm, Sebastian; Dittrich, Lars; Runge, Erich
Modellierung, Fertigung und Erprobung einer neuartigen EWOD-betriebenen Mikropumpe. - In: MikroSystemTechnik Kongress 2019, (2019), S. 378-381

Weigel, Christoph; Sinzinger, Stefan; Strehle, Steffen; Hoffmann, Martin
Trockenchemisches Freistellen von Mikrostrukturen in der Glaskeramik Zerodur. - In: MikroSystemTechnik Kongress 2019, (2019), S. 154-157

Behroudj, Arezo; Geiger, Dorin; Strehle, Steffen
Epitaxial bottom-up growth of silicon nanowires on oxidized silicon by alloy-catalyzed gas-phase synthesis. - In: Nano letters, ISSN 1530-6992, Bd. 19 (2019), 11, S. 7895-7900

https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.9b02950
Beer, Daniel; Brocks, Tobias; Küller, Jan; Strehle, Steffen; Koch, Tilman
New potential for portable spatial audio with MEMS based speakers. - In: Audio for virtual, augmented and mixed realities, (2019), S. 93-97

There is a high demand for portable audio on the market. Hence, manufactures of headphones and hearing aids have to deal with miniaturization of electroacoustic transducers (micro speakers) but maintain sound quality and energy efficiency (battery life time) at the same time. Different techniques are known for downsizing transducers. A very successful method is provided by the semiconductor industry. The use of the so-called MEMS technology (Micro- Electro-Mechanical-System) has already led to great success in microelectronics and MEMS applications such as microphones and accelerometers. This success has triggered a high interest in implementing MEMS technology also for speaker manufacturing. Based on patents, the initial approaches of MEMS loudspeakers will be presented. An outlook of the arising new potentials for portable spatial audio with MEMS based speakers will be given.



https://doi.org/10.22032/dbt.39959
Stegner, Johannes; Gropp, Sebastian; Fischer, Michael; Stehr, Uwe; Hoffmann, Martin; Müller, Jens; Hein, Matthias
Cross-hierarchical design of compact RF-MEMS oscillator circuits on a silicon-ceramic composite substrate. - In: IFCS-EFTF 2019, (2019), insges. 4 S.

https://doi.org/10.1109/FCS.2019.8856111
Weigel, Christoph;
Fluorbasiertes Trockenätzen von Mikrostrukturen in Glas und Glaskeramik. - Ilmenau : Universitätsbibliothek, 2019. - 1 Online-Ressource (XII, 189 Seiten)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2019

Mit einem thermischen Ausdehnungskoeffizienten von nahe 0 im Temperaturbereich von 0 ... 50 &ring;C wird Zerodur vielfach für temperaturstabilisierte Systeme eingesetzt. Da es an Untersuchungen und Ergebnissen zu Batch-kompatiblen Mikrostrukturierungsverfahren mit hoher Genauigkeit fehlt, ist dessen Einsatz in der Mikrosystemtechnik bisher jedoch selten. Die Ursachen dafür liegen in den herausfordernden Materialeigenschaften. In dieser Arbeit wird ausgehend von Untersuchungen an herkömmlichen Gläsern das Plasmatiefenätzen der komplexen Glaskeramik Zerodur im Fluorplasma als massenmarkttaugliche Strukturierungsmöglichkeit untersucht. Herausfordernd ist dabei zum einen die komplexe chemische Zusammensetzung. So ist ein Großteil der Bestandteile im Fluorplasma nicht chemisch ätzbar. Weiterhin muss den thermischen Eigenschaften wie der Wärmeleitung und der thermischen Dehnung mehr Beachtung geschenkt werden, als dies z.B. für die Strukturierung von Silicium oder anderen herkömmlichen Gläsern der Fall ist. Für die Untersuchungen des Ätzverhaltens kommt ein induktiv-gekoppeltes Plasma (ICP-RIE) zum Einsatz. Wegen der hohen Plasmadichte bei gleichzeitig geringem Prozessdruck sind eine hohe Ätzrate und Anisotropie erreichbar. Das optimierte Ionen-induzierte Ätzen setzt aber Hartmasken voraus, die sowohl stabil gegenüber den thermischen und chemischen Belastungen als auch dem physikalischen Ionenbeschuss sind. Hierzu wurde eine geeignete Maskierungstechnik etabliert. Ausgehend von den erreichten Ergebnissen in Quarzglas wird der Einfluss der Materialkomplexität auf das Ätzergebnis untersucht. Dabei werden komplexe Borosilikatgläser mit unterschiedlichen Anteilen an nichtflüchtigen Reaktionsprodukten im Fluor-Plasma betrachtet. Der Einfluss der Materialkomplexität auf die Ätzrate, die Selektivität, die Rauheit des Ätzbodens und die Vertikalität der Seitenwände wird eingehend diskutiert. Diese Erkenntnisse dienen als Ausgangspunkt für die Untersuchungen der komplexen Glaskeramik Zerodur. In einer breiten Parameterstudie zeigt sich, dass mit der Wahl der Prozessparameter Einfluss auf die topografischen Kenngrößen der erzeugten Strukturen genommen werden kann. Hohe Ätzraten von mehr als 250 nm/min bei einer Selektivität von 6,4 und einem Flankenwinkel von 70,5&ring; werden mit den Ätzgasen SF6/CHF3 und SF6 erreicht. In der Anwendung der prozesstechnischen Erkenntnisse wird die Freistellung von mikromechanische Elementen demonstriert. Mit einem optimierten Prozess können Wafer mit einer Dicke von 150 [my]m vollständig durchgeätzt werden. Der dafür entwickelte zweiseitige Ätzprozess erlaubt ein hohes Aspektverhältnis trotz Flankenneigung. Die weiteren Herausforderungen an den Freistellungsprozess und die optimale Wahl der Prozessparameter werden eingehend diskutiert. Strukturuntersuchungen der tiefengeätzten und freigestellten Strukturen zeigen, dass nichtflüchtige Reaktionsprodukte aus Aluminium und Fluor den Strukturierungsprozess beeinflussen. Hier existieren Unterschiede zwischen dem Tiefenätzen und dem Freistellen, die mit einem entwickelten Erklärungsmodell beschrieben werden können, das auch auf andere komplexe Gläser und Glaskeramiken angewendet werden kann. Diese Arbeit leistet einen wichtigen Beitrag zur Batch-kompatiblen Strukturierung komplexer Gläser und Glaskeramiken in Fluorplasmen. Vor allem die Strukturierung von Zerodur hebt sich vom wissenschaftlichen Stand ab. Bislang konnte hierfür nur auf Literatur mit einem geringen Umfang an Ergebnissen zurückgegriffen werden.



https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2019000280
Stegner, Johannes; Fischer, Michael; Gropp, Sebastian; Stehr, Uwe; Hein, Matthias
MEMS-based RF oscillators using SiCer technology. - In: IEEE microwave magazine, Bd. 20 (2019), 10, S. 71-85

https://doi.org/10.1109/MMM.2019.2928678
Fischer, Michael; Gropp, Sebastian; Stegner, Johannes; Frank, Astrid; Hoffmann, Martin; Müller, Jens
Silicon-ceramic composite substrate. - In: IEEE microwave magazine, Bd. 20 (2019), 10, S. 28-43

https://doi.org/10.1109/MMM.2019.2928675
Weigel, Christoph; Sinzinger, Stefan; Hoffmann, Martin
Comparision of deep etched borosilicate glasses in a fluorine based plasma. - In: 2019 20th International Conference on Solid-State Sensors, Actuators and Microsystems & Eurosensors XXXIII (Transducers & Eurosensors XXXIII), (2019), S. 1678-1681

https://doi.org/10.1109/TRANSDUCERS.2019.8808269
Stegner, Johannes; Fischer, Michael; Gropp, Sebastian; Stehr, Uwe; Müller, Jens; Hoffmann, Martin; Hein, Matthias
Highly integrated RF-MEMS multi-frequency oscillator on a silicon-ceramic composite substrate. - In: 2019 IEEE MTT-S International Microwave Symposium (IMS), (2019), S. 782-785

https://ieeexplore.ieee.org/document/8700986
Mohr-Weidenfeller, Laura; Hofmann, Martin; Kirchner, Johannes; Supreeti, Shraddha; Rangelow, Ivo W.; Sinzinger, Stefan; Manske, Eberhard
Micro- and nanofabrication technologies using the nanopositioning and nanomeasuring machines. - In: Optical Measurement Systems for Industrial Inspection XI, (2019), S. 1105637-1-1105637-13

To keep up with Moore's law in future, the critical dimensions of device features must further decrease in size. Thus, the nano-electronics and nano-optics manufacturing is based on the ongoing development of the lithography and encompasses also some unconventional methods. In this context, we use the Nanopositioning and Nanomeasuring Machine (NPMM) to generate features in resist layers by means of Direct Laser Writing (DLW),1 Field Emission Scanning Probe Lithography (FE-SPL)2 and Soft UV-Nanoimprint Lithography (Soft UV-NIL)3 with highest accuracy. The NPMM was collaboratively developed by TU Ilmenau and SIOS Meßtechnik GmbH.4 The tool provides a large positioning volume of 25 mm × 25 mm × 5 mm with a positioning resolution of 0.1 nm and a repeatability of less than 0.3 nm over the full range. Previously a single electron transistor (SET) working at room temperature generated by FE-SPL has been demonstrated.5 However, the throughput is limited because of the serial writing scheme making Tennant's law (At R5 ) valid.6 Here, At is the areal throughput and R the lithographic resolution. Thus, patterning of the whole NPMM positioning area by FE-SPL is very time consuming. In order to address this problem, different strategies and/or combinations are conceivable. In this work a so-called Mix-and-Match lithography is conducted. A fast generation of structures in the sub-micron range is possible by means of DLW. By this, features such as electrical wires, contact patches for bonding or labels are generated in resist. Subsequently, we use FE-SPL in order to define the actual nano-scaled features for quantum or single electron devices. In combination, DLW and FE-SPL are maskless lithography strategies, hence, offering completely novel opportunities for rapid nanoscale prototyping of largescale resist patterns. An explanation of this technique is given in a previous publication.7 Furthermore, after reactive ion etching, the sample can be used as template for Soft UV-NIL, thus resulting in a high-throughput process chain for future quantum and/or single electron devices.



https://doi.org/10.1117/12.2528136
Supreeti, Shraddha; Kirchner, Johannes; Hofmann, Martin; Mastylo, Rostyslav; Rangelow, Ivo W.; Manske, Eberhard; Hoffmann, Martin; Sinzinger, Stefan
Integrated soft UV-nanoimprint lithography in a nanopositioning and nanomeasuring machine for accurate positioning of stamp to substrate. - In: Novel Patterning Technologies for Semiconductors, MEMS/NEMS, and MOEMS 2019, (2019), S. 1095819-1-1095819-7

https://doi.org/10.1117/12.2514832
Steinbach, Annina M.; Sandner, Tanja; Nilsen, Madeleine; Hua, Ximeng; Sivakumar, Ragul; Geiger, Dorin; Moeinnian, Ardeshir; Strehle, Steffen
The electronic properties of silicon nanowires during their dissolution under simulated physiological conditions. - In: Applied Sciences, ISSN 2076-3417, Bd. 9 (2019), 4, 804, S. 1-12

https://doi.org/10.3390/app9040804
Nilsen, Madeleine; Port, Fabian; Roos, Michael; Gottschalk, Kay-Eberhard; Strehle, Steffen
Facile modification of freestanding silicon nitride microcantilever beams by dry film photoresist lithography. - In: Journal of micromechanics and microengineering, ISSN 1361-6439, Bd. 29 (2019), 2, 025014, S. 1-11

https://doi.org/10.1088/1361-6439/aaf7e3
Moeinian, Ardeshir; Gür, Fatih N.; Gonzalez-Torres, Julio; Zhou, Linsen; Murugesan, Vignesh D.; Dashtestani, Ashkan Djaberi; Guo, Hua; Schmidt, Thorsten L.; Strehle, Steffen
Highly localized SERS measurements using single silicon nanowires decorated with DNA origami-based SERS probe. - In: Nano letters, ISSN 1530-6992, Bd. 19 (2019), 2, S. 1061-1066

https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.8b04355
Hoffmann, Martin; Krömker, Heidi; Klimsa, Paul
Vorhabenbezeichnung: "NanoTecLearn: E-Learning für die Aus- und Weiterbildung in der Mikro-Nano-Integration" : Schlussbericht : Laufzeit des Vorhabens: 01.11.2014-31.10.2017 : Berichtszeitraum: 01.11.2014-31.10.2017. - [Ilmenau] : Technische Universität Ilmenau. - 1 Online-Ressource (118 Seiten, 8,03 MB)Paralleltitel dem englischen Berichtsblatt entnommen

https://doi.org/10.2314/GBV:1663324352
Kreismann, Jakob; Behrens, Arne; Weigel, Christoph; Sinzinger, Stefan; Hentschel, Martina; Yang, Lan
Mesoscopic optics. - In: Mikro-Nano-Integration, (2018), S. 55-57

Stegner, Johannes; Gropp, Sebastian; Podoskon, Dmitry; Stehr, Uwe; Hoffmann, Martin; Hein, Matthias
An analytical formulation of the radio-frequency response of piezoelectric contour-mode MEMS resonators verified by measurements. - In: IFCS 2018, (2018), insges. 5 S.

https://doi.org/10.1109/FCS.2018.8597517
Günther-Müller, Sarah; Gropp, Sebastian; Hoffmann, Martin; D'heer, Herbert; Thourhout, Dries; Neft, Anna; Bartels, Frank; Gradkowski, Kamil; Carroll, Lee; O'Brien, Peter; Lerma-arce, Cristina; Watté, Jan
Electrowetting controlled non-volatile integrated optical switch. - In: 2018 European Conference on Optical Communication (ECOC), ISBN 978-1-5386-4862-9, (2018), insges. 3 S.

https://doi.org/10.1109/ECOC.2018.8535585
Hanitsch, Stefan; Plickett, Uwe; Hoffmann, Martin; Sinzinger, Stefan
MEMS needle electrode for impedance spectroscopy on cell spheroids. - In: Biomedical engineering, ISSN 1862-278X, Bd. 63 (2018), S1, Seite S333
Enthalten in: Poster Session

https://doi.org/10.1515/bmt-2018-6051
Günther-Müller, Sarah; Si, Shuhao; D'heer, Herbert; Van Thourhout, Dries; Hoffmann, Martin
FDTS as dewetting coating for an electrowetting controlled silicon photonic switch. - In: IEEE photonics technology letters, Bd. 30 (2018), 23, S. 2005-2008

https://doi.org/10.1109/LPT.2018.2874351
Stegner, Johannes; Fischer, Michael; Gropp, Sebastian; Stehr, Uwe; Müller, Jens; Hoffmann, Martin; Hein, Matthias
A multi-frequency MEMS-based RF oscillator covering the range from 11.7 MHz to 1.9 GHz. - In: Proceedings of the 2018 IEEE MTT-S International Microwave Symposium, ISBN 978-1-5386-5067-7, (2018), S. 575-578

https://doi.org/10.1109/MWSYM.2018.8439449
Si, Shuhao;
Soft UV nanoimprint lithography : concept, development, and fabrication of nanostructures with tunable feature sizes at constant pitch. - Ilmenau : Universitätsbibliothek, 2018. - 1 Online-Ressource (VIII, 120 Seiten, Seite CXXI-CXXXVII)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2018

Die vorliegende Dissertation beschäftigt sich mit der Weiterentwicklung der UV Nanoimprint-Lithographie (NIL) mit weichen Stempeln am Institut für Mikro- und Nanotechnologien (IMN) der Technischen Universität Ilmenau. Die Herstellung von periodischen Nanostrukturen mit einstellbaren Strukturgrößen auf großer Fläche und zu niedrigen Kosten sowie deren weiterführende Anwendungen werden untersucht. Allen hier vorgestellten Arbeiten liegt die UV-NIL mit weichen Stempeln bei Umgebungsatmosphäre zugrunde, bei welcher der eigentliche Abformvorgang von der Stempelmitte zum Rand fortschreitet (engl. center-to-edge). Die Vorteile von UV-NIL mit weichen Stempeln sind lange bekannt und haben eine hohe Aufmerksamkeit auf sich gezogen. Zweischichtige weiche Stempel mit einem weichen Polydimethylsiloxane (PDMS)-Träger und einer dünnen Strukturschicht, die aus unterschiedlichen und festeren Materialien bestehen kann, werden konfiguriert. Die zweischichtigen weichen Stempel wie PDMS/PDMS, PDMS/verdünntes PDMS, PDMS/X-PDMS, PDMS/vvsPDMS, PDMS/UV-PDMS, werden miteinander verglichen. Hohe Gleichmäßigkeit der Abformungen der PDMS/PDMS, PDMS/Toluen-verdünnten PDMS und PDMS/UV-PDMS Stempel wurden bei Umgebungsbedingungen für mindestens zwanzig aufeinanderfolgende Prozesse in Bezug auf die Wiederholbarkeit validiert. Basierend auf dem beschriebenen Abform-Regime, wird in dieser Arbeit eine Prozesskette zur Herstellung von Nanostrukturen mit einstellbaren Strukturgrößen und -formen (engl. NanoTuFe) realisiert. Eine Zwischenmaske mit positiven oder negativen Strukturen mit geneigten Seitenwänden wird eingeführt, um die Brücke zwischen ursprünglichem Master und den herzustellenden Strukturen zu schlagen. Unter Ausnutzung der geneigten Seitenwände der Strukturen auf der Zwischenschablone kann die Ätzmaske auf dem finalen Substrat durch Variation der Ätzdauer in sehr variable Dimensionen überführt werden. Zahlreiche NILMasken und -Substrate, die einstellbare Strukturgrößen verschiedener Layouts, Profile und Aspektverhältnisse aufweisen, wurden untersucht. - Es werden Neue NIL-Masken von kreisförmigen Nanosäulen mit Durchmessern von 150/200/250/350 nm und einem Aspektverhältnis unter 2 basierend auf einem Master mit 450 nm langen kreisförmigen Nanosäulen erzeugt. - Zusätzliche NIL-Masken mit quadratischen Nanokavitäten mit Strukturgrößen von 130/160/190/220 nm werden aus einem Master mit kreisförmigen Nanokavitäten von 350 nm Durchmesser hergestellt. - Durch die Einführung eines doppelschichtigen Lift-Off-Prozesses kann eine positive oder negative Abbildung der Strukturen erfolgen sowie die Layout- und Feature-Größe angepasst werden. NIL-Masken mit quadratischen Nanosäulen mit Abmessungen von 120/200/320 nm werden anhand eines Masters aus kreisförmigen Nanolöchern mit 350 nm Durchmesser demonstriert. Darüber hinaus können verschiedene Top-Down oder Bottom-Up Strukturierungstechniken in die NanoTuFe-Methode integriert werden. Die Vielseitigkeit von NanoTuFe zur Herstellung von Nanostrukturen mit großem Aspektverhältnis (Strukturgrößen von 70 nm bis 400 nm, Ätztiefe von 4-7 mm) für hoch emittierende Siliziumoberflächen in kreisförmigen und quadratischen Layouts wird demonstriert. Das Konzept der Verwendung von NIL auf gekrümmte Oberflächen (konvex-plane refraktive Linse) wurde ebenfalls bewiesen. Die Herstellung und Replikation von Nanostrukturen ist im Allgemeinen kostenintensiv, insbesondere für große Flächen und bei hoher Auflösung. Die NanoTuFe-Methode ermöglicht die schnelle Realisierung großflächiger Nanostrukturen mit einstellbaren Abmessungen und Formen (Kreise, Rechtecke, Säulen, Kegel, Pyramiden) bei potenziell geringen Kosten, was einer der wesentlichen Beiträge dieser Arbeit ist.



http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2018000239
Weigel, Christoph; Sinzinger, Stefan; Hoffmann, Martin
Deep etched and released microstructures in Zerodur in a fluorine-based plasma. - In: Microelectronic engineering, Bd. 198 (2018), S. 78-84

https://doi.org/10.1016/j.mee.2018.07.004
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.



Stegner, Johannes; Gropp, Sebastian; Podoskin, Dmitry; Stehr, Uwe; Hoffmann, Martin; Hein, Matthias
An analytical temperature-dependent design model for contour-mode MEMS resonators and oscillators verified by measurements. - In: Sensors, ISSN 1424-8220, Bd. 18 (2018), 7, 2159, insges. 21 S.

https://doi.org/10.3390/s18072159
Weigel, Christoph; Grewe, Adrian; Sinzinger, Stefan; Hoffmann, Martin
A microoptical sidestream cuvette based on fast passive gas exchange for capnography. - In: Sensors and actuators, ISSN 1873-3069, Bd. 276 (2018), S. 68-75

https://doi.org/10.1016/j.sna.2018.04.022
Bichra, Mohamed; Meinecke, Thomas; Feßer, Patrick; Müller, Lutz; Hoffmann, Martin; Sinzinger, Stefan
Freeform characterization based on nanostructured diffraction gratings. - In: Applied optics, ISSN 2155-3165, Bd. 57 (2018), 14, S. 3808-3816

https://doi.org/10.1364/AO.57.003808
Stehr, Uwe; Stegner, Johannes; Fischer, Michael; Gropp, Sebastian; Müller, Jens; Hoffmann, Martin; Hein, Matthias
Multiphysical design of compact RF modules on a silicon-ceramics substrate. - In: Riding the green waves, (2018), S. 75-78

https://doi.org/10.23919/GEMIC.2018.8335032
Stegner, Johannes; Fischer, Michael; Gropp, Sebastian; Stehr, Uwe; Müller, Jens; Hoffmann, Martin; Hein, Matthias
Design and implementation of a MEMS-based RF oscillator on a unique silicon-ceramic composite substrate. - In: Riding the green waves, (2018), S. 71-74

https://doi.org/10.23919/GEMIC.2018.8335031
Endr&dblac;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
Weigel, Christoph; Schulze, Marcel; Gargouri, Hassan; Hoffmann, Martin
Deep etching of Zerodur glass ceramics in a fluorine-based plasma. - In: Microelectronic engineering, Bd. 185/186 (2018), S. 71-80

https://doi.org/10.1016/j.mee.2017.10.013
Hoffmann, Martin; Krömker, Heidi; Klimsa, Paul
Vorhabenbezeichnung: "NanoTecLearn: E-Learning für die Aus- und Weiterbildung in der Mikro-Nano-Integration" : Schlussbericht : Laufzeit des Vorhabens: 01.11.2014-31.10.2017 : Berichtszeitraum: 01.11.2014-31.10.2017. - [Ilmenau] : Technische Universität Ilmenau. - 1 Online-Ressource (118 Seiten, 8,03 MB)Paralleltitel dem englischen Berichtsblatt entnommen

https://doi.org/10.2314/GBV:1663324352
Kreismann, Jakob; Behrens, Arne; Weigel, Christoph; Sinzinger, Stefan; Hentschel, Martina; Yang, Lan
Mesoscopic optics. - In: Mikro-Nano-Integration, (2018), S. 55-57

Stegner, Johannes; Gropp, Sebastian; Podoskon, Dmitry; Stehr, Uwe; Hoffmann, Martin; Hein, Matthias
An analytical formulation of the radio-frequency response of piezoelectric contour-mode MEMS resonators verified by measurements. - In: IFCS 2018, (2018), insges. 5 S.

https://doi.org/10.1109/FCS.2018.8597517
Günther-Müller, Sarah; Gropp, Sebastian; Hoffmann, Martin; D'heer, Herbert; Thourhout, Dries; Neft, Anna; Bartels, Frank; Gradkowski, Kamil; Carroll, Lee; O'Brien, Peter; Lerma-arce, Cristina; Watté, Jan
Electrowetting controlled non-volatile integrated optical switch. - In: 2018 European Conference on Optical Communication (ECOC), ISBN 978-1-5386-4862-9, (2018), insges. 3 S.

https://doi.org/10.1109/ECOC.2018.8535585
Hanitsch, Stefan; Plickett, Uwe; Hoffmann, Martin; Sinzinger, Stefan
MEMS needle electrode for impedance spectroscopy on cell spheroids. - In: Biomedical engineering, ISSN 1862-278X, Bd. 63 (2018), S1, Seite S333
Enthalten in: Poster Session

https://doi.org/10.1515/bmt-2018-6051
Günther-Müller, Sarah; Si, Shuhao; D'heer, Herbert; Van Thourhout, Dries; Hoffmann, Martin
FDTS as dewetting coating for an electrowetting controlled silicon photonic switch. - In: IEEE photonics technology letters, Bd. 30 (2018), 23, S. 2005-2008

https://doi.org/10.1109/LPT.2018.2874351
Stegner, Johannes; Fischer, Michael; Gropp, Sebastian; Stehr, Uwe; Müller, Jens; Hoffmann, Martin; Hein, Matthias
A multi-frequency MEMS-based RF oscillator covering the range from 11.7 MHz to 1.9 GHz. - In: Proceedings of the 2018 IEEE MTT-S International Microwave Symposium, ISBN 978-1-5386-5067-7, (2018), S. 575-578

https://doi.org/10.1109/MWSYM.2018.8439449
Si, Shuhao;
Soft UV nanoimprint lithography : concept, development, and fabrication of nanostructures with tunable feature sizes at constant pitch. - Ilmenau : Universitätsbibliothek, 2018. - 1 Online-Ressource (VIII, 120 Seiten, Seite CXXI-CXXXVII)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2018

Die vorliegende Dissertation beschäftigt sich mit der Weiterentwicklung der UV Nanoimprint-Lithographie (NIL) mit weichen Stempeln am Institut für Mikro- und Nanotechnologien (IMN) der Technischen Universität Ilmenau. Die Herstellung von periodischen Nanostrukturen mit einstellbaren Strukturgrößen auf großer Fläche und zu niedrigen Kosten sowie deren weiterführende Anwendungen werden untersucht. Allen hier vorgestellten Arbeiten liegt die UV-NIL mit weichen Stempeln bei Umgebungsatmosphäre zugrunde, bei welcher der eigentliche Abformvorgang von der Stempelmitte zum Rand fortschreitet (engl. center-to-edge). Die Vorteile von UV-NIL mit weichen Stempeln sind lange bekannt und haben eine hohe Aufmerksamkeit auf sich gezogen. Zweischichtige weiche Stempel mit einem weichen Polydimethylsiloxane (PDMS)-Träger und einer dünnen Strukturschicht, die aus unterschiedlichen und festeren Materialien bestehen kann, werden konfiguriert. Die zweischichtigen weichen Stempel wie PDMS/PDMS, PDMS/verdünntes PDMS, PDMS/X-PDMS, PDMS/vvsPDMS, PDMS/UV-PDMS, werden miteinander verglichen. Hohe Gleichmäßigkeit der Abformungen der PDMS/PDMS, PDMS/Toluen-verdünnten PDMS und PDMS/UV-PDMS Stempel wurden bei Umgebungsbedingungen für mindestens zwanzig aufeinanderfolgende Prozesse in Bezug auf die Wiederholbarkeit validiert. Basierend auf dem beschriebenen Abform-Regime, wird in dieser Arbeit eine Prozesskette zur Herstellung von Nanostrukturen mit einstellbaren Strukturgrößen und -formen (engl. NanoTuFe) realisiert. Eine Zwischenmaske mit positiven oder negativen Strukturen mit geneigten Seitenwänden wird eingeführt, um die Brücke zwischen ursprünglichem Master und den herzustellenden Strukturen zu schlagen. Unter Ausnutzung der geneigten Seitenwände der Strukturen auf der Zwischenschablone kann die Ätzmaske auf dem finalen Substrat durch Variation der Ätzdauer in sehr variable Dimensionen überführt werden. Zahlreiche NILMasken und -Substrate, die einstellbare Strukturgrößen verschiedener Layouts, Profile und Aspektverhältnisse aufweisen, wurden untersucht. - Es werden Neue NIL-Masken von kreisförmigen Nanosäulen mit Durchmessern von 150/200/250/350 nm und einem Aspektverhältnis unter 2 basierend auf einem Master mit 450 nm langen kreisförmigen Nanosäulen erzeugt. - Zusätzliche NIL-Masken mit quadratischen Nanokavitäten mit Strukturgrößen von 130/160/190/220 nm werden aus einem Master mit kreisförmigen Nanokavitäten von 350 nm Durchmesser hergestellt. - Durch die Einführung eines doppelschichtigen Lift-Off-Prozesses kann eine positive oder negative Abbildung der Strukturen erfolgen sowie die Layout- und Feature-Größe angepasst werden. NIL-Masken mit quadratischen Nanosäulen mit Abmessungen von 120/200/320 nm werden anhand eines Masters aus kreisförmigen Nanolöchern mit 350 nm Durchmesser demonstriert. Darüber hinaus können verschiedene Top-Down oder Bottom-Up Strukturierungstechniken in die NanoTuFe-Methode integriert werden. Die Vielseitigkeit von NanoTuFe zur Herstellung von Nanostrukturen mit großem Aspektverhältnis (Strukturgrößen von 70 nm bis 400 nm, Ätztiefe von 4-7 mm) für hoch emittierende Siliziumoberflächen in kreisförmigen und quadratischen Layouts wird demonstriert. Das Konzept der Verwendung von NIL auf gekrümmte Oberflächen (konvex-plane refraktive Linse) wurde ebenfalls bewiesen. Die Herstellung und Replikation von Nanostrukturen ist im Allgemeinen kostenintensiv, insbesondere für große Flächen und bei hoher Auflösung. Die NanoTuFe-Methode ermöglicht die schnelle Realisierung großflächiger Nanostrukturen mit einstellbaren Abmessungen und Formen (Kreise, Rechtecke, Säulen, Kegel, Pyramiden) bei potenziell geringen Kosten, was einer der wesentlichen Beiträge dieser Arbeit ist.



http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2018000239
Weigel, Christoph; Sinzinger, Stefan; Hoffmann, Martin
Deep etched and released microstructures in Zerodur in a fluorine-based plasma. - In: Microelectronic engineering, Bd. 198 (2018), S. 78-84

https://doi.org/10.1016/j.mee.2018.07.004
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.



Stegner, Johannes; Gropp, Sebastian; Podoskin, Dmitry; Stehr, Uwe; Hoffmann, Martin; Hein, Matthias
An analytical temperature-dependent design model for contour-mode MEMS resonators and oscillators verified by measurements. - In: Sensors, ISSN 1424-8220, Bd. 18 (2018), 7, 2159, insges. 21 S.

https://doi.org/10.3390/s18072159
Weigel, Christoph; Grewe, Adrian; Sinzinger, Stefan; Hoffmann, Martin
A microoptical sidestream cuvette based on fast passive gas exchange for capnography. - In: Sensors and actuators, ISSN 1873-3069, Bd. 276 (2018), S. 68-75

https://doi.org/10.1016/j.sna.2018.04.022
Bichra, Mohamed; Meinecke, Thomas; Feßer, Patrick; Müller, Lutz; Hoffmann, Martin; Sinzinger, Stefan
Freeform characterization based on nanostructured diffraction gratings. - In: Applied optics, ISSN 2155-3165, Bd. 57 (2018), 14, S. 3808-3816

https://doi.org/10.1364/AO.57.003808
Stehr, Uwe; Stegner, Johannes; Fischer, Michael; Gropp, Sebastian; Müller, Jens; Hoffmann, Martin; Hein, Matthias
Multiphysical design of compact RF modules on a silicon-ceramics substrate. - In: Riding the green waves, (2018), S. 75-78

https://doi.org/10.23919/GEMIC.2018.8335032
Stegner, Johannes; Fischer, Michael; Gropp, Sebastian; Stehr, Uwe; Müller, Jens; Hoffmann, Martin; Hein, Matthias
Design and implementation of a MEMS-based RF oscillator on a unique silicon-ceramic composite substrate. - In: Riding the green waves, (2018), S. 71-74

https://doi.org/10.23919/GEMIC.2018.8335031
Endr&dblac;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
Weigel, Christoph; Schulze, Marcel; Gargouri, Hassan; Hoffmann, Martin
Deep etching of Zerodur glass ceramics in a fluorine-based plasma. - In: Microelectronic engineering, Bd. 185/186 (2018), S. 71-80

https://doi.org/10.1016/j.mee.2017.10.013
Hoffmann, Martin; Krömker, Heidi; Klimsa, Paul
Vorhabenbezeichnung: "NanoTecLearn: E-Learning für die Aus- und Weiterbildung in der Mikro-Nano-Integration" : Schlussbericht : Laufzeit des Vorhabens: 01.11.2014-31.10.2017 : Berichtszeitraum: 01.11.2014-31.10.2017. - [Ilmenau] : Technische Universität Ilmenau. - 1 Online-Ressource (118 Seiten, 8,03 MB)Paralleltitel dem englischen Berichtsblatt entnommen

https://doi.org/10.2314/GBV:1663324352
Kreismann, Jakob; Behrens, Arne; Weigel, Christoph; Sinzinger, Stefan; Hentschel, Martina; Yang, Lan
Mesoscopic optics. - In: Mikro-Nano-Integration, (2018), S. 55-57

Stegner, Johannes; Gropp, Sebastian; Podoskon, Dmitry; Stehr, Uwe; Hoffmann, Martin; Hein, Matthias
An analytical formulation of the radio-frequency response of piezoelectric contour-mode MEMS resonators verified by measurements. - In: IFCS 2018, (2018), insges. 5 S.

https://doi.org/10.1109/FCS.2018.8597517
Günther-Müller, Sarah; Gropp, Sebastian; Hoffmann, Martin; D'heer, Herbert; Thourhout, Dries; Neft, Anna; Bartels, Frank; Gradkowski, Kamil; Carroll, Lee; O'Brien, Peter; Lerma-arce, Cristina; Watté, Jan
Electrowetting controlled non-volatile integrated optical switch. - In: 2018 European Conference on Optical Communication (ECOC), ISBN 978-1-5386-4862-9, (2018), insges. 3 S.

https://doi.org/10.1109/ECOC.2018.8535585
Hanitsch, Stefan; Plickett, Uwe; Hoffmann, Martin; Sinzinger, Stefan
MEMS needle electrode for impedance spectroscopy on cell spheroids. - In: Biomedical engineering, ISSN 1862-278X, Bd. 63 (2018), S1, Seite S333
Enthalten in: Poster Session

https://doi.org/10.1515/bmt-2018-6051
Günther-Müller, Sarah; Si, Shuhao; D'heer, Herbert; Van Thourhout, Dries; Hoffmann, Martin
FDTS as dewetting coating for an electrowetting controlled silicon photonic switch. - In: IEEE photonics technology letters, Bd. 30 (2018), 23, S. 2005-2008

https://doi.org/10.1109/LPT.2018.2874351
Stegner, Johannes; Fischer, Michael; Gropp, Sebastian; Stehr, Uwe; Müller, Jens; Hoffmann, Martin; Hein, Matthias
A multi-frequency MEMS-based RF oscillator covering the range from 11.7 MHz to 1.9 GHz. - In: Proceedings of the 2018 IEEE MTT-S International Microwave Symposium, ISBN 978-1-5386-5067-7, (2018), S. 575-578

https://doi.org/10.1109/MWSYM.2018.8439449
Si, Shuhao;
Soft UV nanoimprint lithography : concept, development, and fabrication of nanostructures with tunable feature sizes at constant pitch. - Ilmenau : Universitätsbibliothek, 2018. - 1 Online-Ressource (VIII, 120 Seiten, Seite CXXI-CXXXVII)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2018

Die vorliegende Dissertation beschäftigt sich mit der Weiterentwicklung der UV Nanoimprint-Lithographie (NIL) mit weichen Stempeln am Institut für Mikro- und Nanotechnologien (IMN) der Technischen Universität Ilmenau. Die Herstellung von periodischen Nanostrukturen mit einstellbaren Strukturgrößen auf großer Fläche und zu niedrigen Kosten sowie deren weiterführende Anwendungen werden untersucht. Allen hier vorgestellten Arbeiten liegt die UV-NIL mit weichen Stempeln bei Umgebungsatmosphäre zugrunde, bei welcher der eigentliche Abformvorgang von der Stempelmitte zum Rand fortschreitet (engl. center-to-edge). Die Vorteile von UV-NIL mit weichen Stempeln sind lange bekannt und haben eine hohe Aufmerksamkeit auf sich gezogen. Zweischichtige weiche Stempel mit einem weichen Polydimethylsiloxane (PDMS)-Träger und einer dünnen Strukturschicht, die aus unterschiedlichen und festeren Materialien bestehen kann, werden konfiguriert. Die zweischichtigen weichen Stempel wie PDMS/PDMS, PDMS/verdünntes PDMS, PDMS/X-PDMS, PDMS/vvsPDMS, PDMS/UV-PDMS, werden miteinander verglichen. Hohe Gleichmäßigkeit der Abformungen der PDMS/PDMS, PDMS/Toluen-verdünnten PDMS und PDMS/UV-PDMS Stempel wurden bei Umgebungsbedingungen für mindestens zwanzig aufeinanderfolgende Prozesse in Bezug auf die Wiederholbarkeit validiert. Basierend auf dem beschriebenen Abform-Regime, wird in dieser Arbeit eine Prozesskette zur Herstellung von Nanostrukturen mit einstellbaren Strukturgrößen und -formen (engl. NanoTuFe) realisiert. Eine Zwischenmaske mit positiven oder negativen Strukturen mit geneigten Seitenwänden wird eingeführt, um die Brücke zwischen ursprünglichem Master und den herzustellenden Strukturen zu schlagen. Unter Ausnutzung der geneigten Seitenwände der Strukturen auf der Zwischenschablone kann die Ätzmaske auf dem finalen Substrat durch Variation der Ätzdauer in sehr variable Dimensionen überführt werden. Zahlreiche NILMasken und -Substrate, die einstellbare Strukturgrößen verschiedener Layouts, Profile und Aspektverhältnisse aufweisen, wurden untersucht. - Es werden Neue NIL-Masken von kreisförmigen Nanosäulen mit Durchmessern von 150/200/250/350 nm und einem Aspektverhältnis unter 2 basierend auf einem Master mit 450 nm langen kreisförmigen Nanosäulen erzeugt. - Zusätzliche NIL-Masken mit quadratischen Nanokavitäten mit Strukturgrößen von 130/160/190/220 nm werden aus einem Master mit kreisförmigen Nanokavitäten von 350 nm Durchmesser hergestellt. - Durch die Einführung eines doppelschichtigen Lift-Off-Prozesses kann eine positive oder negative Abbildung der Strukturen erfolgen sowie die Layout- und Feature-Größe angepasst werden. NIL-Masken mit quadratischen Nanosäulen mit Abmessungen von 120/200/320 nm werden anhand eines Masters aus kreisförmigen Nanolöchern mit 350 nm Durchmesser demonstriert. Darüber hinaus können verschiedene Top-Down oder Bottom-Up Strukturierungstechniken in die NanoTuFe-Methode integriert werden. Die Vielseitigkeit von NanoTuFe zur Herstellung von Nanostrukturen mit großem Aspektverhältnis (Strukturgrößen von 70 nm bis 400 nm, Ätztiefe von 4-7 mm) für hoch emittierende Siliziumoberflächen in kreisförmigen und quadratischen Layouts wird demonstriert. Das Konzept der Verwendung von NIL auf gekrümmte Oberflächen (konvex-plane refraktive Linse) wurde ebenfalls bewiesen. Die Herstellung und Replikation von Nanostrukturen ist im Allgemeinen kostenintensiv, insbesondere für große Flächen und bei hoher Auflösung. Die NanoTuFe-Methode ermöglicht die schnelle Realisierung großflächiger Nanostrukturen mit einstellbaren Abmessungen und Formen (Kreise, Rechtecke, Säulen, Kegel, Pyramiden) bei potenziell geringen Kosten, was einer der wesentlichen Beiträge dieser Arbeit ist.



http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2018000239
Weigel, Christoph; Sinzinger, Stefan; Hoffmann, Martin
Deep etched and released microstructures in Zerodur in a fluorine-based plasma. - In: Microelectronic engineering, Bd. 198 (2018), S. 78-84

https://doi.org/10.1016/j.mee.2018.07.004
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.



Stegner, Johannes; Gropp, Sebastian; Podoskin, Dmitry; Stehr, Uwe; Hoffmann, Martin; Hein, Matthias
An analytical temperature-dependent design model for contour-mode MEMS resonators and oscillators verified by measurements. - In: Sensors, ISSN 1424-8220, Bd. 18 (2018), 7, 2159, insges. 21 S.

https://doi.org/10.3390/s18072159
Weigel, Christoph; Grewe, Adrian; Sinzinger, Stefan; Hoffmann, Martin
A microoptical sidestream cuvette based on fast passive gas exchange for capnography. - In: Sensors and actuators, ISSN 1873-3069, Bd. 276 (2018), S. 68-75

https://doi.org/10.1016/j.sna.2018.04.022
Bichra, Mohamed; Meinecke, Thomas; Feßer, Patrick; Müller, Lutz; Hoffmann, Martin; Sinzinger, Stefan
Freeform characterization based on nanostructured diffraction gratings. - In: Applied optics, ISSN 2155-3165, Bd. 57 (2018), 14, S. 3808-3816

https://doi.org/10.1364/AO.57.003808
Stehr, Uwe; Stegner, Johannes; Fischer, Michael; Gropp, Sebastian; Müller, Jens; Hoffmann, Martin; Hein, Matthias
Multiphysical design of compact RF modules on a silicon-ceramics substrate. - In: Riding the green waves, (2018), S. 75-78

https://doi.org/10.23919/GEMIC.2018.8335032
Stegner, Johannes; Fischer, Michael; Gropp, Sebastian; Stehr, Uwe; Müller, Jens; Hoffmann, Martin; Hein, Matthias
Design and implementation of a MEMS-based RF oscillator on a unique silicon-ceramic composite substrate. - In: Riding the green waves, (2018), S. 71-74

https://doi.org/10.23919/GEMIC.2018.8335031
Endr&dblac;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
Weigel, Christoph; Schulze, Marcel; Gargouri, Hassan; Hoffmann, Martin
Deep etching of Zerodur glass ceramics in a fluorine-based plasma. - In: Microelectronic engineering, Bd. 185/186 (2018), S. 71-80

https://doi.org/10.1016/j.mee.2017.10.013
Bohm, Sebastian; Goj, Boris; Dittrich, Lars; Dressler, Lothar; Hoffmann, Martin
Material dependence of the contact behavior of oscillating microprobes - modeling and experimental evidence. - In: Journal of micro and nano-manufacturing, ISSN 2166-0476, Bd. 5 (2017), 2, S. 021002, insges. 11 S.

https://doi.org/10.1115/1.4035619
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
Behlert, Regine; Gehring, Matthias; Mehner, Hannes; Wieland, Robert; Schrag, Gabriele
Design, modeling, and characterization of a bionically inspired integrated micro-flapper for cooling and venting applications. - In: Proceedings, ISSN 2504-3900, Volume 1 (2017), issue 4, 372, Seite 1-5

https://doi.org/10.3390/proceedings1040372
Hanitsch, Stefan; Hoffmann, Martin
Active pore for sensor protection : a PNIPAM based micro valve in LTCC. - In: IEEE SENSORS 2017, ISBN 978-1-5090-1012-7, (2017), insges. 3 S.

https://doi.org/10.1109/ICSENS.2017.8234338
Wedrich, Karin; Mehner, Hannes; Hoffmann, Martin
Numerical model of a passive microsystem detecting and saving independent acceleration shocks. - In: 28th Micromechanics and Microsystems Europe Workshop, (2017), 012008, insges. 6 S.

https://doi.org/10.1088/1742-6596/922/1/012008
Schmitt, Philip; Wedrich, Karin; Müller, Lutz; Mehner, Hannes; Hoffmann, Martin
Design, fabrication and characterisation of a microfluidic time-temperature indicator. - In: 28th Micromechanics and Microsystems Europe Workshop, (2017), 012004, insges. 6 S.

https://doi.org/10.1088/1742-6596/922/1/012004
Gropp, Sebastian; Stegner, Johannes; Stehr, Uwe; Fischer, Michael; Müller, Jens; Hein, Matthias; Hoffmann, Martin
Silicium-Keramik-Verbundsubstrat für einen HF-MEMS-Oszillator. - In: MikroSystemTechnik Kongress 2017 "MEMS, Mikroelektronik, Systeme", (2017), S. 704-707

Si, Shuhuao; Dittrich, Lars; Weigel, Christoph; Hoffmann, Martin
Verkleinerung periodischer Nanostrukturen für NIL-Master mit einstellbaren Strukturdimensionen. - In: MikroSystemTechnik Kongress 2017 "MEMS, Mikroelektronik, Systeme", (2017), S. 684-687

Weigel, Christoph; Hoffmann, Martin Ulrich; Schönefeld, Wolfgang
Fluor-basiertes Plasmatiefenätzen von Zerodur für mikrotechnische Anwendungen. - In: MikroSystemTechnik Kongress 2017 "MEMS, Mikroelektronik, Systeme", (2017), S. 662-665

Schmitt, Philip; Wedrich, Karin; Hoffmann, Martin
Autonomer Temperatur-Zeit-Integrator. - In: MikroSystemTechnik Kongress 2017 "MEMS, Mikroelektronik, Systeme", (2017), S. 574-577

Bichra, Mohamed; Müller, Lutz; Feßer, Patrick; Hoffmann, Martin; Sinzinger, Stefan
Nanostrukturierte Beugungsgitter für integrierte Metrologie. - In: MikroSystemTechnik Kongress 2017 "MEMS, Mikroelektronik, Systeme", (2017), S. 548-551

Bohm, Sebastian; Goj, Boris; Dittrich, Lars; Dressler, Lothar; Hoffmann, Martin
Modellierung des Kontaktverhaltens oszillierender Mikrotastsysteme. - In: MikroSystemTechnik Kongress 2017 "MEMS, Mikroelektronik, Systeme", (2017), S. 476-479

Goj, Boris; Bohm, Sebastian; Dittrich, Lars; Dressler, Lothar; Kühnel, Michael; Fröhlich, Thomas; Hoffmann, Martin
MEMS-basiertes Tensiometer zur Messung der Oberflächenspannung. - In: MikroSystemTechnik Kongress 2017 "MEMS, Mikroelektronik, Systeme", (2017), S. 472-475

Mehner, Hannes; Schmitt, Philip; Hoffmann, Martin Ulrich
Passiver mechanischer 2-Bit-Zähler zur Erfassung und Speicherung von Grenzwertüberschreitungen. - In: MikroSystemTechnik Kongress 2017 "MEMS, Mikroelektronik, Systeme", (2017), S. 348-351

Günther-Müller, Sarah; Endrödy, Csaba; Si, Shuhuao; Gropp, Sebastian; Weinberger, Stefan; Claes, Roland; Justo, Yolanda; D'heer, Herbert; Van Thourhout, Dries; Neft, Anna; Hoffmann, Martin
EWOD System für optische Schalter. - In: MikroSystemTechnik Kongress 2017 "MEMS, Mikroelektronik, Systeme", (2017), S. 246-249

Behlert, Regine; Gehring, Matthias; Mehner, Hannes; Wieland, Robert; Schrag, Gabriele
Entwicklung eines bionisch inspirierten, mikro-mechanischen Biegewandlers für effizienten fluidischen Massentransport. - In: MikroSystemTechnik Kongress 2017 "MEMS, Mikroelektronik, Systeme", (2017), S. 207-210

Müller, Lutz; Hoffmann, Martin; Maier, Konrad; Helwig, Andreas
Katalytische Silicium-Platin-Nanostrukturen für Niedertemperatur MEMS Wasserstoffsensoren. - In: MikroSystemTechnik Kongress 2017 "MEMS, Mikroelektronik, Systeme", (2017), S. 199-202

Leopold, Steffen; Hoffmann, Martin
Rotationsaktorik für durchstimmbare Mikroprismen durch die thermomechanische Modulation der remanenten Spannung in Aluminiumnitrid Balken. - In: MikroSystemTechnik Kongress 2017 "MEMS, Mikroelektronik, Systeme", (2017), S. 139-142

Müller, Lutz; Mehner, Hannes; Hoffmann, Martin
MEMS Feldionisation-Gassensor auf Basis von Palladium-Nanostrukturen. - In: MikroSystemTechnik Kongress 2017 "MEMS, Mikroelektronik, Systeme", (2017), S. 101-104

Wedrich, Karin; Mehner, Hannes; Hoffmann, Martin
Passiver Schock-Maximalwertsensor. - In: MikroSystemTechnik Kongress 2017 "MEMS, Mikroelektronik, Systeme", (2017), S. 34-37

Fischer, Robert; Stubenrauch, Mike; Straube, Anja; Wedrich, Karin; Goj, Boris; Bartsch, Heike; Bichra, Mohamed; Rothe, Holger; Witte, Hartmut
System for automated cell cultivation and analysis. - In: Engineering for a changing world, (2017), insges. 2 S.

http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2017iwk-109:7
Bichra, Mohamed; Meinecke, Thomas; Müller, Lutz; Feßer, Patrick; Hoffmann, Martin; Sinzinger, Stefan
Innovative freeform measurement method using two dimensional binary diffractive grating based on nanostructured silicon. - In: Engineering for a changing world, (2017), insges. 7 S.

http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2017iwk-088:9
Lu, Pai; Müller, Lutz; Hoffmann, Martin; Chen, Xuyuan
Taper silicon nano-scaffold regulated compact integration of 1D nanocarbons for improved on-chip supercapacitor. - In: Nano energy, ISSN 2211-2855, Bd. 41 (2017), S. 618-625

https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2017.10.019
Leopold, Steffen; Pätz, Daniel; Sinzinger, Stefan; Hoffmann, Martin
Stress-modulated tilt actuator for tunable optical prisms. - In: Sensors and actuators. Physical. - Amsterdam [u.a.] : Elsevier Science, 1990- , ISSN: 1873-3069 , ZDB-ID: 1500729-7, ISSN 1873-3069, Bd. 266 (2017), S. 328-337

A tunable optical prism MOEMS based on the deformation of a liquid droplet is presented. An aluminum-nitride membrane is tilted by a novel type of thermo-mechanical actuator. The actuation principle is based on a thermo-mechanical modulation of the intrinsic stress in aluminum-nitride beams. Based on an analytical model, the key parameters of the actuator are optimized. Furthermore, the influence of the intrinsic stress on the actuator properties is investigated. These dependencies and the model are verified by mechanical characterization of samples. Operation in air and with ambient fluid has been confirmed. An image shift of 30 mm is found in a microscopic setup which corresponds to 19 % of the field of view.



https://doi.org/10.1016/j.sna.2017.09.021
Krömker, Heidi; Hoffmann, Martin; Huntemann, Nadja
Wissensstrukturierung für das Lernen in den Ingenieurwissenschaften. - In: Technische Bildung im Spannungsfeld zwischen beruflicher und akademischer Bildung, (2017), S. 101-108

https://doi.org/10.15480/882.1394
Lu, Pai; Halvorsen, Einar; Ohlckers, Per; Müller, Lutz; Leopold, Steffen; Hoffmann, Martin; Grigoras, Kestutis; Ahopelto, Jouni; Prunnila, Mika; Chen, Xuyuan
Ternary composite Si/TiN/MnO2 taper nanorod array for on-chip supercapacitor. - In: Electrochimica acta, ISSN 1873-3859, Bd. 248 (2017), S. 397-408
Im Titel ist "2" tiefgestellt

https://doi.org/10.1016/j.electacta.2017.07.162
Stubenrauch, Mike; Fischer, Robert; Hoffmann, Martin; Müller, Jens; Sinzinger, Stefan; Liefeith, Klaus; Witte, Hartmut
System for automated cell cultivation and analysis. - In: Biomedical engineering, ISSN 1862-278X, Bd. 62 (2017), S1, Seite S8
Enthalten in: Session 2: Cells, materials and biochemistry I

https://doi.org/10.1515/bmt-2017-5001
Si, Shuhao; Dittrich, Lars; Hoffmann, Martin
The NanoTuFe - fabrication of large area periodic nanopatterns with tunable feature sizes at low cost. - In: Microelectronic engineering, Bd. 180 (2017), S. 71-80

https://doi.org/10.1016/j.mee.2017.06.002
Lu, Pai; Du, Kang; Ohlckers, Per; Halvorsen, Einar; Müller, Lutz; Leopold, Steffen; Hoffmann, Martin; Grigoras, Kestutis; Ahopelto, Jouni; Prunnila, Mika; Chen, Xuyuan
Silicon grass based nano functional electrodes for MEMS supercapacitors of improved energy density. - In: Transducers'17, Kaohsiung, ISBN 978-1-5386-2732-7, (2017), S. 1828-1831

https://doi.org/10.1109/TRANSDUCERS.2017.7994425
Günther-Müller, Sarah; Endrödy, Csaba; Si, Shuhao; Weinberger, Stefan; Claes, Roland; Justo, Yolanda; D'heer, Herbert; Neft, A.; Hoffmann, Martin
EWOD system designed for optical switching. - In: MEMS 2017, ISBN 978-1-5090-5078-9, (2017), S. 1329-1332

https://doi.org/10.1109/MEMSYS.2017.7863665
Weigel, Christoph; Markweg, Eric; Müller, Lutz; Schulze, Marcel; Gargouri, Hassan; Hoffmann, Martin
A monolithic micro-optical interferometer deep etched into fused silica. - In: Microelectronic engineering, Bd. 174 (2017), S. 40-45

http://dx.doi.org/10.1016/j.mee.2017.01.002
Si, Shuhao; Dittrich, Lars; Hoffmann, Martin
Low-cost fabrication of nanoimprint templates with tunable feature sizes at a constant pitch. - In: Microelectronic engineering, Bd. 170 (2017), S. 34-38

http://dx.doi.org/10.1016/j.mee.2016.12.023
Bohm, Sebastian; Goj, Boris; Dittrich, Lars; Dressler, Lothar; Hoffmann, Martin
Material dependence of the contact behavior of oscillating microprobes - modeling and experimental evidence. - In: Journal of micro and nano-manufacturing, ISSN 2166-0476, Bd. 5 (2017), 2, S. 021002, insges. 11 S.

https://doi.org/10.1115/1.4035619
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
Behlert, Regine; Gehring, Matthias; Mehner, Hannes; Wieland, Robert; Schrag, Gabriele
Design, modeling, and characterization of a bionically inspired integrated micro-flapper for cooling and venting applications. - In: Proceedings, ISSN 2504-3900, Volume 1 (2017), issue 4, 372, Seite 1-5

https://doi.org/10.3390/proceedings1040372
Hanitsch, Stefan; Hoffmann, Martin
Active pore for sensor protection : a PNIPAM based micro valve in LTCC. - In: IEEE SENSORS 2017, ISBN 978-1-5090-1012-7, (2017), insges. 3 S.

https://doi.org/10.1109/ICSENS.2017.8234338
Wedrich, Karin; Mehner, Hannes; Hoffmann, Martin
Numerical model of a passive microsystem detecting and saving independent acceleration shocks. - In: 28th Micromechanics and Microsystems Europe Workshop, (2017), 012008, insges. 6 S.

https://doi.org/10.1088/1742-6596/922/1/012008
Schmitt, Philip; Wedrich, Karin; Müller, Lutz; Mehner, Hannes; Hoffmann, Martin
Design, fabrication and characterisation of a microfluidic time-temperature indicator. - In: 28th Micromechanics and Microsystems Europe Workshop, (2017), 012004, insges. 6 S.

https://doi.org/10.1088/1742-6596/922/1/012004
Gropp, Sebastian; Stegner, Johannes; Stehr, Uwe; Fischer, Michael; Müller, Jens; Hein, Matthias; Hoffmann, Martin
Silicium-Keramik-Verbundsubstrat für einen HF-MEMS-Oszillator. - In: MikroSystemTechnik Kongress 2017 "MEMS, Mikroelektronik, Systeme", (2017), S. 704-707

Si, Shuhuao; Dittrich, Lars; Weigel, Christoph; Hoffmann, Martin
Verkleinerung periodischer Nanostrukturen für NIL-Master mit einstellbaren Strukturdimensionen. - In: MikroSystemTechnik Kongress 2017 "MEMS, Mikroelektronik, Systeme", (2017), S. 684-687

Weigel, Christoph; Hoffmann, Martin Ulrich; Schönefeld, Wolfgang
Fluor-basiertes Plasmatiefenätzen von Zerodur für mikrotechnische Anwendungen. - In: MikroSystemTechnik Kongress 2017 "MEMS, Mikroelektronik, Systeme", (2017), S. 662-665

Schmitt, Philip; Wedrich, Karin; Hoffmann, Martin
Autonomer Temperatur-Zeit-Integrator. - In: MikroSystemTechnik Kongress 2017 "MEMS, Mikroelektronik, Systeme", (2017), S. 574-577

Bichra, Mohamed; Müller, Lutz; Feßer, Patrick; Hoffmann, Martin; Sinzinger, Stefan
Nanostrukturierte Beugungsgitter für integrierte Metrologie. - In: MikroSystemTechnik Kongress 2017 "MEMS, Mikroelektronik, Systeme", (2017), S. 548-551

Bohm, Sebastian; Goj, Boris; Dittrich, Lars; Dressler, Lothar; Hoffmann, Martin
Modellierung des Kontaktverhaltens oszillierender Mikrotastsysteme. - In: MikroSystemTechnik Kongress 2017 "MEMS, Mikroelektronik, Systeme", (2017), S. 476-479

Goj, Boris; Bohm, Sebastian; Dittrich, Lars; Dressler, Lothar; Kühnel, Michael; Fröhlich, Thomas; Hoffmann, Martin
MEMS-basiertes Tensiometer zur Messung der Oberflächenspannung. - In: MikroSystemTechnik Kongress 2017 "MEMS, Mikroelektronik, Systeme", (2017), S. 472-475

Mehner, Hannes; Schmitt, Philip; Hoffmann, Martin Ulrich
Passiver mechanischer 2-Bit-Zähler zur Erfassung und Speicherung von Grenzwertüberschreitungen. - In: MikroSystemTechnik Kongress 2017 "MEMS, Mikroelektronik, Systeme", (2017), S. 348-351

Günther-Müller, Sarah; Endrödy, Csaba; Si, Shuhuao; Gropp, Sebastian; Weinberger, Stefan; Claes, Roland; Justo, Yolanda; D'heer, Herbert; Van Thourhout, Dries; Neft, Anna; Hoffmann, Martin
EWOD System für optische Schalter. - In: MikroSystemTechnik Kongress 2017 "MEMS, Mikroelektronik, Systeme", (2017), S. 246-249

Behlert, Regine; Gehring, Matthias; Mehner, Hannes; Wieland, Robert; Schrag, Gabriele
Entwicklung eines bionisch inspirierten, mikro-mechanischen Biegewandlers für effizienten fluidischen Massentransport. - In: MikroSystemTechnik Kongress 2017 "MEMS, Mikroelektronik, Systeme", (2017), S. 207-210

Müller, Lutz; Hoffmann, Martin; Maier, Konrad; Helwig, Andreas
Katalytische Silicium-Platin-Nanostrukturen für Niedertemperatur MEMS Wasserstoffsensoren. - In: MikroSystemTechnik Kongress 2017 "MEMS, Mikroelektronik, Systeme", (2017), S. 199-202

Leopold, Steffen; Hoffmann, Martin
Rotationsaktorik für durchstimmbare Mikroprismen durch die thermomechanische Modulation der remanenten Spannung in Aluminiumnitrid Balken. - In: MikroSystemTechnik Kongress 2017 "MEMS, Mikroelektronik, Systeme", (2017), S. 139-142

Müller, Lutz; Mehner, Hannes; Hoffmann, Martin
MEMS Feldionisation-Gassensor auf Basis von Palladium-Nanostrukturen. - In: MikroSystemTechnik Kongress 2017 "MEMS, Mikroelektronik, Systeme", (2017), S. 101-104

Wedrich, Karin; Mehner, Hannes; Hoffmann, Martin
Passiver Schock-Maximalwertsensor. - In: MikroSystemTechnik Kongress 2017 "MEMS, Mikroelektronik, Systeme", (2017), S. 34-37

Fischer, Robert; Stubenrauch, Mike; Straube, Anja; Wedrich, Karin; Goj, Boris; Bartsch, Heike; Bichra, Mohamed; Rothe, Holger; Witte, Hartmut
System for automated cell cultivation and analysis. - In: Engineering for a changing world, (2017), insges. 2 S.

http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2017iwk-109:7
Bichra, Mohamed; Meinecke, Thomas; Müller, Lutz; Feßer, Patrick; Hoffmann, Martin; Sinzinger, Stefan
Innovative freeform measurement method using two dimensional binary diffractive grating based on nanostructured silicon. - In: Engineering for a changing world, (2017), insges. 7 S.

http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2017iwk-088:9
Lu, Pai; Müller, Lutz; Hoffmann, Martin; Chen, Xuyuan
Taper silicon nano-scaffold regulated compact integration of 1D nanocarbons for improved on-chip supercapacitor. - In: Nano energy, ISSN 2211-2855, Bd. 41 (2017), S. 618-625

https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2017.10.019
Leopold, Steffen; Pätz, Daniel; Sinzinger, Stefan; Hoffmann, Martin
Stress-modulated tilt actuator for tunable optical prisms. - In: Sensors and actuators. Physical. - Amsterdam [u.a.] : Elsevier Science, 1990- , ISSN: 1873-3069 , ZDB-ID: 1500729-7, ISSN 1873-3069, Bd. 266 (2017), S. 328-337

A tunable optical prism MOEMS based on the deformation of a liquid droplet is presented. An aluminum-nitride membrane is tilted by a novel type of thermo-mechanical actuator. The actuation principle is based on a thermo-mechanical modulation of the intrinsic stress in aluminum-nitride beams. Based on an analytical model, the key parameters of the actuator are optimized. Furthermore, the influence of the intrinsic stress on the actuator properties is investigated. These dependencies and the model are verified by mechanical characterization of samples. Operation in air and with ambient fluid has been confirmed. An image shift of 30 mm is found in a microscopic setup which corresponds to 19 % of the field of view.



https://doi.org/10.1016/j.sna.2017.09.021
Krömker, Heidi; Hoffmann, Martin; Huntemann, Nadja
Wissensstrukturierung für das Lernen in den Ingenieurwissenschaften. - In: Technische Bildung im Spannungsfeld zwischen beruflicher und akademischer Bildung, (2017), S. 101-108

https://doi.org/10.15480/882.1394
Lu, Pai; Halvorsen, Einar; Ohlckers, Per; Müller, Lutz; Leopold, Steffen; Hoffmann, Martin; Grigoras, Kestutis; Ahopelto, Jouni; Prunnila, Mika; Chen, Xuyuan
Ternary composite Si/TiN/MnO2 taper nanorod array for on-chip supercapacitor. - In: Electrochimica acta, ISSN 1873-3859, Bd. 248 (2017), S. 397-408
Im Titel ist "2" tiefgestellt

https://doi.org/10.1016/j.electacta.2017.07.162
Stubenrauch, Mike; Fischer, Robert; Hoffmann, Martin; Müller, Jens; Sinzinger, Stefan; Liefeith, Klaus; Witte, Hartmut
System for automated cell cultivation and analysis. - In: Biomedical engineering, ISSN 1862-278X, Bd. 62 (2017), S1, Seite S8
Enthalten in: Session 2: Cells, materials and biochemistry I

https://doi.org/10.1515/bmt-2017-5001
Si, Shuhao; Dittrich, Lars; Hoffmann, Martin
The NanoTuFe - fabrication of large area periodic nanopatterns with tunable feature sizes at low cost. - In: Microelectronic engineering, Bd. 180 (2017), S. 71-80

https://doi.org/10.1016/j.mee.2017.06.002
Lu, Pai; Du, Kang; Ohlckers, Per; Halvorsen, Einar; Müller, Lutz; Leopold, Steffen; Hoffmann, Martin; Grigoras, Kestutis; Ahopelto, Jouni; Prunnila, Mika; Chen, Xuyuan
Silicon grass based nano functional electrodes for MEMS supercapacitors of improved energy density. - In: Transducers'17, Kaohsiung, ISBN 978-1-5386-2732-7, (2017), S. 1828-1831

https://doi.org/10.1109/TRANSDUCERS.2017.7994425
Günther-Müller, Sarah; Endrödy, Csaba; Si, Shuhao; Weinberger, Stefan; Claes, Roland; Justo, Yolanda; D'heer, Herbert; Neft, A.; Hoffmann, Martin
EWOD system designed for optical switching. - In: MEMS 2017, ISBN 978-1-5090-5078-9, (2017), S. 1329-1332

https://doi.org/10.1109/MEMSYS.2017.7863665
Weigel, Christoph; Markweg, Eric; Müller, Lutz; Schulze, Marcel; Gargouri, Hassan; Hoffmann, Martin
A monolithic micro-optical interferometer deep etched into fused silica. - In: Microelectronic engineering, Bd. 174 (2017), S. 40-45

http://dx.doi.org/10.1016/j.mee.2017.01.002
Si, Shuhao; Dittrich, Lars; Hoffmann, Martin
Low-cost fabrication of nanoimprint templates with tunable feature sizes at a constant pitch. - In: Microelectronic engineering, Bd. 170 (2017), S. 34-38

http://dx.doi.org/10.1016/j.mee.2016.12.023
Bohm, Sebastian; Goj, Boris; Dittrich, Lars; Dressler, Lothar; Hoffmann, Martin
Material dependence of the contact behavior of oscillating microprobes - modeling and experimental evidence. - In: Journal of micro and nano-manufacturing, ISSN 2166-0476, Bd. 5 (2017), 2, S. 021002, insges. 11 S.

https://doi.org/10.1115/1.4035619
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
Behlert, Regine; Gehring, Matthias; Mehner, Hannes; Wieland, Robert; Schrag, Gabriele
Design, modeling, and characterization of a bionically inspired integrated micro-flapper for cooling and venting applications. - In: Proceedings, ISSN 2504-3900, Volume 1 (2017), issue 4, 372, Seite 1-5

https://doi.org/10.3390/proceedings1040372
Hanitsch, Stefan; Hoffmann, Martin
Active pore for sensor protection : a PNIPAM based micro valve in LTCC. - In: IEEE SENSORS 2017, ISBN 978-1-5090-1012-7, (2017), insges. 3 S.

https://doi.org/10.1109/ICSENS.2017.8234338
Wedrich, Karin; Mehner, Hannes; Hoffmann, Martin
Numerical model of a passive microsystem detecting and saving independent acceleration shocks. - In: 28th Micromechanics and Microsystems Europe Workshop, (2017), 012008, insges. 6 S.

https://doi.org/10.1088/1742-6596/922/1/012008
Schmitt, Philip; Wedrich, Karin; Müller, Lutz; Mehner, Hannes; Hoffmann, Martin
Design, fabrication and characterisation of a microfluidic time-temperature indicator. - In: 28th Micromechanics and Microsystems Europe Workshop, (2017), 012004, insges. 6 S.

https://doi.org/10.1088/1742-6596/922/1/012004
Gropp, Sebastian; Stegner, Johannes; Stehr, Uwe; Fischer, Michael; Müller, Jens; Hein, Matthias; Hoffmann, Martin
Silicium-Keramik-Verbundsubstrat für einen HF-MEMS-Oszillator. - In: MikroSystemTechnik Kongress 2017 "MEMS, Mikroelektronik, Systeme", (2017), S. 704-707

Si, Shuhuao; Dittrich, Lars; Weigel, Christoph; Hoffmann, Martin
Verkleinerung periodischer Nanostrukturen für NIL-Master mit einstellbaren Strukturdimensionen. - In: MikroSystemTechnik Kongress 2017 "MEMS, Mikroelektronik, Systeme", (2017), S. 684-687

Weigel, Christoph; Hoffmann, Martin Ulrich; Schönefeld, Wolfgang
Fluor-basiertes Plasmatiefenätzen von Zerodur für mikrotechnische Anwendungen. - In: MikroSystemTechnik Kongress 2017 "MEMS, Mikroelektronik, Systeme", (2017), S. 662-665

Schmitt, Philip; Wedrich, Karin; Hoffmann, Martin
Autonomer Temperatur-Zeit-Integrator. - In: MikroSystemTechnik Kongress 2017 "MEMS, Mikroelektronik, Systeme", (2017), S. 574-577

Bichra, Mohamed; Müller, Lutz; Feßer, Patrick; Hoffmann, Martin; Sinzinger, Stefan
Nanostrukturierte Beugungsgitter für integrierte Metrologie. - In: MikroSystemTechnik Kongress 2017 "MEMS, Mikroelektronik, Systeme", (2017), S. 548-551

Bohm, Sebastian; Goj, Boris; Dittrich, Lars; Dressler, Lothar; Hoffmann, Martin
Modellierung des Kontaktverhaltens oszillierender Mikrotastsysteme. - In: MikroSystemTechnik Kongress 2017 "MEMS, Mikroelektronik, Systeme", (2017), S. 476-479

Goj, Boris; Bohm, Sebastian; Dittrich, Lars; Dressler, Lothar; Kühnel, Michael; Fröhlich, Thomas; Hoffmann, Martin
MEMS-basiertes Tensiometer zur Messung der Oberflächenspannung. - In: MikroSystemTechnik Kongress 2017 "MEMS, Mikroelektronik, Systeme", (2017), S. 472-475

Mehner, Hannes; Schmitt, Philip; Hoffmann, Martin Ulrich
Passiver mechanischer 2-Bit-Zähler zur Erfassung und Speicherung von Grenzwertüberschreitungen. - In: MikroSystemTechnik Kongress 2017 "MEMS, Mikroelektronik, Systeme", (2017), S. 348-351

Günther-Müller, Sarah; Endrödy, Csaba; Si, Shuhuao; Gropp, Sebastian; Weinberger, Stefan; Claes, Roland; Justo, Yolanda; D'heer, Herbert; Van Thourhout, Dries; Neft, Anna; Hoffmann, Martin
EWOD System für optische Schalter. - In: MikroSystemTechnik Kongress 2017 "MEMS, Mikroelektronik, Systeme", (2017), S. 246-249

Behlert, Regine; Gehring, Matthias; Mehner, Hannes; Wieland, Robert; Schrag, Gabriele
Entwicklung eines bionisch inspirierten, mikro-mechanischen Biegewandlers für effizienten fluidischen Massentransport. - In: MikroSystemTechnik Kongress 2017 "MEMS, Mikroelektronik, Systeme", (2017), S. 207-210

Müller, Lutz; Hoffmann, Martin; Maier, Konrad; Helwig, Andreas
Katalytische Silicium-Platin-Nanostrukturen für Niedertemperatur MEMS Wasserstoffsensoren. - In: MikroSystemTechnik Kongress 2017 "MEMS, Mikroelektronik, Systeme", (2017), S. 199-202

Leopold, Steffen; Hoffmann, Martin
Rotationsaktorik für durchstimmbare Mikroprismen durch die thermomechanische Modulation der remanenten Spannung in Aluminiumnitrid Balken. - In: MikroSystemTechnik Kongress 2017 "MEMS, Mikroelektronik, Systeme", (2017), S. 139-142

Müller, Lutz; Mehner, Hannes; Hoffmann, Martin
MEMS Feldionisation-Gassensor auf Basis von Palladium-Nanostrukturen. - In: MikroSystemTechnik Kongress 2017 "MEMS, Mikroelektronik, Systeme", (2017), S. 101-104

Wedrich, Karin; Mehner, Hannes; Hoffmann, Martin
Passiver Schock-Maximalwertsensor. - In: MikroSystemTechnik Kongress 2017 "MEMS, Mikroelektronik, Systeme", (2017), S. 34-37

Fischer, Robert; Stubenrauch, Mike; Straube, Anja; Wedrich, Karin; Goj, Boris; Bartsch, Heike; Bichra, Mohamed; Rothe, Holger; Witte, Hartmut
System for automated cell cultivation and analysis. - In: Engineering for a changing world, (2017), insges. 2 S.

http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2017iwk-109:7
Bichra, Mohamed; Meinecke, Thomas; Müller, Lutz; Feßer, Patrick; Hoffmann, Martin; Sinzinger, Stefan
Innovative freeform measurement method using two dimensional binary diffractive grating based on nanostructured silicon. - In: Engineering for a changing world, (2017), insges. 7 S.

http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2017iwk-088:9
Lu, Pai; Müller, Lutz; Hoffmann, Martin; Chen, Xuyuan
Taper silicon nano-scaffold regulated compact integration of 1D nanocarbons for improved on-chip supercapacitor. - In: Nano energy, ISSN 2211-2855, Bd. 41 (2017), S. 618-625

https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2017.10.019
Leopold, Steffen; Pätz, Daniel; Sinzinger, Stefan; Hoffmann, Martin
Stress-modulated tilt actuator for tunable optical prisms. - In: Sensors and actuators. Physical. - Amsterdam [u.a.] : Elsevier Science, 1990- , ISSN: 1873-3069 , ZDB-ID: 1500729-7, ISSN 1873-3069, Bd. 266 (2017), S. 328-337

A tunable optical prism MOEMS based on the deformation of a liquid droplet is presented. An aluminum-nitride membrane is tilted by a novel type of thermo-mechanical actuator. The actuation principle is based on a thermo-mechanical modulation of the intrinsic stress in aluminum-nitride beams. Based on an analytical model, the key parameters of the actuator are optimized. Furthermore, the influence of the intrinsic stress on the actuator properties is investigated. These dependencies and the model are verified by mechanical characterization of samples. Operation in air and with ambient fluid has been confirmed. An image shift of 30 mm is found in a microscopic setup which corresponds to 19 % of the field of view.



https://doi.org/10.1016/j.sna.2017.09.021
Krömker, Heidi; Hoffmann, Martin; Huntemann, Nadja
Wissensstrukturierung für das Lernen in den Ingenieurwissenschaften. - In: Technische Bildung im Spannungsfeld zwischen beruflicher und akademischer Bildung, (2017), S. 101-108

https://doi.org/10.15480/882.1394
Lu, Pai; Halvorsen, Einar; Ohlckers, Per; Müller, Lutz; Leopold, Steffen; Hoffmann, Martin; Grigoras, Kestutis; Ahopelto, Jouni; Prunnila, Mika; Chen, Xuyuan
Ternary composite Si/TiN/MnO2 taper nanorod array for on-chip supercapacitor. - In: Electrochimica acta, ISSN 1873-3859, Bd. 248 (2017), S. 397-408
Im Titel ist "2" tiefgestellt

https://doi.org/10.1016/j.electacta.2017.07.162
Stubenrauch, Mike; Fischer, Robert; Hoffmann, Martin; Müller, Jens; Sinzinger, Stefan; Liefeith, Klaus; Witte, Hartmut
System for automated cell cultivation and analysis. - In: Biomedical engineering, ISSN 1862-278X, Bd. 62 (2017), S1, Seite S8
Enthalten in: Session 2: Cells, materials and biochemistry I

https://doi.org/10.1515/bmt-2017-5001
Si, Shuhao; Dittrich, Lars; Hoffmann, Martin
The NanoTuFe - fabrication of large area periodic nanopatterns with tunable feature sizes at low cost. - In: Microelectronic engineering, Bd. 180 (2017), S. 71-80

https://doi.org/10.1016/j.mee.2017.06.002
Lu, Pai; Du, Kang; Ohlckers, Per; Halvorsen, Einar; Müller, Lutz; Leopold, Steffen; Hoffmann, Martin; Grigoras, Kestutis; Ahopelto, Jouni; Prunnila, Mika; Chen, Xuyuan
Silicon grass based nano functional electrodes for MEMS supercapacitors of improved energy density. - In: Transducers'17, Kaohsiung, ISBN 978-1-5386-2732-7, (2017), S. 1828-1831

https://doi.org/10.1109/TRANSDUCERS.2017.7994425
Günther-Müller, Sarah; Endrödy, Csaba; Si, Shuhao; Weinberger, Stefan; Claes, Roland; Justo, Yolanda; D'heer, Herbert; Neft, A.; Hoffmann, Martin
EWOD system designed for optical switching. - In: MEMS 2017, ISBN 978-1-5090-5078-9, (2017), S. 1329-1332

https://doi.org/10.1109/MEMSYS.2017.7863665
Weigel, Christoph; Markweg, Eric; Müller, Lutz; Schulze, Marcel; Gargouri, Hassan; Hoffmann, Martin
A monolithic micro-optical interferometer deep etched into fused silica. - In: Microelectronic engineering, Bd. 174 (2017), S. 40-45

http://dx.doi.org/10.1016/j.mee.2017.01.002
Si, Shuhao; Dittrich, Lars; Hoffmann, Martin
Low-cost fabrication of nanoimprint templates with tunable feature sizes at a constant pitch. - In: Microelectronic engineering, Bd. 170 (2017), S. 34-38

http://dx.doi.org/10.1016/j.mee.2016.12.023
Krömker, Heidi; Hoffmann, Martin; Huntemann, Nadja
Anwendungsorientierte Fachlandkarten: Fallbeispiel Mikro-Nano-Integration. - In: Anwendungsorientierung und Wissenschaftsorientierung in der Ingenieurbildung, (2016), S. 36-42

Gropp, Sebastian; Fischer, Michael; Frank, Astrid; Schäffel, Christoph; Müller, Jens; Hoffmann, Martin
Fabrication of an RF-MEMS-switch on a hybrid Si-ceramic substrate. - In: 12th IMAPS/ACerS International Conference on Ceramic Interconnect and Ceramic Microsystems Technologies (CICMT 2016), ISBN 978-1-5108-2937-4, Bd. 2016 (2016), CICMT (Mai), Seite 000118-000121

https://doi.org/10.4071/2016CICMT-WA24
Fischer, Michael; Welker, Tilo; Leistritz, Bianca; Gropp, Sebastian; Schäffel, Christoph; Hoffmann, Martin; Müller, Jens
Investigations of metal systems in a silicon ceramic composite substrate for electrical and thermal contacts as well as associated mounting aspects. - In: Additional conferences (Device packaging, HiTEC, HiTEN, & CICMT), ISSN 2380-4491, Bd. 2016 (2016), CICMT (Mai), Seite 000107-000110

https://doi.org/10.4071/2016CICMT-WA22
Mehner, Hannes; Müller, Lutz; Biermann, Steffen; Hänschke, Frank; Hoffmann, Martin
Process flow for integration silicon grass with metallic nanostructures in surface micromachined systems. - In: Micro-Nano-Integration, (2016), S. 123-125

http://ieeexplore.ieee.org/document/7776074/
Müller, Lutz; Hoffmann, Martin; Maier, Konrad; Helwig, Andreas; Müller, Gerhard
Low temperature catalytic combustible hydrogen MEMS gas sensor enhanced by Si-Pt nanostructures. - In: Micro-Nano-Integration, (2016), S. 73-76

http://ieeexplore.ieee.org/document/7776064/
Gropp, Sebastian; Fischer, Michael; Müller, Jens; Hoffmann, Martin
Wetting behaviour of LTCC and glasses on nanostructured silicon surfaces during sintering. - In: Micro-Nano-Integration, (2016), S. 54-58

http://ieeexplore.ieee.org/document/7776061/
Krömker, Heidi; Hoffmann, Martin
Wissensplattform zur Mikro-Nano-Integration: das Unsichtbare sichtbar machen. - In: Mikro-Nano-Integration, (2016), S. 64-67

Hoffmann, Martin; Wedrich, Karin; Schmitt, Phillipp; Mehner, Hannes; Jurisch, Reinhard
Non-electrical sensing and storing an alternative to electrical energy harvesting. - In: Procedia engineering, ISSN 1877-7058, Bd. 168 (2016), S. 1621-1625

https://doi.org/10.1016/j.proeng.2016.11.475
Woetzel, Stefan;
Mikrosystemtechnisch integriertes, optisch gepumptes Magnetometer. - Ilmenau : Universitätsbibliothek, 2016. - 1 Online-Ressource (xiii,124 Seiten, 18.79 MB)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2016

Tag der Verteidigung: 31.08.2016

Die vorliegende Arbeit beinhaltet unterschiedliche Aspekte von Entwurf, Fertigung und Erforschung mikrofabrizierter Alkalidampfzellen. Alkalidampfzellen, also hermetisch versiegelte Volumina gefüllt mit Atomen eines Alkalimetalls, haben besondere Bedeutung als zentrales Element innerhalb von optisch gepumpten Magnetometern (OPM) sowie von kleinformatigen Frequenzstandards (bzw. Atomuhren). Moderne Entwicklungen in diesem Bereich gehen insbesondere zu einer Verringerung des Volumens bzw. der Größe der verwendeten Bauteile, da dies zum einen die bessere Integrierbarkeit der Sensoren gewährleistet und außerdem Probleme bei Messungen in inhomogenen Magnetfeldern (z.B. bei der Verwendung im Erdmagnetfeld) vermeidet bzw. beschränkt. Die Verringerung des Zellvolumens widerspricht jedoch gleichzeitig der Forderung an eine hohe Empfindlichkeit der Messung. Diesem aufkommenden Widerspruch zum einen, sowie dem mikrosystemtechnischen Fertigungsprozess der Zellen zum anderen ist diese Arbeit gewidmet. Hinsichtlich des Fertigungsprozesses werden Entwicklungen für die Handhabung des hier verwendeten, hochreaktiven Cäsiums sowie die Möglichkeit zur Passivierung des Zellkörpers mit dünnen Schichten aus Al2O3, abgeschieden mittels Atomlagenabscheidung, gegen den Einfluss des verwendeten Cäsiums vorgestellt. Hervorzuheben ist eine für den hermetischen Zellverschluss entwickelte Methode, welche anodisches Bonden bei Raumtemperatur und Spannungen im Bereich von 100 V erlaubt. Diese einzigartige Parameterkombination wird durch die Verwendung dünner Schichten eines lithiumhaltigen Glases mit hoher Ionenleitfähigkeit ermöglicht. Das Ergebnis dieser Arbeit besteht in einem Array aus mehreren Alkalidampfzellen, welche über Kanäle mit einer zentralen Struktur, dem Reservoir, verbunden sind. Das Reservoir dient der Aufnahme des Cäsiums. Der Aufbau des Arrays gewährleistet identische Eigenschaften bzw. Charakteristika der einzelnen Zellen. Insbesondere durch Anpassungen des verwendeten Puffergases sowie des in den Zellen herrschenden Puffergasdrucks konnte die erreichbare schrotrauschbegrenzte Empfindlichkeit der hergestellten Zellen auf Werte von ca. 150fT/ [Wurzel] Hz gesteigert werden. Bringt man diesen Wert in Relation zum Zellvolumen von 50mm^3 ergibt sich für die Zellen ein Wert von 33,6 fTcm^3/2 / [Wurzel] Hz. Dieser stellt für Messungen im verwendeten Arbeitsregime international einen Spitzenwert dar.



http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2016000784
Stegner, Johannes; Fischer, Michael; Gropp, Sebastian; Podoskin, Dmitry; Stehr, Uwe; Müller, Jens; Hoffmann, Martin; Hein, Matthias
Compact low phase-noise MEMS-based RF oscillator on a dedicated silicon-ceramic composite substrate. - In: 2016 46th European Microwave Conference, ISBN 978-2-87487-043-9, (2016), S. 995-998

https://doi.org/10.1109/EuMC.2016.7824513
Goj, Boris; Dressler, Lothar; Dittrich, Lars; Hoffmann, Martin
Resonant three-dimensional electrostatic actuator in silicon technology. - In: ACTUATOR 16, ISBN 978-3-933339-26-3, (2016), S. 327-331

We introduce a controlled triaxial electrostatic actuator which is suitable for multiple applications such as force sensing, microprobing, nanoindenting and cell manipulation. The system comprises an arrangement of serpentine springs, three independently controlled electrostatic actuators, one for each Cartesian direction, and a stylus featuring a ruby ball that is utilised as force transducer. The design, the calculation and the characterisation of the triaxial electrostatic actuator are presented. Crucial features of the actuator are the multiple application scenarios, the compact design, the low actuation voltage and the independent motion in three Cartesian directions even though a shared suspension is employed.



Schneider, Mike;
Energieautarke Sensoren zur Erfassung von Temperatur-Zeit-Integralen. - Ilmenau : Universitätsbibliothek, 2016. - 1 Online-Ressource (IX, 125 Seiten)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2016

Ziel der vorliegenden Arbeit ist die Entwicklung eines Sensorkonzeptes zur Überwachung von Temperatur-Zeit-Integralen, wie sie beispielsweise bei gekühlter Lagerung von Lebensmitteln oder der Sterilisation von Pharmaprodukten eine Rolle spielen. Im Fokus standen dabei die Anforderungen, welche sich aus der technologischen Umsetzung, Logistik, Produktsicherheit oder den Bedürfnissen des Verbrauchers ergeben. Um dem gerecht zu werden, wurde während des gesamten Entwicklungsprozesses eine Integration direkt in den Herstellungsprozess des Packstoffes, sowie die Anbindung an einen RFID-Transponder vorgesehen und berücksichtigt. Auf diese Weise sollen Konzepte dieser Art kostengünstig und sicher auf Item-Level, d.h. In einzelnen Produkten zur Anwendung kommen. Hierfür wurden verschiedene temperaturgesteuerte physikalische Konzepte wie die Diffusion von Flüssigkeiten in Polymere, Quervernetzung von Polymeren und Kapillareffekte untersucht und deren Umsetzbarkeit bewertet. Der Kapillareffekt erwies sich dabei als die Variante mit dem größten Potential hinsichtlich Einstellbarkeit auf verschiedene Szenarien. Der Kriechvorgang in einer Flüssigkeit mit temperaturabhängiger Viskosität wurde mittels vereinfachter Navier-Stokes-Gleichung für rechteckige Querschnitte wie sie mit planaren Herstellungstechniken hergestellt werden können, analytisch modelliert. Die Herausforderung lag hierbei im Gegensatz zum stationären Zustand auf der Beibehaltung der zeitlichen Abhängigkeit der Strömungsgeschwindigkeit. Aus dem Modell konnten so die für den Kriechprozess entscheidenden geometrischen und stofflichen Parameter bestimmt werden, welche die Kriechgeschwindigkeit beeinflussen. Damit ist es möglich Designrichtlinien hinsichtlich Materialauswahl und Geometrie für die jeweiligen Anwendungen abzuleiten. Abschließend wurde ein Demonstrator aufgebaut, der die Auswertung des Kriechvorgangs eines leitenden Wachses an definierten Stellen durch resistive Messung ermöglicht und gleichzeitig modular mit einem RFID-Transponder verbunden werden kann. Für den Aufbau wurde dabei ein Polymer als Träger für die Kanalstrukturen gewählt um so die Übertragbarkeit in den Herstellungsprozess von Verpackungsmaterialien zu demonstrieren.



http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2016000508
Müller, Lutz; Mehner, Hannes; Hoffmann, Martin
MEMS gas ionization sensor with palladium nanostructures for use at ambient pressure. - In: 27th Micromechanics and Microsystems Europe Workshop, (2016), 012023, insges. 5 S.

http://dx.doi.org/10.1088/1742-6596/757/1/012023
Mehner, Hannes; Müller, Lutz; Biermann, Steffen; Hänschke, Frank; Hoffmann, Martin
Process flow to integrate nanostructures on silicon grass in surface micromachined systems. - In: 27th Micromechanics and Microsystems Europe Workshop, (2016), 012022, insges. 4 S.

http://dx.doi.org/10.1088/1742-6596/757/1/012022
Degenhardt, Sarah; Cheriguen, Yahia; Geiling, Thomas; Hoffmann, Martin
Micro-Venturi injector: design, experimental and simulative examination. - In: 27th Micromechanics and Microsystems Europe Workshop, (2016), 012027, insges. 6 S.

http://dx.doi.org/10.1088/1742-6596/757/1/012027
Lu, Pai; Ohlckers, Per; Müller, Lutz; Leopold, Steffen; Hoffmann, Martin; Grigoras, Kestutis; Ahopelto, Jouni; Prunnila, Mika; Chen, Xuyuan
Nano fabricated silicon nanorod array with titanium nitride coating for on-chip supercapacitors. - In: Electrochemistry communications, ISSN 1873-1902, Bd. 70 (2016), S. 51-55

http://dx.doi.org/10.1016/j.elecom.2016.07.002
Silva Cortes, Victor; Podoskin, Dmitry; Stegner, Johannes; Fischer, Michael; Gropp, Sebastian; Hein, Matthias; Hoffmann, Martin; Müller, Jens; Weigel, Robert; Fischer, Georg; Hagelauer, Amelie
Evaluation of a multiphysical RF MEMS oscillator based on LTE receiver performance requirements. - In: 2016 21st International Conference on Microwave, Radar and Wireless Communications (MIKON), ISBN 978-1-5090-2214-4, (2016), insges. 4 S.

http://dx.doi.org/10.1109/MIKON.2016.7492025
Stegner, Johannes; Stehr, Uwe; Podoskin, Dmitry; Gropp, Sebastian; Fischer, Michael; Hoffmann, Martin; Müller, Jens; Hein, Matthias
Hybrid-integrated RF MEMS-based reference oscillator using a silicon-ceramic composite substrate. - In: 2016 German Microwave Conference, ISBN 978-3-9812668-7-0, (2016), S. 353-356

http://dx.doi.org/10.1109/GEMIC.2016.7461629
Leopold, Steffen; Knöbber, Fabian; Pätz, Daniel
Aluminum nitride and diamond membranes for tunable micro-optics. - In: Tunable micro-optics, (2016), S. 219-240

Pätz, Daniel; Leopold, Steffen; Zürbig, Verena; Deutschmann, Tobias
Adaptive scanning micro-eye. - In: Tunable micro-optics, (2016), S. 369-394

Müller, Jens; Hannappel, Thomas; Hoffmann, Martin; Jacobs, Heiko O.; Lei, Yong; Rangelow, Ivo W.; Schaaf, Peter
Application of nanostructuring, nanomaterials and micro-nano-integration for improved components and system's performance. - In: 2016 Pan Pacific Microelectronics Symposium (Pan Pacific), ISBN 978-0-9888873-9-8, (2016), insges. 10 S.

http://dx.doi.org/10.1109/PanPacific.2016.7428387
Bunge, Frank; Leopold, Steffen; Bohm, Sebastian; Hoffmann, Martin
Scanning micromirror for large, quasi-static 2D-deflections based on electrostatic driven rotation of a hemisphere. - In: Sensors and actuators, ISSN 1873-3069, Bd. 243 (2016), S. 159-166

http://dx.doi.org/10.1016/j.sna.2016.02.031
Weinberger, Stefan; Nguyen, Tran Trung; Lecomte, Roméo; Cheriguen, Yahia; Ament, Christoph; Hoffmann, Martin
Linearized control of an uniaxial micromirror with electrostatic parallel-plate actuation. - In: Microsystem technologies, ISSN 1432-1858, Bd. 22 (2016), 2, S. 441-447

http://dx.doi.org/10.1007/s00542-015-2535-2
Krömker, Heidi; Hoffmann, Martin; Huntemann, Nadja
Anwendungsorientierte Fachlandkarten: Fallbeispiel Mikro-Nano-Integration. - In: Anwendungsorientierung und Wissenschaftsorientierung in der Ingenieurbildung, (2016), S. 36-42

Gropp, Sebastian; Fischer, Michael; Frank, Astrid; Schäffel, Christoph; Müller, Jens; Hoffmann, Martin
Fabrication of an RF-MEMS-switch on a hybrid Si-ceramic substrate. - In: 12th IMAPS/ACerS International Conference on Ceramic Interconnect and Ceramic Microsystems Technologies (CICMT 2016), ISBN 978-1-5108-2937-4, Bd. 2016 (2016), CICMT (Mai), Seite 000118-000121

https://doi.org/10.4071/2016CICMT-WA24
Fischer, Michael; Welker, Tilo; Leistritz, Bianca; Gropp, Sebastian; Schäffel, Christoph; Hoffmann, Martin; Müller, Jens
Investigations of metal systems in a silicon ceramic composite substrate for electrical and thermal contacts as well as associated mounting aspects. - In: Additional conferences (Device packaging, HiTEC, HiTEN, & CICMT), ISSN 2380-4491, Bd. 2016 (2016), CICMT (Mai), Seite 000107-000110

https://doi.org/10.4071/2016CICMT-WA22
Mehner, Hannes; Müller, Lutz; Biermann, Steffen; Hänschke, Frank; Hoffmann, Martin
Process flow for integration silicon grass with metallic nanostructures in surface micromachined systems. - In: Micro-Nano-Integration, (2016), S. 123-125

http://ieeexplore.ieee.org/document/7776074/
Müller, Lutz; Hoffmann, Martin; Maier, Konrad; Helwig, Andreas; Müller, Gerhard
Low temperature catalytic combustible hydrogen MEMS gas sensor enhanced by Si-Pt nanostructures. - In: Micro-Nano-Integration, (2016), S. 73-76

http://ieeexplore.ieee.org/document/7776064/
Gropp, Sebastian; Fischer, Michael; Müller, Jens; Hoffmann, Martin
Wetting behaviour of LTCC and glasses on nanostructured silicon surfaces during sintering. - In: Micro-Nano-Integration, (2016), S. 54-58

http://ieeexplore.ieee.org/document/7776061/
Krömker, Heidi; Hoffmann, Martin
Wissensplattform zur Mikro-Nano-Integration: das Unsichtbare sichtbar machen. - In: Mikro-Nano-Integration, (2016), S. 64-67

Hoffmann, Martin; Wedrich, Karin; Schmitt, Phillipp; Mehner, Hannes; Jurisch, Reinhard
Non-electrical sensing and storing an alternative to electrical energy harvesting. - In: Procedia engineering, ISSN 1877-7058, Bd. 168 (2016), S. 1621-1625

https://doi.org/10.1016/j.proeng.2016.11.475
Woetzel, Stefan;
Mikrosystemtechnisch integriertes, optisch gepumptes Magnetometer. - Ilmenau : Universitätsbibliothek, 2016. - 1 Online-Ressource (xiii,124 Seiten, 18.79 MB)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2016

Tag der Verteidigung: 31.08.2016

Die vorliegende Arbeit beinhaltet unterschiedliche Aspekte von Entwurf, Fertigung und Erforschung mikrofabrizierter Alkalidampfzellen. Alkalidampfzellen, also hermetisch versiegelte Volumina gefüllt mit Atomen eines Alkalimetalls, haben besondere Bedeutung als zentrales Element innerhalb von optisch gepumpten Magnetometern (OPM) sowie von kleinformatigen Frequenzstandards (bzw. Atomuhren). Moderne Entwicklungen in diesem Bereich gehen insbesondere zu einer Verringerung des Volumens bzw. der Größe der verwendeten Bauteile, da dies zum einen die bessere Integrierbarkeit der Sensoren gewährleistet und außerdem Probleme bei Messungen in inhomogenen Magnetfeldern (z.B. bei der Verwendung im Erdmagnetfeld) vermeidet bzw. beschränkt. Die Verringerung des Zellvolumens widerspricht jedoch gleichzeitig der Forderung an eine hohe Empfindlichkeit der Messung. Diesem aufkommenden Widerspruch zum einen, sowie dem mikrosystemtechnischen Fertigungsprozess der Zellen zum anderen ist diese Arbeit gewidmet. Hinsichtlich des Fertigungsprozesses werden Entwicklungen für die Handhabung des hier verwendeten, hochreaktiven Cäsiums sowie die Möglichkeit zur Passivierung des Zellkörpers mit dünnen Schichten aus Al2O3, abgeschieden mittels Atomlagenabscheidung, gegen den Einfluss des verwendeten Cäsiums vorgestellt. Hervorzuheben ist eine für den hermetischen Zellverschluss entwickelte Methode, welche anodisches Bonden bei Raumtemperatur und Spannungen im Bereich von 100 V erlaubt. Diese einzigartige Parameterkombination wird durch die Verwendung dünner Schichten eines lithiumhaltigen Glases mit hoher Ionenleitfähigkeit ermöglicht. Das Ergebnis dieser Arbeit besteht in einem Array aus mehreren Alkalidampfzellen, welche über Kanäle mit einer zentralen Struktur, dem Reservoir, verbunden sind. Das Reservoir dient der Aufnahme des Cäsiums. Der Aufbau des Arrays gewährleistet identische Eigenschaften bzw. Charakteristika der einzelnen Zellen. Insbesondere durch Anpassungen des verwendeten Puffergases sowie des in den Zellen herrschenden Puffergasdrucks konnte die erreichbare schrotrauschbegrenzte Empfindlichkeit der hergestellten Zellen auf Werte von ca. 150fT/ [Wurzel] Hz gesteigert werden. Bringt man diesen Wert in Relation zum Zellvolumen von 50mm^3 ergibt sich für die Zellen ein Wert von 33,6 fTcm^3/2 / [Wurzel] Hz. Dieser stellt für Messungen im verwendeten Arbeitsregime international einen Spitzenwert dar.



http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2016000784
Stegner, Johannes; Fischer, Michael; Gropp, Sebastian; Podoskin, Dmitry; Stehr, Uwe; Müller, Jens; Hoffmann, Martin; Hein, Matthias
Compact low phase-noise MEMS-based RF oscillator on a dedicated silicon-ceramic composite substrate. - In: 2016 46th European Microwave Conference, ISBN 978-2-87487-043-9, (2016), S. 995-998

https://doi.org/10.1109/EuMC.2016.7824513
Goj, Boris; Dressler, Lothar; Dittrich, Lars; Hoffmann, Martin
Resonant three-dimensional electrostatic actuator in silicon technology. - In: ACTUATOR 16, ISBN 978-3-933339-26-3, (2016), S. 327-331

We introduce a controlled triaxial electrostatic actuator which is suitable for multiple applications such as force sensing, microprobing, nanoindenting and cell manipulation. The system comprises an arrangement of serpentine springs, three independently controlled electrostatic actuators, one for each Cartesian direction, and a stylus featuring a ruby ball that is utilised as force transducer. The design, the calculation and the characterisation of the triaxial electrostatic actuator are presented. Crucial features of the actuator are the multiple application scenarios, the compact design, the low actuation voltage and the independent motion in three Cartesian directions even though a shared suspension is employed.



Schneider, Mike;
Energieautarke Sensoren zur Erfassung von Temperatur-Zeit-Integralen. - Ilmenau : Universitätsbibliothek, 2016. - 1 Online-Ressource (IX, 125 Seiten)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2016

Ziel der vorliegenden Arbeit ist die Entwicklung eines Sensorkonzeptes zur Überwachung von Temperatur-Zeit-Integralen, wie sie beispielsweise bei gekühlter Lagerung von Lebensmitteln oder der Sterilisation von Pharmaprodukten eine Rolle spielen. Im Fokus standen dabei die Anforderungen, welche sich aus der technologischen Umsetzung, Logistik, Produktsicherheit oder den Bedürfnissen des Verbrauchers ergeben. Um dem gerecht zu werden, wurde während des gesamten Entwicklungsprozesses eine Integration direkt in den Herstellungsprozess des Packstoffes, sowie die Anbindung an einen RFID-Transponder vorgesehen und berücksichtigt. Auf diese Weise sollen Konzepte dieser Art kostengünstig und sicher auf Item-Level, d.h. In einzelnen Produkten zur Anwendung kommen. Hierfür wurden verschiedene temperaturgesteuerte physikalische Konzepte wie die Diffusion von Flüssigkeiten in Polymere, Quervernetzung von Polymeren und Kapillareffekte untersucht und deren Umsetzbarkeit bewertet. Der Kapillareffekt erwies sich dabei als die Variante mit dem größten Potential hinsichtlich Einstellbarkeit auf verschiedene Szenarien. Der Kriechvorgang in einer Flüssigkeit mit temperaturabhängiger Viskosität wurde mittels vereinfachter Navier-Stokes-Gleichung für rechteckige Querschnitte wie sie mit planaren Herstellungstechniken hergestellt werden können, analytisch modelliert. Die Herausforderung lag hierbei im Gegensatz zum stationären Zustand auf der Beibehaltung der zeitlichen Abhängigkeit der Strömungsgeschwindigkeit. Aus dem Modell konnten so die für den Kriechprozess entscheidenden geometrischen und stofflichen Parameter bestimmt werden, welche die Kriechgeschwindigkeit beeinflussen. Damit ist es möglich Designrichtlinien hinsichtlich Materialauswahl und Geometrie für die jeweiligen Anwendungen abzuleiten. Abschließend wurde ein Demonstrator aufgebaut, der die Auswertung des Kriechvorgangs eines leitenden Wachses an definierten Stellen durch resistive Messung ermöglicht und gleichzeitig modular mit einem RFID-Transponder verbunden werden kann. Für den Aufbau wurde dabei ein Polymer als Träger für die Kanalstrukturen gewählt um so die Übertragbarkeit in den Herstellungsprozess von Verpackungsmaterialien zu demonstrieren.



http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2016000508
Müller, Lutz; Mehner, Hannes; Hoffmann, Martin
MEMS gas ionization sensor with palladium nanostructures for use at ambient pressure. - In: 27th Micromechanics and Microsystems Europe Workshop, (2016), 012023, insges. 5 S.

http://dx.doi.org/10.1088/1742-6596/757/1/012023
Mehner, Hannes; Müller, Lutz; Biermann, Steffen; Hänschke, Frank; Hoffmann, Martin
Process flow to integrate nanostructures on silicon grass in surface micromachined systems. - In: 27th Micromechanics and Microsystems Europe Workshop, (2016), 012022, insges. 4 S.

http://dx.doi.org/10.1088/1742-6596/757/1/012022
Degenhardt, Sarah; Cheriguen, Yahia; Geiling, Thomas; Hoffmann, Martin
Micro-Venturi injector: design, experimental and simulative examination. - In: 27th Micromechanics and Microsystems Europe Workshop, (2016), 012027, insges. 6 S.

http://dx.doi.org/10.1088/1742-6596/757/1/012027
Lu, Pai; Ohlckers, Per; Müller, Lutz; Leopold, Steffen; Hoffmann, Martin; Grigoras, Kestutis; Ahopelto, Jouni; Prunnila, Mika; Chen, Xuyuan
Nano fabricated silicon nanorod array with titanium nitride coating for on-chip supercapacitors. - In: Electrochemistry communications, ISSN 1873-1902, Bd. 70 (2016), S. 51-55

http://dx.doi.org/10.1016/j.elecom.2016.07.002
Silva Cortes, Victor; Podoskin, Dmitry; Stegner, Johannes; Fischer, Michael; Gropp, Sebastian; Hein, Matthias; Hoffmann, Martin; Müller, Jens; Weigel, Robert; Fischer, Georg; Hagelauer, Amelie
Evaluation of a multiphysical RF MEMS oscillator based on LTE receiver performance requirements. - In: 2016 21st International Conference on Microwave, Radar and Wireless Communications (MIKON), ISBN 978-1-5090-2214-4, (2016), insges. 4 S.

http://dx.doi.org/10.1109/MIKON.2016.7492025
Stegner, Johannes; Stehr, Uwe; Podoskin, Dmitry; Gropp, Sebastian; Fischer, Michael; Hoffmann, Martin; Müller, Jens; Hein, Matthias
Hybrid-integrated RF MEMS-based reference oscillator using a silicon-ceramic composite substrate. - In: 2016 German Microwave Conference, ISBN 978-3-9812668-7-0, (2016), S. 353-356

http://dx.doi.org/10.1109/GEMIC.2016.7461629
Leopold, Steffen; Knöbber, Fabian; Pätz, Daniel
Aluminum nitride and diamond membranes for tunable micro-optics. - In: Tunable micro-optics, (2016), S. 219-240

Pätz, Daniel; Leopold, Steffen; Zürbig, Verena; Deutschmann, Tobias
Adaptive scanning micro-eye. - In: Tunable micro-optics, (2016), S. 369-394

Müller, Jens; Hannappel, Thomas; Hoffmann, Martin; Jacobs, Heiko O.; Lei, Yong; Rangelow, Ivo W.; Schaaf, Peter
Application of nanostructuring, nanomaterials and micro-nano-integration for improved components and system's performance. - In: 2016 Pan Pacific Microelectronics Symposium (Pan Pacific), ISBN 978-0-9888873-9-8, (2016), insges. 10 S.

http://dx.doi.org/10.1109/PanPacific.2016.7428387
Bunge, Frank; Leopold, Steffen; Bohm, Sebastian; Hoffmann, Martin
Scanning micromirror for large, quasi-static 2D-deflections based on electrostatic driven rotation of a hemisphere. - In: Sensors and actuators, ISSN 1873-3069, Bd. 243 (2016), S. 159-166

http://dx.doi.org/10.1016/j.sna.2016.02.031
Weinberger, Stefan; Nguyen, Tran Trung; Lecomte, Roméo; Cheriguen, Yahia; Ament, Christoph; Hoffmann, Martin
Linearized control of an uniaxial micromirror with electrostatic parallel-plate actuation. - In: Microsystem technologies, ISSN 1432-1858, Bd. 22 (2016), 2, S. 441-447

http://dx.doi.org/10.1007/s00542-015-2535-2
Krömker, Heidi; Hoffmann, Martin; Huntemann, Nadja
Anwendungsorientierte Fachlandkarten: Fallbeispiel Mikro-Nano-Integration. - In: Anwendungsorientierung und Wissenschaftsorientierung in der Ingenieurbildung, (2016), S. 36-42

Gropp, Sebastian; Fischer, Michael; Frank, Astrid; Schäffel, Christoph; Müller, Jens; Hoffmann, Martin
Fabrication of an RF-MEMS-switch on a hybrid Si-ceramic substrate. - In: 12th IMAPS/ACerS International Conference on Ceramic Interconnect and Ceramic Microsystems Technologies (CICMT 2016), ISBN 978-1-5108-2937-4, Bd. 2016 (2016), CICMT (Mai), Seite 000118-000121

https://doi.org/10.4071/2016CICMT-WA24
Fischer, Michael; Welker, Tilo; Leistritz, Bianca; Gropp, Sebastian; Schäffel, Christoph; Hoffmann, Martin; Müller, Jens
Investigations of metal systems in a silicon ceramic composite substrate for electrical and thermal contacts as well as associated mounting aspects. - In: Additional conferences (Device packaging, HiTEC, HiTEN, & CICMT), ISSN 2380-4491, Bd. 2016 (2016), CICMT (Mai), Seite 000107-000110

https://doi.org/10.4071/2016CICMT-WA22
Mehner, Hannes; Müller, Lutz; Biermann, Steffen; Hänschke, Frank; Hoffmann, Martin
Process flow for integration silicon grass with metallic nanostructures in surface micromachined systems. - In: Micro-Nano-Integration, (2016), S. 123-125

http://ieeexplore.ieee.org/document/7776074/
Müller, Lutz; Hoffmann, Martin; Maier, Konrad; Helwig, Andreas; Müller, Gerhard
Low temperature catalytic combustible hydrogen MEMS gas sensor enhanced by Si-Pt nanostructures. - In: Micro-Nano-Integration, (2016), S. 73-76

http://ieeexplore.ieee.org/document/7776064/
Gropp, Sebastian; Fischer, Michael; Müller, Jens; Hoffmann, Martin
Wetting behaviour of LTCC and glasses on nanostructured silicon surfaces during sintering. - In: Micro-Nano-Integration, (2016), S. 54-58

http://ieeexplore.ieee.org/document/7776061/
Krömker, Heidi; Hoffmann, Martin
Wissensplattform zur Mikro-Nano-Integration: das Unsichtbare sichtbar machen. - In: Mikro-Nano-Integration, (2016), S. 64-67

Hoffmann, Martin; Wedrich, Karin; Schmitt, Phillipp; Mehner, Hannes; Jurisch, Reinhard
Non-electrical sensing and storing an alternative to electrical energy harvesting. - In: Procedia engineering, ISSN 1877-7058, Bd. 168 (2016), S. 1621-1625

https://doi.org/10.1016/j.proeng.2016.11.475
Woetzel, Stefan;
Mikrosystemtechnisch integriertes, optisch gepumptes Magnetometer. - Ilmenau : Universitätsbibliothek, 2016. - 1 Online-Ressource (xiii,124 Seiten, 18.79 MB)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2016

Tag der Verteidigung: 31.08.2016

Die vorliegende Arbeit beinhaltet unterschiedliche Aspekte von Entwurf, Fertigung und Erforschung mikrofabrizierter Alkalidampfzellen. Alkalidampfzellen, also hermetisch versiegelte Volumina gefüllt mit Atomen eines Alkalimetalls, haben besondere Bedeutung als zentrales Element innerhalb von optisch gepumpten Magnetometern (OPM) sowie von kleinformatigen Frequenzstandards (bzw. Atomuhren). Moderne Entwicklungen in diesem Bereich gehen insbesondere zu einer Verringerung des Volumens bzw. der Größe der verwendeten Bauteile, da dies zum einen die bessere Integrierbarkeit der Sensoren gewährleistet und außerdem Probleme bei Messungen in inhomogenen Magnetfeldern (z.B. bei der Verwendung im Erdmagnetfeld) vermeidet bzw. beschränkt. Die Verringerung des Zellvolumens widerspricht jedoch gleichzeitig der Forderung an eine hohe Empfindlichkeit der Messung. Diesem aufkommenden Widerspruch zum einen, sowie dem mikrosystemtechnischen Fertigungsprozess der Zellen zum anderen ist diese Arbeit gewidmet. Hinsichtlich des Fertigungsprozesses werden Entwicklungen für die Handhabung des hier verwendeten, hochreaktiven Cäsiums sowie die Möglichkeit zur Passivierung des Zellkörpers mit dünnen Schichten aus Al2O3, abgeschieden mittels Atomlagenabscheidung, gegen den Einfluss des verwendeten Cäsiums vorgestellt. Hervorzuheben ist eine für den hermetischen Zellverschluss entwickelte Methode, welche anodisches Bonden bei Raumtemperatur und Spannungen im Bereich von 100 V erlaubt. Diese einzigartige Parameterkombination wird durch die Verwendung dünner Schichten eines lithiumhaltigen Glases mit hoher Ionenleitfähigkeit ermöglicht. Das Ergebnis dieser Arbeit besteht in einem Array aus mehreren Alkalidampfzellen, welche über Kanäle mit einer zentralen Struktur, dem Reservoir, verbunden sind. Das Reservoir dient der Aufnahme des Cäsiums. Der Aufbau des Arrays gewährleistet identische Eigenschaften bzw. Charakteristika der einzelnen Zellen. Insbesondere durch Anpassungen des verwendeten Puffergases sowie des in den Zellen herrschenden Puffergasdrucks konnte die erreichbare schrotrauschbegrenzte Empfindlichkeit der hergestellten Zellen auf Werte von ca. 150fT/ [Wurzel] Hz gesteigert werden. Bringt man diesen Wert in Relation zum Zellvolumen von 50mm^3 ergibt sich für die Zellen ein Wert von 33,6 fTcm^3/2 / [Wurzel] Hz. Dieser stellt für Messungen im verwendeten Arbeitsregime international einen Spitzenwert dar.



http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2016000784
Stegner, Johannes; Fischer, Michael; Gropp, Sebastian; Podoskin, Dmitry; Stehr, Uwe; Müller, Jens; Hoffmann, Martin; Hein, Matthias
Compact low phase-noise MEMS-based RF oscillator on a dedicated silicon-ceramic composite substrate. - In: 2016 46th European Microwave Conference, ISBN 978-2-87487-043-9, (2016), S. 995-998

https://doi.org/10.1109/EuMC.2016.7824513
Goj, Boris; Dressler, Lothar; Dittrich, Lars; Hoffmann, Martin
Resonant three-dimensional electrostatic actuator in silicon technology. - In: ACTUATOR 16, ISBN 978-3-933339-26-3, (2016), S. 327-331

We introduce a controlled triaxial electrostatic actuator which is suitable for multiple applications such as force sensing, microprobing, nanoindenting and cell manipulation. The system comprises an arrangement of serpentine springs, three independently controlled electrostatic actuators, one for each Cartesian direction, and a stylus featuring a ruby ball that is utilised as force transducer. The design, the calculation and the characterisation of the triaxial electrostatic actuator are presented. Crucial features of the actuator are the multiple application scenarios, the compact design, the low actuation voltage and the independent motion in three Cartesian directions even though a shared suspension is employed.



Schneider, Mike;
Energieautarke Sensoren zur Erfassung von Temperatur-Zeit-Integralen. - Ilmenau : Universitätsbibliothek, 2016. - 1 Online-Ressource (IX, 125 Seiten)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2016

Ziel der vorliegenden Arbeit ist die Entwicklung eines Sensorkonzeptes zur Überwachung von Temperatur-Zeit-Integralen, wie sie beispielsweise bei gekühlter Lagerung von Lebensmitteln oder der Sterilisation von Pharmaprodukten eine Rolle spielen. Im Fokus standen dabei die Anforderungen, welche sich aus der technologischen Umsetzung, Logistik, Produktsicherheit oder den Bedürfnissen des Verbrauchers ergeben. Um dem gerecht zu werden, wurde während des gesamten Entwicklungsprozesses eine Integration direkt in den Herstellungsprozess des Packstoffes, sowie die Anbindung an einen RFID-Transponder vorgesehen und berücksichtigt. Auf diese Weise sollen Konzepte dieser Art kostengünstig und sicher auf Item-Level, d.h. In einzelnen Produkten zur Anwendung kommen. Hierfür wurden verschiedene temperaturgesteuerte physikalische Konzepte wie die Diffusion von Flüssigkeiten in Polymere, Quervernetzung von Polymeren und Kapillareffekte untersucht und deren Umsetzbarkeit bewertet. Der Kapillareffekt erwies sich dabei als die Variante mit dem größten Potential hinsichtlich Einstellbarkeit auf verschiedene Szenarien. Der Kriechvorgang in einer Flüssigkeit mit temperaturabhängiger Viskosität wurde mittels vereinfachter Navier-Stokes-Gleichung für rechteckige Querschnitte wie sie mit planaren Herstellungstechniken hergestellt werden können, analytisch modelliert. Die Herausforderung lag hierbei im Gegensatz zum stationären Zustand auf der Beibehaltung der zeitlichen Abhängigkeit der Strömungsgeschwindigkeit. Aus dem Modell konnten so die für den Kriechprozess entscheidenden geometrischen und stofflichen Parameter bestimmt werden, welche die Kriechgeschwindigkeit beeinflussen. Damit ist es möglich Designrichtlinien hinsichtlich Materialauswahl und Geometrie für die jeweiligen Anwendungen abzuleiten. Abschließend wurde ein Demonstrator aufgebaut, der die Auswertung des Kriechvorgangs eines leitenden Wachses an definierten Stellen durch resistive Messung ermöglicht und gleichzeitig modular mit einem RFID-Transponder verbunden werden kann. Für den Aufbau wurde dabei ein Polymer als Träger für die Kanalstrukturen gewählt um so die Übertragbarkeit in den Herstellungsprozess von Verpackungsmaterialien zu demonstrieren.



http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2016000508
Müller, Lutz; Mehner, Hannes; Hoffmann, Martin
MEMS gas ionization sensor with palladium nanostructures for use at ambient pressure. - In: 27th Micromechanics and Microsystems Europe Workshop, (2016), 012023, insges. 5 S.

http://dx.doi.org/10.1088/1742-6596/757/1/012023
Mehner, Hannes; Müller, Lutz; Biermann, Steffen; Hänschke, Frank; Hoffmann, Martin
Process flow to integrate nanostructures on silicon grass in surface micromachined systems. - In: 27th Micromechanics and Microsystems Europe Workshop, (2016), 012022, insges. 4 S.

http://dx.doi.org/10.1088/1742-6596/757/1/012022
Degenhardt, Sarah; Cheriguen, Yahia; Geiling, Thomas; Hoffmann, Martin
Micro-Venturi injector: design, experimental and simulative examination. - In: 27th Micromechanics and Microsystems Europe Workshop, (2016), 012027, insges. 6 S.

http://dx.doi.org/10.1088/1742-6596/757/1/012027
Lu, Pai; Ohlckers, Per; Müller, Lutz; Leopold, Steffen; Hoffmann, Martin; Grigoras, Kestutis; Ahopelto, Jouni; Prunnila, Mika; Chen, Xuyuan
Nano fabricated silicon nanorod array with titanium nitride coating for on-chip supercapacitors. - In: Electrochemistry communications, ISSN 1873-1902, Bd. 70 (2016), S. 51-55

http://dx.doi.org/10.1016/j.elecom.2016.07.002
Silva Cortes, Victor; Podoskin, Dmitry; Stegner, Johannes; Fischer, Michael; Gropp, Sebastian; Hein, Matthias; Hoffmann, Martin; Müller, Jens; Weigel, Robert; Fischer, Georg; Hagelauer, Amelie
Evaluation of a multiphysical RF MEMS oscillator based on LTE receiver performance requirements. - In: 2016 21st International Conference on Microwave, Radar and Wireless Communications (MIKON), ISBN 978-1-5090-2214-4, (2016), insges. 4 S.

http://dx.doi.org/10.1109/MIKON.2016.7492025
Stegner, Johannes; Stehr, Uwe; Podoskin, Dmitry; Gropp, Sebastian; Fischer, Michael; Hoffmann, Martin; Müller, Jens; Hein, Matthias
Hybrid-integrated RF MEMS-based reference oscillator using a silicon-ceramic composite substrate. - In: 2016 German Microwave Conference, ISBN 978-3-9812668-7-0, (2016), S. 353-356

http://dx.doi.org/10.1109/GEMIC.2016.7461629
Leopold, Steffen; Knöbber, Fabian; Pätz, Daniel
Aluminum nitride and diamond membranes for tunable micro-optics. - In: Tunable micro-optics, (2016), S. 219-240

Pätz, Daniel; Leopold, Steffen; Zürbig, Verena; Deutschmann, Tobias
Adaptive scanning micro-eye. - In: Tunable micro-optics, (2016), S. 369-394

Müller, Jens; Hannappel, Thomas; Hoffmann, Martin; Jacobs, Heiko O.; Lei, Yong; Rangelow, Ivo W.; Schaaf, Peter
Application of nanostructuring, nanomaterials and micro-nano-integration for improved components and system's performance. - In: 2016 Pan Pacific Microelectronics Symposium (Pan Pacific), ISBN 978-0-9888873-9-8, (2016), insges. 10 S.

http://dx.doi.org/10.1109/PanPacific.2016.7428387
Bunge, Frank; Leopold, Steffen; Bohm, Sebastian; Hoffmann, Martin
Scanning micromirror for large, quasi-static 2D-deflections based on electrostatic driven rotation of a hemisphere. - In: Sensors and actuators, ISSN 1873-3069, Bd. 243 (2016), S. 159-166

http://dx.doi.org/10.1016/j.sna.2016.02.031
Weinberger, Stefan; Nguyen, Tran Trung; Lecomte, Roméo; Cheriguen, Yahia; Ament, Christoph; Hoffmann, Martin
Linearized control of an uniaxial micromirror with electrostatic parallel-plate actuation. - In: Microsystem technologies, ISSN 1432-1858, Bd. 22 (2016), 2, S. 441-447

http://dx.doi.org/10.1007/s00542-015-2535-2
Mehner, Hannes; Schwebke, Silvan; Leopold, Steffen; Hoffmann, Martin
Micromechanical binary counter mechanism for storing off-limit conditions. - In: MME 2015, (2015), S. 31

Leopold, Steffen; Pätz, Daniel; Sinzinger, Stefan; Hoffmann, Martin
The engineered eye - three-dimensional scanning of the object-space. - In: MME 2015, (2015), S. 22

Gropp, Sebastian; Fischer, Michael; Müller, Jens; Hoffmann, Martin
A hybrid SiCer substrate based on direct glass-based bonding of LTCC and silicon. - In: WaferBond '15, (2015), S. 21-22

Leopold, Steffen;
Aluminiumnitrid-Membranen für durchstimmbare refraktive Mikrooptiken. - Ilmenau : Universitätsbibliothek, 2015. - 1 Online-Ressource
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2015

Enthält Thesen

Während der Miniaturisierung optischer Systeme entstehen zwei zentrale Herausforderungen. Erstens sinkt der Informationsgehalt der Abbildung durch optische Mikrosysteme in Abhängigkeit von deren Größe. Zweitens muss während der Miniaturisierung optischer Systeme ihre Anpassungsfähigkeit erhalten bleiben. Dazu sind entsprechende Aktorkonzepte nötigt. Durchstimmbare optische Elemente können genutzt werden, um zeitlich nacheinander mehrere Teilbilder aufzuzeichnen. Eine Kombination dieser Bilder führt dann zu einer steigenden Gesamtinformation. Gleichzeitig ermöglicht dies eine durchstimmbare Informationsauswahl, bei der nur der relevante Teil der Gesamtinformation übertragen wird. Ziel dieser Arbeit ist der Aufbau optischer Mikrosysteme zur durchstimmbaren Informationsauswahl. Dies umfasst die dreidimensionale Abtastung des Objektraums sowie einen anamorphotischen Zoom. Die dazu benötigten durchstimmbaren Einzelelemente Linse, Zylinderlinse und Prisma werden in dieser Arbeit entworfen und charakterisiert. Die Umsetzung dieser Elemente erfolgt auf der Basis von nanokristallinen Aluminiumnitrid-Membranen. Durch ihr ideal elastisches Verhalten eignen sich die flexiblen und transparenten Dünnschichten für den Aufbau flüssigkeitsgefüllter Membranlinsen. Für thermomechanische Aktoren sind die hohe Temperaturleitfähigkeit und die hohe Energiedichte von Aluminiumnitrid vorteilhalft. Ein optimiertes Membrandesign ermöglicht die Fertigung kompakter Zylinderlinsen. Dabei beträgt die nutzbare Apertur 3&hahog;3mm 2, was 35 % der Membranfläche entspricht. Für den Aufbau von zwei gekreuzten Zylinderlinsen wird eine hybride Integration von Silicium und Mehrlagenkeramik genutzt. Dies kombiniert die Vorteile beider Technologien und reduziert den Abstand der optisch wirksamen Flächen. Aus insgesamt vier Zylinderlinsen besteht der anamorphotische Zoom. Er ermöglicht die Funktionalität eines klassischen Zooms sowie die individuelle Streckung und Stauchung der Bildhöhe und -breite. Mit diesem System sind Abbildungsmaßstäbe von -0,5 bis -2 erzielbar. Die Funktionalität der Prismen beruht auf der Deformation eines Flüssigkeitstropfens, wobei dieser einen Keil mit durchstimmbaren Winkel formt. Dazu wird ein neuartiger Aktor entwickelt, dessen Funktion auf der thermomechanischen Modulation der remanenten Spannung in Aluminiumnitrid-Balken beruht. Die dreidimensionale Abtastung des Objektraums erfolgt mittels einer sphärischen Membranlinse und zwei durchstimmbarer Prismen. Über die durchstimmbare Linse lässt sich bei fester Bildweite die abgebildete Objektebene auswählen. Mittels zwei gekreuzt angeordneter Prismen lässt sich diese Ebene dann abtasten. Dieses System erlaubt die horizontale und vertikale Verschiebung der Bildinformation um 15 % bzw. 30 % bezogen auf die Sensoroberfläche. Dies entspricht einer Steigerung der Gesamtinformation um 50 %.



http://www.db-thueringen.de/servlets/DocumentServlet?id=27245
Gropp, Sebastian; Fischer, Michael; Dittrich, Lars; Capraro, Beate; Müller, Jens; Hoffmann, Martin
Wetting behaviour of glasses on nanostructured silicon surfaces. - In: Journal of Electrical Engineering, ISSN 2328-2223, Bd. 3 (2015), 1, S. 15-20

http://dx.doi.org/10.17265/2328-2223/2015.01.002
Podoskin, Dmitry; Brückner, Klemens; Fischer, Michael; Gropp, Sebastian; Krauße, Dominik; Nowak, Jacek; Hoffmann, Martin; Müller, Jens; Sommer, Ralf; Hein, Matthias A.
Multi-technology design of a MEMS-based integrated RF oscillator using a novel silicon-ceramic compound substrate. - In: 2nd International Scientific Symposium "Sense. Enable. SPITSE." 2015, 22 June - 03 July 2015, ISBN 978-5-7629-1647-9, (2015), S. 24-27

Fischer, Michael; Gropp, Sebastian; Nowak, Jacek; Capraro, Beate; Sommer, Ralf; Hoffmann, Martin; Müller, Jens
Radio frequency microelectromechanical system-platform based on silicon-ceramic composite substrates. - In: Journal of microelectronics and electronic packaging, Bd. 12 (2015), 1, S. 37-42

http://dx.doi.org/10.4071/imaps.442
Hanitsch, Stefan; Hoffmann, Martin
Self-aligning mold for hydrogel micro casting. - In: Biomedical engineering, ISSN 1862-278X, Bd. 60.2015, S1, S. S105

http://dx.doi.org/10.1515/bmt-2015-5004
Wurmus, Helmut; Hoffmann, Martin
Das Fachgebiet Mikromechanische Systeme. - In: Jenaer Jahrbuch zur Technik- und Industriegeschichte, ISSN 2198-6746, Bd. 18 (2015), S. 319-331

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&ring; 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&ring; bis +9,3&ring; und der Rahmen im Bereich von -10,9&ring; bis +6,2&ring; 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&ring;. 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.



http://www.db-thueringen.de/servlets/DocumentServlet?id=26890
Endrödy, B.; Mehner, Hannes; Hoffmann, Martin
Zweiachsiger Mikroschrittaktor mit großem Stellweg für die Positionierung von Blenden-Arrays. - In: MEMS, Mikroelemente, Systeme, (2015), S. 773-776

Gropp, Sebastian; Fischer, Michael; Hoffmann, Martin
Aufbau eines HF-MEMS-Schalters in einem Silicium-Keramik-Verbundsubstrat. - In: MEMS, Mikroelemente, Systeme, (2015), S. 665-668

Mehner, Hannes; Schwebke, Silvan; Leopold, Steffen; Hoffmann, Martin
Autonomer binärer Zähler für die Erfassung von Grenzwertereignissen. - In: MEMS, Mikroelemente, Systeme, (2015), S. 342-345

Weigel, Christoph; Schneider, Mike; Hoffmann, Martin; Kahl, Sebastian; Jurisch, Reinhard
Autonomer Sensor für den Sauerstoffnachweis in Verpackungen mittels natürlicher Fettsäuren. - In: MEMS, Mikroelemente, Systeme, (2015), S. 278-281

Fischer, Michael; Karolewski, Dominik; Welker, Tilo; Schelestow, Kristina; Gropp, Sebastian; Hoffmann, Martin; Müller, Jens
Thermisches Verhalten von SiCer - ein innovatives Verbundsubstrat für MEMS. - In: MEMS, Mikroelemente, Systeme, (2015), S. 262-265

Weigel, A.; Grewe, Adrian; Hoffmann, Martin
Design und Fertigung eines optofluidischen Messsystems zur kapnometrischen Überwachung. - In: MEMS, Mikroelemente, Systeme, (2015), S. 218-221

Mehner, Hannes; Weise, Christoph; Schwebke, Silvan; Hampl, Stefan; Hoffmann, Martin
Autonomer Mikrosensor zur Integration von Stoßereignissen. - In: MEMS, Mikroelemente, Systeme, (2015), S. 159-162

Weigel, Christoph; Markweg, Eric; Hoffmann, Martin;
In Kieselglas monolithisch integriertes Interferometer. - In: MEMS, Mikroelemente, Systeme, (2015), S. 138-141

Leopold, Steffen; Pätz, Daniel; Sinzinger, Stefan; Hoffmann, Martin
Das Technische Auge - dreidimensionale Abtastung des Objektraums. - In: MEMS, Mikroelemente, Systeme, (2015), S. 73-76

The photoluminescence intensity of group III nitrides, nanowires, and heterostructures (NWHs) strongly depends on the environmental H2 and O2 concentration. We used this opto-chemical transducer principle for the realization of a gas detector. To make this technology prospectively available to commercial gas-monitoring applications, a large-scale laboratory setup was miniaturized. To this end the gas-sensitive NWHs were integrated with electro-optical components for optical addressing and read out within a com-pact and robust sensor system. This paper covers the entire realization process of the device from its conceptual draft and optical design to its fabrication and assembly. The applied approaches are verified with intermediate results of profilometric characterizations and optical performance measurements of subsystems. Finally the gas-sensing capabilities of the integrated detector are experimentally proven and optimized.



Goj, Boris; Dressler, Lothar; Hoffmann, Martin;
Ein dreiachsiger oszillierender Mikrotaster für die Koordinatenmesstechnik. - In: MEMS, Mikroelemente, Systeme, (2015), S. 40-43

Goj, Boris; Dressler, Lothar; Hoffmann, Martin;
Design and characterization of a resonant triaxial microprobe. - In: Journal of micromechanics and microengineering, ISSN 1361-6439, Bd. 25 (2015), 12, 125011, insges. 9 S.

https://doi.org/10.1088/0960-1317/25/12/125011
Weigel, Christoph; Schneider, Mike; Schmitt, Jean; Hoffmann, Martin; Kahl, Sebastian; Jurisch, Reinhard
Self-sufficient sensor for oxygen detection in packaging via radio-frequency identification. - In: Journal of sensors and sensor systems, ISSN 2194-878X, Bd. 4 (2015), 1, S. 179-186

http://dx.doi.org/10.5194/jsss-4-179-2015
Endrödy, Csaba; Mehner, Hannes; Grewe, Adrian; Sinzinger, Stefan; Hoffmann, Martin
2D stepping microdrive for hyperspectral imaging. - In: Smart sensors, actuators, and MEMS VII; and cyber physical systems, 2015, 95170K, insges. 10 S.

Podoskin, Dmitry; Brückner, Klemens; Fischer, Michael; Gropp, Sebastian; Krauße, Dominik; Nowak, Jacek; Hoffmann, Martin; Müller, Jens; Sommer, Ralf
Multi-technology design of an integrated MEMS-based RF oscillator using a novel silicon-ceramic compound substrate. - In: 2015 German Microwave Conference (GeMiC), ISBN 978-1-4799-6681-3, (2015), S. 406-409

http://dx.doi.org/10.1109/GEMIC.2015.7107839
Hillenbrand, Matthias; Weiß, Robert; Endrödy, Csaba; Grewe, Adrian; Hoffmann, Martin; Sinzinger, Stefan
Chromatic confocal matrix sensor with actuated pinhole arrays. - In: Applied optics, ISSN 2155-3165, Bd. 54 (2015), 15, S. 4927-4935

https://doi.org/10.1364/AO.54.004927
Gropp, Sebastian; Frank, Astrid; Fischer, Michael; Schäffel, Christoph; Müller, Jens; Hoffmann, Martin
Electrostatic parallel-plate MEMS switch on silicon-ceramic-composite-substrates. - In: 2015 German Microwave Conference (GeMiC), ISBN 978-1-4799-6681-3, (2015), S. 414-417

http://dx.doi.org/10.1109/GEMIC.2015.7107841
Fischer, Michael; Gropp, Sebastian; Nowak, Jacek; Sommer, Ralf; Hoffmann, Martin; Müller, Jens
RF-MEMS-platform based on silicon-ceramic-composite-substrates. - In: 2015 German Microwave Conference (GeMiC), ISBN 978-1-4799-6681-3, (2015), S. 398-401

http://dx.doi.org/10.1109/GEMIC.2015.7107837
Endrödy, Csaba; Mehner, Hannes; Grewe, Adrian; Sinzinger, Stefan; Hoffmann, Martin
2D stepping drive for hyperspectral systems. - In: Journal of micromechanics and microengineering, ISSN 1361-6439, Bd. 25 (2015), 7, 074002, insges. 9 S.

We present the design, fabrication and characterization of a compact 2D stepping microdrive for pinhole array positioning. The miniaturized solution enables a highly integrated compact hyperspectral imaging system. Based on the geometry of the pinhole array, an inch-worm drive with electrostatic actuators was designed resulting in a compact (1 cm2) positioning system featuring a step size of about 15 [my]m in a 170 [my]m displacement range. The high payload (20 mg) as required for the pinhole array and the compact system design exceed the known electrostatic inch-worm-based microdrives.



https://doi.org/10.1088/0960-1317/25/7/074002
Mehner, Hannes; Weise, Christoph; Schwebke, Silvan; Hampl, Stefan; Hoffmann, Martin
A passive microsystem for detecting multiple acceleration events beyond a threshold. - In: Microelectronic engineering, Bd. 145 (2015), S. 104-111

http://dx.doi.org/10.1016/j.mee.2015.03.023
Endrödy, Csaba; Mehner, Hannes; Grewe, Adrian; Hoffmann, Martin
Linear micromechanical stepping drive for pinhole array positioning. - In: Journal of micromechanics and microengineering, ISSN 1361-6439, Bd. 25 (2015), 5, 055009, insges. 9 S.

A compact linear micromechanical stepping drive for positioning a 7 × 5.5 mm^2 optical pinhole array is presented. The system features a step size of 13.2 [my]m and a full displacement range of 200 [my]m. The electrostatic inch-worm stepping mechanism shows a compact design capable of positioning a payload 50% of its own weight. The stepping drive movement, step sizes and position accuracy are characterized. The actuated pinhole array is integrated in a confocal chromatic hyperspectral imaging system, where coverage of the object plane, and therefore the useful picture data, can be multiplied by 14 in contrast to a non-actuated array.



https://doi.org/10.1088/0960-1317/25/5/055009
Mehner, Hannes; Schwebke, Silvan; Leopold, Steffen; Hoffmann, Martin
Micromechanical binary counter mechanism for storing off-limit conditions. - In: MME 2015, (2015), S. 31

Leopold, Steffen; Pätz, Daniel; Sinzinger, Stefan; Hoffmann, Martin
The engineered eye - three-dimensional scanning of the object-space. - In: MME 2015, (2015), S. 22

Gropp, Sebastian; Fischer, Michael; Müller, Jens; Hoffmann, Martin
A hybrid SiCer substrate based on direct glass-based bonding of LTCC and silicon. - In: WaferBond '15, (2015), S. 21-22

Leopold, Steffen;
Aluminiumnitrid-Membranen für durchstimmbare refraktive Mikrooptiken. - Ilmenau : Universitätsbibliothek, 2015. - 1 Online-Ressource
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2015

Enthält Thesen

Während der Miniaturisierung optischer Systeme entstehen zwei zentrale Herausforderungen. Erstens sinkt der Informationsgehalt der Abbildung durch optische Mikrosysteme in Abhängigkeit von deren Größe. Zweitens muss während der Miniaturisierung optischer Systeme ihre Anpassungsfähigkeit erhalten bleiben. Dazu sind entsprechende Aktorkonzepte nötigt. Durchstimmbare optische Elemente können genutzt werden, um zeitlich nacheinander mehrere Teilbilder aufzuzeichnen. Eine Kombination dieser Bilder führt dann zu einer steigenden Gesamtinformation. Gleichzeitig ermöglicht dies eine durchstimmbare Informationsauswahl, bei der nur der relevante Teil der Gesamtinformation übertragen wird. Ziel dieser Arbeit ist der Aufbau optischer Mikrosysteme zur durchstimmbaren Informationsauswahl. Dies umfasst die dreidimensionale Abtastung des Objektraums sowie einen anamorphotischen Zoom. Die dazu benötigten durchstimmbaren Einzelelemente Linse, Zylinderlinse und Prisma werden in dieser Arbeit entworfen und charakterisiert. Die Umsetzung dieser Elemente erfolgt auf der Basis von nanokristallinen Aluminiumnitrid-Membranen. Durch ihr ideal elastisches Verhalten eignen sich die flexiblen und transparenten Dünnschichten für den Aufbau flüssigkeitsgefüllter Membranlinsen. Für thermomechanische Aktoren sind die hohe Temperaturleitfähigkeit und die hohe Energiedichte von Aluminiumnitrid vorteilhalft. Ein optimiertes Membrandesign ermöglicht die Fertigung kompakter Zylinderlinsen. Dabei beträgt die nutzbare Apertur 3&hahog;3mm 2, was 35 % der Membranfläche entspricht. Für den Aufbau von zwei gekreuzten Zylinderlinsen wird eine hybride Integration von Silicium und Mehrlagenkeramik genutzt. Dies kombiniert die Vorteile beider Technologien und reduziert den Abstand der optisch wirksamen Flächen. Aus insgesamt vier Zylinderlinsen besteht der anamorphotische Zoom. Er ermöglicht die Funktionalität eines klassischen Zooms sowie die individuelle Streckung und Stauchung der Bildhöhe und -breite. Mit diesem System sind Abbildungsmaßstäbe von -0,5 bis -2 erzielbar. Die Funktionalität der Prismen beruht auf der Deformation eines Flüssigkeitstropfens, wobei dieser einen Keil mit durchstimmbaren Winkel formt. Dazu wird ein neuartiger Aktor entwickelt, dessen Funktion auf der thermomechanischen Modulation der remanenten Spannung in Aluminiumnitrid-Balken beruht. Die dreidimensionale Abtastung des Objektraums erfolgt mittels einer sphärischen Membranlinse und zwei durchstimmbarer Prismen. Über die durchstimmbare Linse lässt sich bei fester Bildweite die abgebildete Objektebene auswählen. Mittels zwei gekreuzt angeordneter Prismen lässt sich diese Ebene dann abtasten. Dieses System erlaubt die horizontale und vertikale Verschiebung der Bildinformation um 15 % bzw. 30 % bezogen auf die Sensoroberfläche. Dies entspricht einer Steigerung der Gesamtinformation um 50 %.



http://www.db-thueringen.de/servlets/DocumentServlet?id=27245
Gropp, Sebastian; Fischer, Michael; Dittrich, Lars; Capraro, Beate; Müller, Jens; Hoffmann, Martin
Wetting behaviour of glasses on nanostructured silicon surfaces. - In: Journal of Electrical Engineering, ISSN 2328-2223, Bd. 3 (2015), 1, S. 15-20

http://dx.doi.org/10.17265/2328-2223/2015.01.002
Podoskin, Dmitry; Brückner, Klemens; Fischer, Michael; Gropp, Sebastian; Krauße, Dominik; Nowak, Jacek; Hoffmann, Martin; Müller, Jens; Sommer, Ralf; Hein, Matthias A.
Multi-technology design of a MEMS-based integrated RF oscillator using a novel silicon-ceramic compound substrate. - In: 2nd International Scientific Symposium "Sense. Enable. SPITSE." 2015, 22 June - 03 July 2015, ISBN 978-5-7629-1647-9, (2015), S. 24-27

Fischer, Michael; Gropp, Sebastian; Nowak, Jacek; Capraro, Beate; Sommer, Ralf; Hoffmann, Martin; Müller, Jens
Radio frequency microelectromechanical system-platform based on silicon-ceramic composite substrates. - In: Journal of microelectronics and electronic packaging, Bd. 12 (2015), 1, S. 37-42

http://dx.doi.org/10.4071/imaps.442
Hanitsch, Stefan; Hoffmann, Martin
Self-aligning mold for hydrogel micro casting. - In: Biomedical engineering, ISSN 1862-278X, Bd. 60.2015, S1, S. S105

http://dx.doi.org/10.1515/bmt-2015-5004
Wurmus, Helmut; Hoffmann, Martin
Das Fachgebiet Mikromechanische Systeme. - In: Jenaer Jahrbuch zur Technik- und Industriegeschichte, ISSN 2198-6746, Bd. 18 (2015), S. 319-331

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&ring; 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&ring; bis +9,3&ring; und der Rahmen im Bereich von -10,9&ring; bis +6,2&ring; 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&ring;. 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.



http://www.db-thueringen.de/servlets/DocumentServlet?id=26890
Endrödy, B.; Mehner, Hannes; Hoffmann, Martin
Zweiachsiger Mikroschrittaktor mit großem Stellweg für die Positionierung von Blenden-Arrays. - In: MEMS, Mikroelemente, Systeme, (2015), S. 773-776

Gropp, Sebastian; Fischer, Michael; Hoffmann, Martin
Aufbau eines HF-MEMS-Schalters in einem Silicium-Keramik-Verbundsubstrat. - In: MEMS, Mikroelemente, Systeme, (2015), S. 665-668

Mehner, Hannes; Schwebke, Silvan; Leopold, Steffen; Hoffmann, Martin
Autonomer binärer Zähler für die Erfassung von Grenzwertereignissen. - In: MEMS, Mikroelemente, Systeme, (2015), S. 342-345

Weigel, Christoph; Schneider, Mike; Hoffmann, Martin; Kahl, Sebastian; Jurisch, Reinhard
Autonomer Sensor für den Sauerstoffnachweis in Verpackungen mittels natürlicher Fettsäuren. - In: MEMS, Mikroelemente, Systeme, (2015), S. 278-281

Fischer, Michael; Karolewski, Dominik; Welker, Tilo; Schelestow, Kristina; Gropp, Sebastian; Hoffmann, Martin; Müller, Jens
Thermisches Verhalten von SiCer - ein innovatives Verbundsubstrat für MEMS. - In: MEMS, Mikroelemente, Systeme, (2015), S. 262-265

Weigel, A.; Grewe, Adrian; Hoffmann, Martin
Design und Fertigung eines optofluidischen Messsystems zur kapnometrischen Überwachung. - In: MEMS, Mikroelemente, Systeme, (2015), S. 218-221

Mehner, Hannes; Weise, Christoph; Schwebke, Silvan; Hampl, Stefan; Hoffmann, Martin
Autonomer Mikrosensor zur Integration von Stoßereignissen. - In: MEMS, Mikroelemente, Systeme, (2015), S. 159-162

Weigel, Christoph; Markweg, Eric; Hoffmann, Martin;
In Kieselglas monolithisch integriertes Interferometer. - In: MEMS, Mikroelemente, Systeme, (2015), S. 138-141

Leopold, Steffen; Pätz, Daniel; Sinzinger, Stefan; Hoffmann, Martin
Das Technische Auge - dreidimensionale Abtastung des Objektraums. - In: MEMS, Mikroelemente, Systeme, (2015), S. 73-76

The photoluminescence intensity of group III nitrides, nanowires, and heterostructures (NWHs) strongly depends on the environmental H2 and O2 concentration. We used this opto-chemical transducer principle for the realization of a gas detector. To make this technology prospectively available to commercial gas-monitoring applications, a large-scale laboratory setup was miniaturized. To this end the gas-sensitive NWHs were integrated with electro-optical components for optical addressing and read out within a com-pact and robust sensor system. This paper covers the entire realization process of the device from its conceptual draft and optical design to its fabrication and assembly. The applied approaches are verified with intermediate results of profilometric characterizations and optical performance measurements of subsystems. Finally the gas-sensing capabilities of the integrated detector are experimentally proven and optimized.



Goj, Boris; Dressler, Lothar; Hoffmann, Martin;
Ein dreiachsiger oszillierender Mikrotaster für die Koordinatenmesstechnik. - In: MEMS, Mikroelemente, Systeme, (2015), S. 40-43

Goj, Boris; Dressler, Lothar; Hoffmann, Martin;
Design and characterization of a resonant triaxial microprobe. - In: Journal of micromechanics and microengineering, ISSN 1361-6439, Bd. 25 (2015), 12, 125011, insges. 9 S.

https://doi.org/10.1088/0960-1317/25/12/125011
Weigel, Christoph; Schneider, Mike; Schmitt, Jean; Hoffmann, Martin; Kahl, Sebastian; Jurisch, Reinhard
Self-sufficient sensor for oxygen detection in packaging via radio-frequency identification. - In: Journal of sensors and sensor systems, ISSN 2194-878X, Bd. 4 (2015), 1, S. 179-186

http://dx.doi.org/10.5194/jsss-4-179-2015
Endrödy, Csaba; Mehner, Hannes; Grewe, Adrian; Sinzinger, Stefan; Hoffmann, Martin
2D stepping microdrive for hyperspectral imaging. - In: Smart sensors, actuators, and MEMS VII; and cyber physical systems, 2015, 95170K, insges. 10 S.

Podoskin, Dmitry; Brückner, Klemens; Fischer, Michael; Gropp, Sebastian; Krauße, Dominik; Nowak, Jacek; Hoffmann, Martin; Müller, Jens; Sommer, Ralf
Multi-technology design of an integrated MEMS-based RF oscillator using a novel silicon-ceramic compound substrate. - In: 2015 German Microwave Conference (GeMiC), ISBN 978-1-4799-6681-3, (2015), S. 406-409

http://dx.doi.org/10.1109/GEMIC.2015.7107839
Hillenbrand, Matthias; Weiß, Robert; Endrödy, Csaba; Grewe, Adrian; Hoffmann, Martin; Sinzinger, Stefan
Chromatic confocal matrix sensor with actuated pinhole arrays. - In: Applied optics, ISSN 2155-3165, Bd. 54 (2015), 15, S. 4927-4935

https://doi.org/10.1364/AO.54.004927
Gropp, Sebastian; Frank, Astrid; Fischer, Michael; Schäffel, Christoph; Müller, Jens; Hoffmann, Martin
Electrostatic parallel-plate MEMS switch on silicon-ceramic-composite-substrates. - In: 2015 German Microwave Conference (GeMiC), ISBN 978-1-4799-6681-3, (2015), S. 414-417

http://dx.doi.org/10.1109/GEMIC.2015.7107841
Fischer, Michael; Gropp, Sebastian; Nowak, Jacek; Sommer, Ralf; Hoffmann, Martin; Müller, Jens
RF-MEMS-platform based on silicon-ceramic-composite-substrates. - In: 2015 German Microwave Conference (GeMiC), ISBN 978-1-4799-6681-3, (2015), S. 398-401

http://dx.doi.org/10.1109/GEMIC.2015.7107837
Endrödy, Csaba; Mehner, Hannes; Grewe, Adrian; Sinzinger, Stefan; Hoffmann, Martin
2D stepping drive for hyperspectral systems. - In: Journal of micromechanics and microengineering, ISSN 1361-6439, Bd. 25 (2015), 7, 074002, insges. 9 S.

We present the design, fabrication and characterization of a compact 2D stepping microdrive for pinhole array positioning. The miniaturized solution enables a highly integrated compact hyperspectral imaging system. Based on the geometry of the pinhole array, an inch-worm drive with electrostatic actuators was designed resulting in a compact (1 cm2) positioning system featuring a step size of about 15 [my]m in a 170 [my]m displacement range. The high payload (20 mg) as required for the pinhole array and the compact system design exceed the known electrostatic inch-worm-based microdrives.



https://doi.org/10.1088/0960-1317/25/7/074002
Mehner, Hannes; Weise, Christoph; Schwebke, Silvan; Hampl, Stefan; Hoffmann, Martin
A passive microsystem for detecting multiple acceleration events beyond a threshold. - In: Microelectronic engineering, Bd. 145 (2015), S. 104-111

http://dx.doi.org/10.1016/j.mee.2015.03.023
Endrödy, Csaba; Mehner, Hannes; Grewe, Adrian; Hoffmann, Martin
Linear micromechanical stepping drive for pinhole array positioning. - In: Journal of micromechanics and microengineering, ISSN 1361-6439, Bd. 25 (2015), 5, 055009, insges. 9 S.

A compact linear micromechanical stepping drive for positioning a 7 × 5.5 mm^2 optical pinhole array is presented. The system features a step size of 13.2 [my]m and a full displacement range of 200 [my]m. The electrostatic inch-worm stepping mechanism shows a compact design capable of positioning a payload 50% of its own weight. The stepping drive movement, step sizes and position accuracy are characterized. The actuated pinhole array is integrated in a confocal chromatic hyperspectral imaging system, where coverage of the object plane, and therefore the useful picture data, can be multiplied by 14 in contrast to a non-actuated array.



https://doi.org/10.1088/0960-1317/25/5/055009
Mehner, Hannes; Schwebke, Silvan; Leopold, Steffen; Hoffmann, Martin
Micromechanical binary counter mechanism for storing off-limit conditions. - In: MME 2015, (2015), S. 31

Leopold, Steffen; Pätz, Daniel; Sinzinger, Stefan; Hoffmann, Martin
The engineered eye - three-dimensional scanning of the object-space. - In: MME 2015, (2015), S. 22

Gropp, Sebastian; Fischer, Michael; Müller, Jens; Hoffmann, Martin
A hybrid SiCer substrate based on direct glass-based bonding of LTCC and silicon. - In: WaferBond '15, (2015), S. 21-22

Leopold, Steffen;
Aluminiumnitrid-Membranen für durchstimmbare refraktive Mikrooptiken. - Ilmenau : Universitätsbibliothek, 2015. - 1 Online-Ressource
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2015

Enthält Thesen

Während der Miniaturisierung optischer Systeme entstehen zwei zentrale Herausforderungen. Erstens sinkt der Informationsgehalt der Abbildung durch optische Mikrosysteme in Abhängigkeit von deren Größe. Zweitens muss während der Miniaturisierung optischer Systeme ihre Anpassungsfähigkeit erhalten bleiben. Dazu sind entsprechende Aktorkonzepte nötigt. Durchstimmbare optische Elemente können genutzt werden, um zeitlich nacheinander mehrere Teilbilder aufzuzeichnen. Eine Kombination dieser Bilder führt dann zu einer steigenden Gesamtinformation. Gleichzeitig ermöglicht dies eine durchstimmbare Informationsauswahl, bei der nur der relevante Teil der Gesamtinformation übertragen wird. Ziel dieser Arbeit ist der Aufbau optischer Mikrosysteme zur durchstimmbaren Informationsauswahl. Dies umfasst die dreidimensionale Abtastung des Objektraums sowie einen anamorphotischen Zoom. Die dazu benötigten durchstimmbaren Einzelelemente Linse, Zylinderlinse und Prisma werden in dieser Arbeit entworfen und charakterisiert. Die Umsetzung dieser Elemente erfolgt auf der Basis von nanokristallinen Aluminiumnitrid-Membranen. Durch ihr ideal elastisches Verhalten eignen sich die flexiblen und transparenten Dünnschichten für den Aufbau flüssigkeitsgefüllter Membranlinsen. Für thermomechanische Aktoren sind die hohe Temperaturleitfähigkeit und die hohe Energiedichte von Aluminiumnitrid vorteilhalft. Ein optimiertes Membrandesign ermöglicht die Fertigung kompakter Zylinderlinsen. Dabei beträgt die nutzbare Apertur 3&hahog;3mm 2, was 35 % der Membranfläche entspricht. Für den Aufbau von zwei gekreuzten Zylinderlinsen wird eine hybride Integration von Silicium und Mehrlagenkeramik genutzt. Dies kombiniert die Vorteile beider Technologien und reduziert den Abstand der optisch wirksamen Flächen. Aus insgesamt vier Zylinderlinsen besteht der anamorphotische Zoom. Er ermöglicht die Funktionalität eines klassischen Zooms sowie die individuelle Streckung und Stauchung der Bildhöhe und -breite. Mit diesem System sind Abbildungsmaßstäbe von -0,5 bis -2 erzielbar. Die Funktionalität der Prismen beruht auf der Deformation eines Flüssigkeitstropfens, wobei dieser einen Keil mit durchstimmbaren Winkel formt. Dazu wird ein neuartiger Aktor entwickelt, dessen Funktion auf der thermomechanischen Modulation der remanenten Spannung in Aluminiumnitrid-Balken beruht. Die dreidimensionale Abtastung des Objektraums erfolgt mittels einer sphärischen Membranlinse und zwei durchstimmbarer Prismen. Über die durchstimmbare Linse lässt sich bei fester Bildweite die abgebildete Objektebene auswählen. Mittels zwei gekreuzt angeordneter Prismen lässt sich diese Ebene dann abtasten. Dieses System erlaubt die horizontale und vertikale Verschiebung der Bildinformation um 15 % bzw. 30 % bezogen auf die Sensoroberfläche. Dies entspricht einer Steigerung der Gesamtinformation um 50 %.



http://www.db-thueringen.de/servlets/DocumentServlet?id=27245
Gropp, Sebastian; Fischer, Michael; Dittrich, Lars; Capraro, Beate; Müller, Jens; Hoffmann, Martin
Wetting behaviour of glasses on nanostructured silicon surfaces. - In: Journal of Electrical Engineering, ISSN 2328-2223, Bd. 3 (2015), 1, S. 15-20

http://dx.doi.org/10.17265/2328-2223/2015.01.002
Podoskin, Dmitry; Brückner, Klemens; Fischer, Michael; Gropp, Sebastian; Krauße, Dominik; Nowak, Jacek; Hoffmann, Martin; Müller, Jens; Sommer, Ralf; Hein, Matthias A.
Multi-technology design of a MEMS-based integrated RF oscillator using a novel silicon-ceramic compound substrate. - In: 2nd International Scientific Symposium "Sense. Enable. SPITSE." 2015, 22 June - 03 July 2015, ISBN 978-5-7629-1647-9, (2015), S. 24-27

Fischer, Michael; Gropp, Sebastian; Nowak, Jacek; Capraro, Beate; Sommer, Ralf; Hoffmann, Martin; Müller, Jens
Radio frequency microelectromechanical system-platform based on silicon-ceramic composite substrates. - In: Journal of microelectronics and electronic packaging, Bd. 12 (2015), 1, S. 37-42

http://dx.doi.org/10.4071/imaps.442
Hanitsch, Stefan; Hoffmann, Martin
Self-aligning mold for hydrogel micro casting. - In: Biomedical engineering, ISSN 1862-278X, Bd. 60.2015, S1, S. S105

http://dx.doi.org/10.1515/bmt-2015-5004
Wurmus, Helmut; Hoffmann, Martin
Das Fachgebiet Mikromechanische Systeme. - In: Jenaer Jahrbuch zur Technik- und Industriegeschichte, ISSN 2198-6746, Bd. 18 (2015), S. 319-331

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&ring; 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&ring; bis +9,3&ring; und der Rahmen im Bereich von -10,9&ring; bis +6,2&ring; 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&ring;. 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.



http://www.db-thueringen.de/servlets/DocumentServlet?id=26890
Endrödy, B.; Mehner, Hannes; Hoffmann, Martin
Zweiachsiger Mikroschrittaktor mit großem Stellweg für die Positionierung von Blenden-Arrays. - In: MEMS, Mikroelemente, Systeme, (2015), S. 773-776

Gropp, Sebastian; Fischer, Michael; Hoffmann, Martin
Aufbau eines HF-MEMS-Schalters in einem Silicium-Keramik-Verbundsubstrat. - In: MEMS, Mikroelemente, Systeme, (2015), S. 665-668

Mehner, Hannes; Schwebke, Silvan; Leopold, Steffen; Hoffmann, Martin
Autonomer binärer Zähler für die Erfassung von Grenzwertereignissen. - In: MEMS, Mikroelemente, Systeme, (2015), S. 342-345

Weigel, Christoph; Schneider, Mike; Hoffmann, Martin; Kahl, Sebastian; Jurisch, Reinhard
Autonomer Sensor für den Sauerstoffnachweis in Verpackungen mittels natürlicher Fettsäuren. - In: MEMS, Mikroelemente, Systeme, (2015), S. 278-281

Fischer, Michael; Karolewski, Dominik; Welker, Tilo; Schelestow, Kristina; Gropp, Sebastian; Hoffmann, Martin; Müller, Jens
Thermisches Verhalten von SiCer - ein innovatives Verbundsubstrat für MEMS. - In: MEMS, Mikroelemente, Systeme, (2015), S. 262-265

Weigel, A.; Grewe, Adrian; Hoffmann, Martin
Design und Fertigung eines optofluidischen Messsystems zur kapnometrischen Überwachung. - In: MEMS, Mikroelemente, Systeme, (2015), S. 218-221

Mehner, Hannes; Weise, Christoph; Schwebke, Silvan; Hampl, Stefan; Hoffmann, Martin
Autonomer Mikrosensor zur Integration von Stoßereignissen. - In: MEMS, Mikroelemente, Systeme, (2015), S. 159-162

Weigel, Christoph; Markweg, Eric; Hoffmann, Martin;
In Kieselglas monolithisch integriertes Interferometer. - In: MEMS, Mikroelemente, Systeme, (2015), S. 138-141

Leopold, Steffen; Pätz, Daniel; Sinzinger, Stefan; Hoffmann, Martin
Das Technische Auge - dreidimensionale Abtastung des Objektraums. - In: MEMS, Mikroelemente, Systeme, (2015), S. 73-76

The photoluminescence intensity of group III nitrides, nanowires, and heterostructures (NWHs) strongly depends on the environmental H2 and O2 concentration. We used this opto-chemical transducer principle for the realization of a gas detector. To make this technology prospectively available to commercial gas-monitoring applications, a large-scale laboratory setup was miniaturized. To this end the gas-sensitive NWHs were integrated with electro-optical components for optical addressing and read out within a com-pact and robust sensor system. This paper covers the entire realization process of the device from its conceptual draft and optical design to its fabrication and assembly. The applied approaches are verified with intermediate results of profilometric characterizations and optical performance measurements of subsystems. Finally the gas-sensing capabilities of the integrated detector are experimentally proven and optimized.



Goj, Boris; Dressler, Lothar; Hoffmann, Martin;
Ein dreiachsiger oszillierender Mikrotaster für die Koordinatenmesstechnik. - In: MEMS, Mikroelemente, Systeme, (2015), S. 40-43

Goj, Boris; Dressler, Lothar; Hoffmann, Martin;
Design and characterization of a resonant triaxial microprobe. - In: Journal of micromechanics and microengineering, ISSN 1361-6439, Bd. 25 (2015), 12, 125011, insges. 9 S.

https://doi.org/10.1088/0960-1317/25/12/125011
Weigel, Christoph; Schneider, Mike; Schmitt, Jean; Hoffmann, Martin; Kahl, Sebastian; Jurisch, Reinhard
Self-sufficient sensor for oxygen detection in packaging via radio-frequency identification. - In: Journal of sensors and sensor systems, ISSN 2194-878X, Bd. 4 (2015), 1, S. 179-186

http://dx.doi.org/10.5194/jsss-4-179-2015
Endrödy, Csaba; Mehner, Hannes; Grewe, Adrian; Sinzinger, Stefan; Hoffmann, Martin
2D stepping microdrive for hyperspectral imaging. - In: Smart sensors, actuators, and MEMS VII; and cyber physical systems, 2015, 95170K, insges. 10 S.

Podoskin, Dmitry; Brückner, Klemens; Fischer, Michael; Gropp, Sebastian; Krauße, Dominik; Nowak, Jacek; Hoffmann, Martin; Müller, Jens; Sommer, Ralf
Multi-technology design of an integrated MEMS-based RF oscillator using a novel silicon-ceramic compound substrate. - In: 2015 German Microwave Conference (GeMiC), ISBN 978-1-4799-6681-3, (2015), S. 406-409

http://dx.doi.org/10.1109/GEMIC.2015.7107839
Hillenbrand, Matthias; Weiß, Robert; Endrödy, Csaba; Grewe, Adrian; Hoffmann, Martin; Sinzinger, Stefan
Chromatic confocal matrix sensor with actuated pinhole arrays. - In: Applied optics, ISSN 2155-3165, Bd. 54 (2015), 15, S. 4927-4935

https://doi.org/10.1364/AO.54.004927
Gropp, Sebastian; Frank, Astrid; Fischer, Michael; Schäffel, Christoph; Müller, Jens; Hoffmann, Martin
Electrostatic parallel-plate MEMS switch on silicon-ceramic-composite-substrates. - In: 2015 German Microwave Conference (GeMiC), ISBN 978-1-4799-6681-3, (2015), S. 414-417

http://dx.doi.org/10.1109/GEMIC.2015.7107841
Fischer, Michael; Gropp, Sebastian; Nowak, Jacek; Sommer, Ralf; Hoffmann, Martin; Müller, Jens
RF-MEMS-platform based on silicon-ceramic-composite-substrates. - In: 2015 German Microwave Conference (GeMiC), ISBN 978-1-4799-6681-3, (2015), S. 398-401

http://dx.doi.org/10.1109/GEMIC.2015.7107837
Endrödy, Csaba; Mehner, Hannes; Grewe, Adrian; Sinzinger, Stefan; Hoffmann, Martin
2D stepping drive for hyperspectral systems. - In: Journal of micromechanics and microengineering, ISSN 1361-6439, Bd. 25 (2015), 7, 074002, insges. 9 S.

We present the design, fabrication and characterization of a compact 2D stepping microdrive for pinhole array positioning. The miniaturized solution enables a highly integrated compact hyperspectral imaging system. Based on the geometry of the pinhole array, an inch-worm drive with electrostatic actuators was designed resulting in a compact (1 cm2) positioning system featuring a step size of about 15 [my]m in a 170 [my]m displacement range. The high payload (20 mg) as required for the pinhole array and the compact system design exceed the known electrostatic inch-worm-based microdrives.



https://doi.org/10.1088/0960-1317/25/7/074002
Mehner, Hannes; Weise, Christoph; Schwebke, Silvan; Hampl, Stefan; Hoffmann, Martin
A passive microsystem for detecting multiple acceleration events beyond a threshold. - In: Microelectronic engineering, Bd. 145 (2015), S. 104-111

http://dx.doi.org/10.1016/j.mee.2015.03.023
Endrödy, Csaba; Mehner, Hannes; Grewe, Adrian; Hoffmann, Martin
Linear micromechanical stepping drive for pinhole array positioning. - In: Journal of micromechanics and microengineering, ISSN 1361-6439, Bd. 25 (2015), 5, 055009, insges. 9 S.

A compact linear micromechanical stepping drive for positioning a 7 × 5.5 mm^2 optical pinhole array is presented. The system features a step size of 13.2 [my]m and a full displacement range of 200 [my]m. The electrostatic inch-worm stepping mechanism shows a compact design capable of positioning a payload 50% of its own weight. The stepping drive movement, step sizes and position accuracy are characterized. The actuated pinhole array is integrated in a confocal chromatic hyperspectral imaging system, where coverage of the object plane, and therefore the useful picture data, can be multiplied by 14 in contrast to a non-actuated array.



https://doi.org/10.1088/0960-1317/25/5/055009
Podoskin, Dmitry; Shaukat, Navel; Brückner, Klemens; Blau, Kurt; Mehner, Hannes; Gropp, Sebastian; Hoffmann, Martin; Hein, Matthias A.
RF oscillators based on piezoelectric aluminium nitride MEMS resonators. - In: GeMiC 2014, (2014), insges. 4 S.

http://ieeexplore.ieee.org/document/6775173/
Hampl, Stefan; Leistritz, Bianca; Saft, Benjamin; Hoffmann, Martin; Hennig, Eckhard
Micromechanical, vertical comb-drive-structures for the construction of an electrostatic energy harvester. - In: Energy self-sufficient sensors, (2014), S. 14-19

http://ieeexplore.ieee.org/document/6776862/
Gropp, Sebastian; Weigel, Christoph; Hoffmann, Martin
(Oxygen on demand for clinical ventilation) :
Bedarfsgerechte Sauerstoffgabe in der klinischen Ventilation, Teilvorhaben: Patientennahe IR-Atemgasanalyse mit optofluidischer Messzelle : OXIvent - Abschlussbericht ; Berichtszeitraum: 01.09.2011 - 31.08.2014. - Ilmenau : Techn. Univ., Inst. für Mikro- und Nanotechnologien MacroNano®, Fachgebiet Mikromechanische Systeme. - Online-Ressource (PDF-Datei: 27 S., 2.429 KB)Unterschiede zwischen dem gedruckten Dokument und der elektronischen Ressource können nicht ausgeschlossen werden

https://edocs.tib.eu/files/e01fb15/841238502.pdf
Endrödy, Csaba; Mehner, Hannes; Grewe, Adrian; Sinzinger, Stefan; Hoffmann, Martin
Two-dimensional stepping drive for hyperspectral systems. - In: MME 2014 - Istanbul, (2014), insges. 4 S.

Goj, Boris;
Entwicklung eines dreiachsigen taktilen Mikromesssystems in Silicium-Technologie, 2014. - Online-Ressource (PDF-Datei: Getr. Zählung, 42,98 MB) Ilmenau : Techn. Univ., Diss., 2014

Ziel dieser Arbeit war der Entwurf und die Erforschung eines neuartigen dreiachsigen Mikrotastsystems, welches in Verbindung mit einer Nanopositionier- und Nanomessmaschine die Oberflächenvermessung makroskopischer Bauelemente ermöglicht. Eine zentrale Forderung in der Koordinatenmesstechnik stellt die Miniaturisierung des Antastelements (Rubinkugeln) dar, um Messobjekte mit Abmessungen im Mikrometerbereich zu vermessen. Die Miniaturisierung führt allerdings dazu, dass Effekte, die ursprünglich aus der Mikrowelt bekannt sind, berücksichtigt werden müssen. Grund dafür ist die Skalierung, welche eine Verschiebung der Kraftverhältnisse in der Mikrosystemtechnik bewirkt. Neben anderen Oberflächenkräften (elektrostatische Kräfte, van-der-Waals-Kräfte) ist die Kapillarkraft entscheidend für Mikrotastsysteme. Sie bildet sich durch dünne Wasserfilme auf den Oberflächen der Kontaktpartner aus und führt zum Kleben (Sticking) des Antastelements am Messobjekt. Schwerwiegende Folgen sind Fehlantastungen (engl.: false triggering) beim Anfahren des Messobjekts und ungewollte Schwingungen (engl.: snap back) beim Lösen des Kontakts. Hohe Steifigkeiten der mechanischen Aufhängung des Tastsystems minimieren die Wirkung von Sticking. Im Gegenzug dazu erfordern kleine Radien der Antastelemente eine niedrige Federsteifigkeit, da eine hohe Hertzsche Pressung zu Beschädigungen des Messobjekts führen würde. Dieser aufkommende Widerspruch zwischen hohen Federsteifigkeiten zur Minimierung der Kapillarkraft und niedrigen Federsteifigkeiten zur Herabsetzung der Hertzschen Pressung wird in dieser Arbeit gelöst. Es wird der Entwurf und die Erforschung eines dynamischen Mikrotastsystems dargestellt, welches durch oszillierende Bewegungen in drei unabhängigen Raumrichtungen Sticking vermeidet und Kontaktkräfte minimiert. Im Detail wird ein dreistufiger Entwicklungsprozess dokumentiert, indem drei Mikrotastsysteme mit unterschiedlicher Komplexität entstehen. Mit der ersten Entwicklungsstufe dem einachsigen Mikrotastsystem wird nachgewiesen, dass Sticking durch eine dynamische Antastung sicher vermieden wird. Ebenfalls liefert das einachsige Mikrotastsystem Erkenntnisse über das Kontaktverhalten zwischen Antastelement und Messobjekt. Die zweite Vorentwicklung (zweiachsiges Mikrotastsystem) erbringt den Nachweis, dass sich mehrere Schwingungsachsen unabhängig voneinander aktuieren und sensorisch auswerten lassen. Zusätzlich wird das Kontaktverhalten der zweiten sensitiven Achse untersucht. Das Ergebnis dieser Arbeit ist ein dreiachsiges Mikrotastsystem, welches in drei Raumrichtungen mit unterschiedlichen Resonanzfrequenzen (f = 880 Hz bis 2000 Hz) oszilliert. Das Kontaktverhalten zwischen dem Messobjekt und dem Antastelement wird durch die Kontaktsteifigkeit bestimmt, welche vom E-Modul der Kontaktmaterialien und dem Radius des Antastelements abhängt. Das dreiachsige Mikrotastsystem misst im Semi-Kontaktmodus, wobei das Antastelement die Oberfläche des Messobjekts kurzzeitig berührt. Die auftretenden Kontaktkräfte sind mit F = 12 N weit unter denen herkömmlicher taktiler Messsysteme. Erste Messungen mit dem dreiachsigen Mikrotastsystem zeigen, dass in vertikaler Richtung (z-Achse) die Eindringtiefe des Messobjekts mit einer maximalen Abweichung von 45 nm gemessen wird. In x- und y-Richtung erfolgt eine binäre Ermittlung des Kontakts (0 - kein Kontakt, 1 - Kontakt) mit einer Auflösung von 30 nm.Vorteile des in der Arbeit beschriebenen dreiachsigen Mikrotastsystems sind die niedrigen Kontaktkräfte, die hohe Dynamik durch das Vermeiden von Sticking, die kleine Anzahl weicher Klebestellen und die batch-kompatible, kostengünstige Fertigung. Ein weiterer Vorteil des dargestellten Mikrotastsystems ist dessen hohes Anwendungspotenzial: Neben dem Einsatz in Koordinatenmessmaschinen sind Applikationen als 3D-Kraftsensor, Rauheitsmesser, Werkstoffprüfer oder Zellmanipulator denkbar.



http://www.db-thueringen.de/servlets/DocumentServlet?id=25600
Dornbusch, Kay;
Einsatz von miniaturisierten Spektralsensoren für die Prozessanalytik von Flüssigphasenreaktionen in Mikrokanälen. - [Jena] : Leander Wiss., 2014. - 209 S. : Zugl.: Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2014
ISBN 978-3-9815368-7-4

Das in dieser Arbeit entwickelte neuartige optische System ist in der Lage, mit kosteneffizienten niederperformanten optischen Sensoren Intensitätsänderungen an sechs verschiedenen Stützstellen im sichtbaren Spektralbereich zu erfassen und für mikrofluidische Anwendungen auszuwerten. Durch den Einsatz von miniaturisierten Multispektralsensoren und verschiedenen Leuchtdioden als Lichtquelle ist es gelungen, die simultane Aufnahme der Absorptions- und Emissionsspektren von flüssigen Proben in Echtzeit durchzuführen. Damit ist es möglich die Kinetik verschiedener chemischer Reaktionen zu analysieren und deren Geschwindigkeitskonstante mit Hilfe unterschiedlicher Methoden, stopped- und accelerated-flow, zu bestimmen. Weiterhin können vielfältige, in der instrumentellen Analytik wichtige, Nachweisreaktionen schnell und mit einem geringen Probenvolumen im Mikroreaktor, d.h. kostengünstig und umweltschonend durchgeführt werden.Um die dazu benötigten optischen Systeme für die Absorptions- und Emissionsspektroskopie mit ihren Bauteilen zu charakterisieren, werden die verschiedenen Ansätze in eine Raytracing-Software überführt und analysiert. Die geometrisch-optische Berechnung gestattet dabei eine genaue Untersuchung des Systems und ermöglicht bereits in einem frühen Entwurfsstadium Aussagen über wesentliche Parameter. Für die Applikation des Systems werden einige typische Nachweisreaktionen aus den Life Sciences wie der Nachweis von Phosphationen im Trinkwasser oder die enzymatischen Nachweise von Zucker und Alkoholen getestet. Die Bestimmung der Geschwindigkeitskonstante wird für den Glucosenachweis mit Kaliumpermanganat und die Entfärbung von Kristallviolett durchgeführt.



Hanitsch, Stefan; Grohmann, Steffi; Berg, Albrecht; Moje, J.; Hoffmann, Martin
Method for testing of hydrogel sensor coatings. - In: Biomedical engineering, ISSN 1862-278X, Bd. 59.2014, Suppl. 1, S. S31-S33

http://dx.doi.org/10.1515/bmt-2014-5000
Stubenrauch, Mike; Hanitsch, Stefan; Fischer, Robert; Bartsch, Heike; Straube, Anja; Hoffmann, Martin; Witte, Hartmut
BioMEMS for analysis and synthesis in life sciences. - In: Biomedical engineering, ISSN 1862-278X, Bd. 59.2014, Suppl. 1, S. S127

http://dx.doi.org/10.1515/bmt-2014-5001
Polster, Tobias;
Aluminiumnitrid Dünnschichtmembranen : Charakterisierung und technologische Integration in den MEMS-Prozessfluss, 2014. - Online-Ressource (PDF-Datei: VII, 185 S., 11,73 MB) : Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2014
Parallel als Druckausg. erschienen

Diese Arbeit beschäftigt sich mit unterschiedlichen Aspekten des Materials Aluminiumnitrid (AlN) als Dünnschicht. Dabei wird ein Überblick zum aktuellen Stand der Technik auf Applikationsseite mit gleichzeitiger Abgrenzung zu den selbstragenden AlN-Membranen gegeben. Die selbstragenden AlN-Membranen stellen in dieser Arbeit die zentralen Elemente dar. Zudem werden wesentliche Membraneigenschaften wie der E-Modul, die intrinsische Verspannung und die thermische Leitfähigkeit anhand von membranbasierten Teststrukturen charakterisiert. Abschließend werden zwei Applikationsbeispiele nach den Regeln zur Prozessintegration umgesetzt und in ihrer Funktionalität demonstriert. Dies Regeln sind im Zuge der technologischen Versuche aufgestellt worden. Die bereits erwähnten AlN-Dünnschichtmembranen werden in dieser Arbeit als neue Funktionselemente eingeführt. Deren Herstellung kann über eine sehr einfache Prozessfolge mit wenigen Prozessschritten erfolgen. Im Rahmen dieser Arbeit werden zudem erstmals die mechanisch stabilen, selbsttragenden AlN-Pyramidenmembranen vorgestellt. Dabei handelt es sich um neuartige dreidimensionale Membranelemente, deren Herstellungsmöglichkeit aus den Untersuchungen zur technologischen Integration von AlN-Dünnschichten hervorgeht. Die in dieser Arbeit eingesetzten Membranelemente basieren alle auf AlN-Dünnschichten mit einer definierten kristallinen Struktur, der c-Achsentextur. Diese Struktur wird zum Einstieg in die Materialcharakterisierung näher betrachtet. Zudem werden die Parameter der Schichtabscheidung zum Erzielen dieser Struktur definiert. Zur Untersuchung der Membranelemente hinsichtlich ihrer mechanischen Eigenschaften werden Bulge-Test-Experimenten durchgeführt. Diese eröffnen die Möglichkeit Membran- bzw. Schichtspannung und biaxialen Modul zu analysieren. Die Bestimmung der thermischen Leitfähigkeit der AlN-Dünnschichten erfolgt ebenfalls auf Basis von Membranelementen. Dazu werden die entsprechend benötigten Heiz- und Temperaturmessstrukturen auf den Membranen integriert. Den Abschluss dieser Arbeit bildet die Vorstellung zweier Funktionalisierungsbeispiele von AlN-Membranen. Damit wird unterstrichen, wie vielfältig die Möglichkeiten der technologischen Integration sind. Eines der Beispiele beschreibt eine thermomechanisch aktuierte AlN-Membran. Das zweite Funktionalisierungsbeispiel befasst sich mit der Integration von Elektrodenkontakten auf den AlN-Pyramidenmembranen, welche die Möglichkeit zum Aufbau eines piezoelektrisch sensitiven Elementes aufzeigt.



http://www.db-thueringen.de/servlets/DocumentServlet?id=25215
Goj, Boris; Bartsch, Heike; Hanitsch, Stefan; Hoffmann, Martin; Müller, Jens
Temperature and humidity sensor based on planarized LTCC-surfaces :
Temperatur- und Feuchtesensor basierend auf planarisierten LTCC-Oberflächen. - In: Mikro-Nano-Integration, (2014), S. 127-130

Leopold, Steffen; Pätz, Daniel; Sinzinger, Stefan; Müller, Jens; Hoffmann, Martin
Hybride Integration von Silicium- und LTCC-Technologie zur Herstellung verstimmbarer Zylinderlinsen. - In: Mikro-Nano-Integration, (2014), S. 112-117

Markweg, Eric; Schädel, Martin; Brodersen, Olaf; Ortlepp, Hans Georg; Hoffmann, Martin; Mollenhauer, Olaf
Mikrotechnische Umsetzung eines integriert optischen Michelson-Interferometers für Auflösungen im Sub-Nanometerbereich. - In: Mikro-Nano-Integration, (2014), S. 107-111

Günschmann, Sabine; Müller, Lutz; Fischer, Michael; Hoffmann, Martin; Müller, Jens
Selektive Erzeugung von Nanostrukturen auf einer Waferoberfläche zur Realisierung von optischen und mechanischen Funktionen beim Aufbau eines Echtzeitölsensors. - In: Mikro-Nano-Integration, (2014), S. 69-74

Müller, Lutz; Günschmann, Sabine; Fischer, Michael; Müller, Jens; Hoffmann, Martin; Käpplinger, Indira; Brode, Wolfgang; Biermann, Steffen
Nanostrukturen als Problemlöser - Emissionserhöhung und Interferenzvermeidung am Bsp. eines IR-basierten Fluidsensors. - In: Mikro-Nano-Integration, (2014), S. 52-56

Mehner, Hannes; Endrödy, Csaba; Hoffmann, Martin
Linear stepping microactuator for hyperspectral systems. - In: 2014 International Conference on Optical MEMS and Nanophotonics (OMN), ISBN 978-1-4799-3737-0, (2014), S. 117-118

http://dx.doi.org/10.1109/OMN.2014.6924597
Grewe, Adrian; Endrödy, Csaba; Hillenbrand, Matthias; Cu-Nguyen, Phuong-Ha; Seifert, Andreas; Hoffmann, Martin; Sinzinger, Stefan
Compact hyperchromatic imaging systems based on tunable optical microsystems. - In: 2014 International Conference on Optical MEMS and Nanophotonics (OMN), ISBN 978-1-4799-3737-0, (2014), S. 129-130

We present hyperspectral imaging (HSI) systems based on a hyperchromatic confocal approach. Spatial filters are used to separate the spectral components of the light. The necessary multiplexing in time is realized by tuneable optics. In addition, we propose tunable systems with diffractive Alvarez-Lohmann lenses as well as fluidic micro lenses and present a demonstrator using Alvarez-Lohmann lenses. Micromechanical stepper actuators with large movement range are used to enhance the spatial resolution of those systems.



http://dx.doi.org/10.1109/OMN.2014.6924554
Pätz, Daniel; Leopold, Steffen; Hoffmann, Martin; Sinzinger, Stefan
Tunable anamorphotic imaging system based on fluidic cylindrical lenses. - In: 2014 International Conference on Optical MEMS and Nanophotonics (OMN), ISBN 978-1-4799-3737-0, (2014), S. 25-26

We present an anamorphotic imaging system with a separately tunable magnification in horizontal and vertical direction in order to change the aspect ratio of the image. The design is based on cylindrical membrane lenses made of aluminum nitride with tunable focal power to realize a vario system without moving elements. We demonstrate the design concept of cylindrical lenses with a very compact geometry, the optical system as well as experimental results.



http://dx.doi.org/10.1109/OMN.2014.6924521
Hoffmann, Martin
Mikro-Nano-Integration : Beiträge des 5. GMM-Workshops, 8. - 9. Oktober 2014 in Ilmenau. - Berlin : VDE-Verl., 2014. - 1 CD-ROM. - (GMM-Fachbericht ; 81) ISBN 978-3-8007-3632-4

Hanitsch, Stefan; Hampl, Jörg; Fischer, Robert; Tobola, Justyna; Stubenrauch, Mike; Schober, Andreas; Witte, Hartmut; Hoffmann, Martin
Integration of hydrogels into BioMEMS. - In: Shaping the future by engineering, (2014), insges. 9 S.

Weigel, Christoph; Schneider, Mike; Hoffmann, Martin; Kahl, Sebastian; Jurisch, Reinhard
Low-energy-sensor for oxygen detection in packaging via RFID :
Niedrig-Energie-Sensor für den Sauerstoffnachweis in Verpackungen mittels RFID. - In: Sensoren und Messsysteme 2014, (2014), insges. 6 S.

Müller, Lutz; Günschmann, Sabine; Fischer, Michael; Müller, Jens; Hoffmann, Martin; Käpplinger, Indira; Brode, Wolfgang; Magi, André; Biermann, Steffen; Pignanelli, Eliseo; Schütze, Andreas
Development and optimization of a fluidic sensor system based on silicon and ceramic microtechnology components :
Entwicklung und Optimierung mikrotechnischer Silizium- und Keramikkomponenten zur Realisierung eines Fluidiksensors. - In: Sensoren und Messsysteme 2014, (2014), insges. 6 S.

Cu-Nguyen, Phuong-Ha; Grewe, Adrian; Endrödy, Csaba; Sinzinger, Stefan; Zappe, Hans; Seifert, Andreas
Compact tunable hyperspectral imaging system. - In: IEEE 27th International Conference on Micro Electro Mechanical Systems (MEMS), 2014, ISBN 978-1-4799-3510-9, (2014), S. 1167-1170

http://dx.doi.org/10.1109/MEMSYS.2014.6765854
Geiling, Thomas; Dressler, Lothar; Welker, Tilo; Hoffmann, Martin
Fine dust measurement with electrical fields - concept of a hybrid particle detector. - In: 9th IMAPS/AcerS International Conference and Exhibition on Ceramic Interconnect and Ceramic Microsystems Technologies (CICMT 2013), ISBN 978-1-62993-718-2, (2014), S. 131-136

Leopold, Steffen; Geiling, Thomas; Fliegner, Caroline; Pätz, Daniel; Sinzinger, Stefan; Müller, Jens; Hoffmann, Martin
Multifunctional LTCC substrates for thermal actuation of tunable micro-lenses made of aluminum nitride membranes. - In: 9th IMAPS/AcerS International Conference and Exhibition on Ceramic Interconnect and Ceramic Microsystems Technologies (CICMT 2013), ISBN 978-1-62993-718-2, (2014), S. 124-130

Goj, Boris; Dressler, Lothar; Hoffmann, Martin;
Semi-contact measurements of three-dimensional surfaces utilizing a resonant uniaxial microprobe. - In: Measurement science and technology, ISSN 1361-6501, Bd. 25 (2014), 6, S. 064012, insges. 9 S.

http://dx.doi.org/10.1088/0957-0233/25/6/064012
Vorbringer-Dorozhovets, Nataliya; Goj, Boris; Machleidt, Torsten; Franke, Karl-Heinz; Hoffmann, Martin; Manske, Eberhard
Multifunctional nanoanalytics and long-range scanning probe microscope using a nanopositioning and nanomeasuring machine. - In: Measurement science and technology, ISSN 1361-6501, Bd. 25 (2014), 4, S. 044006, insges. 7 S.

An interferometer-based metrological scanning probe microscope (SPM) is successfully integrated into our nanopositioning and nanomeasuring machine (NPM machine) for high-precision measurements with nanometre uncertainty over a range of 25 mm × 25 mm × 5 mm. Both devices were developed at the Institute of Process Measurement and Sensor Technology of Ilmenau University of Technology, Germany. Outstanding results were achieved for different measurement tasks. With the NPM machine, truly long-range and long-term measurements are possible. Due to the tip wear, an automatic SPM cantilever replacement is preferable. Such a tip replacement is also required for the integration of multifunctional nanoanalytics. For example, for Kelvin probe force microscopy (KPFM), the measurement of topography and surface potential with different SPM tips is necessary. For this purpose, an electromagnetic tip changer was designed. The tip changer comprises three SPM probes. In order to retrieve the previous tip positions, additional fiducial marks were developed. The repeatability of relocation is less than 10 nm. The automatic tip changer and fiducial marks are integrated into a sample holder. The tip changer in combination with fiducial marks allows scanning distances three times longer (with the same type of SPM probes) and multifunctional nanoanalytics (with different SPM probes with special properties). Sample KPFM measurements are demonstrated. The developed tip changer, including special fiducial marks, improves the performance and functionality of the NPM machine crucially.



http://dx.doi.org/10.1088/0957-0233/25/4/044006
Müller, Lutz; Käpplinger, Indira; Biermann, Steffen; Brode, Wolfgang; Hoffmann, Martin
Infrared emitting nanostructures for highly efficient microhotplates. - In: Journal of micromechanics and microengineering, ISSN 1361-6439, Bd. 24 (2014), 3, 035014, insges. 9 S.

https://doi.org/10.1088/0960-1317/24/3/035014
Weinberger, Stefan; Nguyen, Tran Trung; Ament, Christoph; Hoffmann, Martin
Quasi-static micromirror with enlarged deflection based on aluminum nitride thin film springs. - In: Sensors and actuators. Physical. - Amsterdam [u.a.] : Elsevier Science, 1990- , ISSN: 1873-3069 , ZDB-ID: 1500729-7, ISSN 1873-3069, Bd. 210 (2014), S. 165-174

http://dx.doi.org/10.1016/j.sna.2014.02.017
Dittrich, Lars; Hoffmann, Martin;
Chip-integrated solutions for manipulation and sorting of micro droplets and fluid segments by electrical actuation. - In: Micro-segmented flow, (2014), S. 55-72

Podoskin, Dmitry; Shaukat, Navel; Brückner, Klemens; Blau, Kurt; Mehner, Hannes; Gropp, Sebastian; Hoffmann, Martin; Hein, Matthias A.
RF oscillators based on piezoelectric aluminium nitride MEMS resonators. - In: GeMiC 2014, (2014), insges. 4 S.

http://ieeexplore.ieee.org/document/6775173/
Hampl, Stefan; Leistritz, Bianca; Saft, Benjamin; Hoffmann, Martin; Hennig, Eckhard
Micromechanical, vertical comb-drive-structures for the construction of an electrostatic energy harvester. - In: Energy self-sufficient sensors, (2014), S. 14-19

http://ieeexplore.ieee.org/document/6776862/
Gropp, Sebastian; Weigel, Christoph; Hoffmann, Martin
(Oxygen on demand for clinical ventilation) :
Bedarfsgerechte Sauerstoffgabe in der klinischen Ventilation, Teilvorhaben: Patientennahe IR-Atemgasanalyse mit optofluidischer Messzelle : OXIvent - Abschlussbericht ; Berichtszeitraum: 01.09.2011 - 31.08.2014. - Ilmenau : Techn. Univ., Inst. für Mikro- und Nanotechnologien MacroNano®, Fachgebiet Mikromechanische Systeme. - Online-Ressource (PDF-Datei: 27 S., 2.429 KB)Unterschiede zwischen dem gedruckten Dokument und der elektronischen Ressource können nicht ausgeschlossen werden

https://edocs.tib.eu/files/e01fb15/841238502.pdf
Endrödy, Csaba; Mehner, Hannes; Grewe, Adrian; Sinzinger, Stefan; Hoffmann, Martin
Two-dimensional stepping drive for hyperspectral systems. - In: MME 2014 - Istanbul, (2014), insges. 4 S.

Goj, Boris;
Entwicklung eines dreiachsigen taktilen Mikromesssystems in Silicium-Technologie, 2014. - Online-Ressource (PDF-Datei: Getr. Zählung, 42,98 MB) Ilmenau : Techn. Univ., Diss., 2014

Ziel dieser Arbeit war der Entwurf und die Erforschung eines neuartigen dreiachsigen Mikrotastsystems, welches in Verbindung mit einer Nanopositionier- und Nanomessmaschine die Oberflächenvermessung makroskopischer Bauelemente ermöglicht. Eine zentrale Forderung in der Koordinatenmesstechnik stellt die Miniaturisierung des Antastelements (Rubinkugeln) dar, um Messobjekte mit Abmessungen im Mikrometerbereich zu vermessen. Die Miniaturisierung führt allerdings dazu, dass Effekte, die ursprünglich aus der Mikrowelt bekannt sind, berücksichtigt werden müssen. Grund dafür ist die Skalierung, welche eine Verschiebung der Kraftverhältnisse in der Mikrosystemtechnik bewirkt. Neben anderen Oberflächenkräften (elektrostatische Kräfte, van-der-Waals-Kräfte) ist die Kapillarkraft entscheidend für Mikrotastsysteme. Sie bildet sich durch dünne Wasserfilme auf den Oberflächen der Kontaktpartner aus und führt zum Kleben (Sticking) des Antastelements am Messobjekt. Schwerwiegende Folgen sind Fehlantastungen (engl.: false triggering) beim Anfahren des Messobjekts und ungewollte Schwingungen (engl.: snap back) beim Lösen des Kontakts. Hohe Steifigkeiten der mechanischen Aufhängung des Tastsystems minimieren die Wirkung von Sticking. Im Gegenzug dazu erfordern kleine Radien der Antastelemente eine niedrige Federsteifigkeit, da eine hohe Hertzsche Pressung zu Beschädigungen des Messobjekts führen würde. Dieser aufkommende Widerspruch zwischen hohen Federsteifigkeiten zur Minimierung der Kapillarkraft und niedrigen Federsteifigkeiten zur Herabsetzung der Hertzschen Pressung wird in dieser Arbeit gelöst. Es wird der Entwurf und die Erforschung eines dynamischen Mikrotastsystems dargestellt, welches durch oszillierende Bewegungen in drei unabhängigen Raumrichtungen Sticking vermeidet und Kontaktkräfte minimiert. Im Detail wird ein dreistufiger Entwicklungsprozess dokumentiert, indem drei Mikrotastsysteme mit unterschiedlicher Komplexität entstehen. Mit der ersten Entwicklungsstufe dem einachsigen Mikrotastsystem wird nachgewiesen, dass Sticking durch eine dynamische Antastung sicher vermieden wird. Ebenfalls liefert das einachsige Mikrotastsystem Erkenntnisse über das Kontaktverhalten zwischen Antastelement und Messobjekt. Die zweite Vorentwicklung (zweiachsiges Mikrotastsystem) erbringt den Nachweis, dass sich mehrere Schwingungsachsen unabhängig voneinander aktuieren und sensorisch auswerten lassen. Zusätzlich wird das Kontaktverhalten der zweiten sensitiven Achse untersucht. Das Ergebnis dieser Arbeit ist ein dreiachsiges Mikrotastsystem, welches in drei Raumrichtungen mit unterschiedlichen Resonanzfrequenzen (f = 880 Hz bis 2000 Hz) oszilliert. Das Kontaktverhalten zwischen dem Messobjekt und dem Antastelement wird durch die Kontaktsteifigkeit bestimmt, welche vom E-Modul der Kontaktmaterialien und dem Radius des Antastelements abhängt. Das dreiachsige Mikrotastsystem misst im Semi-Kontaktmodus, wobei das Antastelement die Oberfläche des Messobjekts kurzzeitig berührt. Die auftretenden Kontaktkräfte sind mit F = 12 N weit unter denen herkömmlicher taktiler Messsysteme. Erste Messungen mit dem dreiachsigen Mikrotastsystem zeigen, dass in vertikaler Richtung (z-Achse) die Eindringtiefe des Messobjekts mit einer maximalen Abweichung von 45 nm gemessen wird. In x- und y-Richtung erfolgt eine binäre Ermittlung des Kontakts (0 - kein Kontakt, 1 - Kontakt) mit einer Auflösung von 30 nm.Vorteile des in der Arbeit beschriebenen dreiachsigen Mikrotastsystems sind die niedrigen Kontaktkräfte, die hohe Dynamik durch das Vermeiden von Sticking, die kleine Anzahl weicher Klebestellen und die batch-kompatible, kostengünstige Fertigung. Ein weiterer Vorteil des dargestellten Mikrotastsystems ist dessen hohes Anwendungspotenzial: Neben dem Einsatz in Koordinatenmessmaschinen sind Applikationen als 3D-Kraftsensor, Rauheitsmesser, Werkstoffprüfer oder Zellmanipulator denkbar.



http://www.db-thueringen.de/servlets/DocumentServlet?id=25600
Dornbusch, Kay;
Einsatz von miniaturisierten Spektralsensoren für die Prozessanalytik von Flüssigphasenreaktionen in Mikrokanälen. - [Jena] : Leander Wiss., 2014. - 209 S. : Zugl.: Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2014
ISBN 978-3-9815368-7-4

Das in dieser Arbeit entwickelte neuartige optische System ist in der Lage, mit kosteneffizienten niederperformanten optischen Sensoren Intensitätsänderungen an sechs verschiedenen Stützstellen im sichtbaren Spektralbereich zu erfassen und für mikrofluidische Anwendungen auszuwerten. Durch den Einsatz von miniaturisierten Multispektralsensoren und verschiedenen Leuchtdioden als Lichtquelle ist es gelungen, die simultane Aufnahme der Absorptions- und Emissionsspektren von flüssigen Proben in Echtzeit durchzuführen. Damit ist es möglich die Kinetik verschiedener chemischer Reaktionen zu analysieren und deren Geschwindigkeitskonstante mit Hilfe unterschiedlicher Methoden, stopped- und accelerated-flow, zu bestimmen. Weiterhin können vielfältige, in der instrumentellen Analytik wichtige, Nachweisreaktionen schnell und mit einem geringen Probenvolumen im Mikroreaktor, d.h. kostengünstig und umweltschonend durchgeführt werden.Um die dazu benötigten optischen Systeme für die Absorptions- und Emissionsspektroskopie mit ihren Bauteilen zu charakterisieren, werden die verschiedenen Ansätze in eine Raytracing-Software überführt und analysiert. Die geometrisch-optische Berechnung gestattet dabei eine genaue Untersuchung des Systems und ermöglicht bereits in einem frühen Entwurfsstadium Aussagen über wesentliche Parameter. Für die Applikation des Systems werden einige typische Nachweisreaktionen aus den Life Sciences wie der Nachweis von Phosphationen im Trinkwasser oder die enzymatischen Nachweise von Zucker und Alkoholen getestet. Die Bestimmung der Geschwindigkeitskonstante wird für den Glucosenachweis mit Kaliumpermanganat und die Entfärbung von Kristallviolett durchgeführt.



Hanitsch, Stefan; Grohmann, Steffi; Berg, Albrecht; Moje, J.; Hoffmann, Martin
Method for testing of hydrogel sensor coatings. - In: Biomedical engineering, ISSN 1862-278X, Bd. 59.2014, Suppl. 1, S. S31-S33

http://dx.doi.org/10.1515/bmt-2014-5000
Stubenrauch, Mike; Hanitsch, Stefan; Fischer, Robert; Bartsch, Heike; Straube, Anja; Hoffmann, Martin; Witte, Hartmut
BioMEMS for analysis and synthesis in life sciences. - In: Biomedical engineering, ISSN 1862-278X, Bd. 59.2014, Suppl. 1, S. S127

http://dx.doi.org/10.1515/bmt-2014-5001
Polster, Tobias;
Aluminiumnitrid Dünnschichtmembranen : Charakterisierung und technologische Integration in den MEMS-Prozessfluss, 2014. - Online-Ressource (PDF-Datei: VII, 185 S., 11,73 MB) : Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2014
Parallel als Druckausg. erschienen

Diese Arbeit beschäftigt sich mit unterschiedlichen Aspekten des Materials Aluminiumnitrid (AlN) als Dünnschicht. Dabei wird ein Überblick zum aktuellen Stand der Technik auf Applikationsseite mit gleichzeitiger Abgrenzung zu den selbstragenden AlN-Membranen gegeben. Die selbstragenden AlN-Membranen stellen in dieser Arbeit die zentralen Elemente dar. Zudem werden wesentliche Membraneigenschaften wie der E-Modul, die intrinsische Verspannung und die thermische Leitfähigkeit anhand von membranbasierten Teststrukturen charakterisiert. Abschließend werden zwei Applikationsbeispiele nach den Regeln zur Prozessintegration umgesetzt und in ihrer Funktionalität demonstriert. Dies Regeln sind im Zuge der technologischen Versuche aufgestellt worden. Die bereits erwähnten AlN-Dünnschichtmembranen werden in dieser Arbeit als neue Funktionselemente eingeführt. Deren Herstellung kann über eine sehr einfache Prozessfolge mit wenigen Prozessschritten erfolgen. Im Rahmen dieser Arbeit werden zudem erstmals die mechanisch stabilen, selbsttragenden AlN-Pyramidenmembranen vorgestellt. Dabei handelt es sich um neuartige dreidimensionale Membranelemente, deren Herstellungsmöglichkeit aus den Untersuchungen zur technologischen Integration von AlN-Dünnschichten hervorgeht. Die in dieser Arbeit eingesetzten Membranelemente basieren alle auf AlN-Dünnschichten mit einer definierten kristallinen Struktur, der c-Achsentextur. Diese Struktur wird zum Einstieg in die Materialcharakterisierung näher betrachtet. Zudem werden die Parameter der Schichtabscheidung zum Erzielen dieser Struktur definiert. Zur Untersuchung der Membranelemente hinsichtlich ihrer mechanischen Eigenschaften werden Bulge-Test-Experimenten durchgeführt. Diese eröffnen die Möglichkeit Membran- bzw. Schichtspannung und biaxialen Modul zu analysieren. Die Bestimmung der thermischen Leitfähigkeit der AlN-Dünnschichten erfolgt ebenfalls auf Basis von Membranelementen. Dazu werden die entsprechend benötigten Heiz- und Temperaturmessstrukturen auf den Membranen integriert. Den Abschluss dieser Arbeit bildet die Vorstellung zweier Funktionalisierungsbeispiele von AlN-Membranen. Damit wird unterstrichen, wie vielfältig die Möglichkeiten der technologischen Integration sind. Eines der Beispiele beschreibt eine thermomechanisch aktuierte AlN-Membran. Das zweite Funktionalisierungsbeispiel befasst sich mit der Integration von Elektrodenkontakten auf den AlN-Pyramidenmembranen, welche die Möglichkeit zum Aufbau eines piezoelektrisch sensitiven Elementes aufzeigt.



http://www.db-thueringen.de/servlets/DocumentServlet?id=25215
Goj, Boris; Bartsch, Heike; Hanitsch, Stefan; Hoffmann, Martin; Müller, Jens
Temperature and humidity sensor based on planarized LTCC-surfaces :
Temperatur- und Feuchtesensor basierend auf planarisierten LTCC-Oberflächen. - In: Mikro-Nano-Integration, (2014), S. 127-130

Leopold, Steffen; Pätz, Daniel; Sinzinger, Stefan; Müller, Jens; Hoffmann, Martin
Hybride Integration von Silicium- und LTCC-Technologie zur Herstellung verstimmbarer Zylinderlinsen. - In: Mikro-Nano-Integration, (2014), S. 112-117

Markweg, Eric; Schädel, Martin; Brodersen, Olaf; Ortlepp, Hans Georg; Hoffmann, Martin; Mollenhauer, Olaf
Mikrotechnische Umsetzung eines integriert optischen Michelson-Interferometers für Auflösungen im Sub-Nanometerbereich. - In: Mikro-Nano-Integration, (2014), S. 107-111

Günschmann, Sabine; Müller, Lutz; Fischer, Michael; Hoffmann, Martin; Müller, Jens
Selektive Erzeugung von Nanostrukturen auf einer Waferoberfläche zur Realisierung von optischen und mechanischen Funktionen beim Aufbau eines Echtzeitölsensors. - In: Mikro-Nano-Integration, (2014), S. 69-74

Müller, Lutz; Günschmann, Sabine; Fischer, Michael; Müller, Jens; Hoffmann, Martin; Käpplinger, Indira; Brode, Wolfgang; Biermann, Steffen
Nanostrukturen als Problemlöser - Emissionserhöhung und Interferenzvermeidung am Bsp. eines IR-basierten Fluidsensors. - In: Mikro-Nano-Integration, (2014), S. 52-56

Mehner, Hannes; Endrödy, Csaba; Hoffmann, Martin
Linear stepping microactuator for hyperspectral systems. - In: 2014 International Conference on Optical MEMS and Nanophotonics (OMN), ISBN 978-1-4799-3737-0, (2014), S. 117-118

http://dx.doi.org/10.1109/OMN.2014.6924597
Grewe, Adrian; Endrödy, Csaba; Hillenbrand, Matthias; Cu-Nguyen, Phuong-Ha; Seifert, Andreas; Hoffmann, Martin; Sinzinger, Stefan
Compact hyperchromatic imaging systems based on tunable optical microsystems. - In: 2014 International Conference on Optical MEMS and Nanophotonics (OMN), ISBN 978-1-4799-3737-0, (2014), S. 129-130

We present hyperspectral imaging (HSI) systems based on a hyperchromatic confocal approach. Spatial filters are used to separate the spectral components of the light. The necessary multiplexing in time is realized by tuneable optics. In addition, we propose tunable systems with diffractive Alvarez-Lohmann lenses as well as fluidic micro lenses and present a demonstrator using Alvarez-Lohmann lenses. Micromechanical stepper actuators with large movement range are used to enhance the spatial resolution of those systems.



http://dx.doi.org/10.1109/OMN.2014.6924554
Pätz, Daniel; Leopold, Steffen; Hoffmann, Martin; Sinzinger, Stefan
Tunable anamorphotic imaging system based on fluidic cylindrical lenses. - In: 2014 International Conference on Optical MEMS and Nanophotonics (OMN), ISBN 978-1-4799-3737-0, (2014), S. 25-26

We present an anamorphotic imaging system with a separately tunable magnification in horizontal and vertical direction in order to change the aspect ratio of the image. The design is based on cylindrical membrane lenses made of aluminum nitride with tunable focal power to realize a vario system without moving elements. We demonstrate the design concept of cylindrical lenses with a very compact geometry, the optical system as well as experimental results.



http://dx.doi.org/10.1109/OMN.2014.6924521
Hoffmann, Martin
Mikro-Nano-Integration : Beiträge des 5. GMM-Workshops, 8. - 9. Oktober 2014 in Ilmenau. - Berlin : VDE-Verl., 2014. - 1 CD-ROM. - (GMM-Fachbericht ; 81) ISBN 978-3-8007-3632-4

Hanitsch, Stefan; Hampl, Jörg; Fischer, Robert; Tobola, Justyna; Stubenrauch, Mike; Schober, Andreas; Witte, Hartmut; Hoffmann, Martin
Integration of hydrogels into BioMEMS. - In: Shaping the future by engineering, (2014), insges. 9 S.

Weigel, Christoph; Schneider, Mike; Hoffmann, Martin; Kahl, Sebastian; Jurisch, Reinhard
Low-energy-sensor for oxygen detection in packaging via RFID :
Niedrig-Energie-Sensor für den Sauerstoffnachweis in Verpackungen mittels RFID. - In: Sensoren und Messsysteme 2014, (2014), insges. 6 S.

Müller, Lutz; Günschmann, Sabine; Fischer, Michael; Müller, Jens; Hoffmann, Martin; Käpplinger, Indira; Brode, Wolfgang; Magi, André; Biermann, Steffen; Pignanelli, Eliseo; Schütze, Andreas
Development and optimization of a fluidic sensor system based on silicon and ceramic microtechnology components :
Entwicklung und Optimierung mikrotechnischer Silizium- und Keramikkomponenten zur Realisierung eines Fluidiksensors. - In: Sensoren und Messsysteme 2014, (2014), insges. 6 S.

Cu-Nguyen, Phuong-Ha; Grewe, Adrian; Endrödy, Csaba; Sinzinger, Stefan; Zappe, Hans; Seifert, Andreas
Compact tunable hyperspectral imaging system. - In: IEEE 27th International Conference on Micro Electro Mechanical Systems (MEMS), 2014, ISBN 978-1-4799-3510-9, (2014), S. 1167-1170

http://dx.doi.org/10.1109/MEMSYS.2014.6765854
Geiling, Thomas; Dressler, Lothar; Welker, Tilo; Hoffmann, Martin
Fine dust measurement with electrical fields - concept of a hybrid particle detector. - In: 9th IMAPS/AcerS International Conference and Exhibition on Ceramic Interconnect and Ceramic Microsystems Technologies (CICMT 2013), ISBN 978-1-62993-718-2, (2014), S. 131-136

Leopold, Steffen; Geiling, Thomas; Fliegner, Caroline; Pätz, Daniel; Sinzinger, Stefan; Müller, Jens; Hoffmann, Martin
Multifunctional LTCC substrates for thermal actuation of tunable micro-lenses made of aluminum nitride membranes. - In: 9th IMAPS/AcerS International Conference and Exhibition on Ceramic Interconnect and Ceramic Microsystems Technologies (CICMT 2013), ISBN 978-1-62993-718-2, (2014), S. 124-130

Goj, Boris; Dressler, Lothar; Hoffmann, Martin;
Semi-contact measurements of three-dimensional surfaces utilizing a resonant uniaxial microprobe. - In: Measurement science and technology, ISSN 1361-6501, Bd. 25 (2014), 6, S. 064012, insges. 9 S.

http://dx.doi.org/10.1088/0957-0233/25/6/064012
Vorbringer-Dorozhovets, Nataliya; Goj, Boris; Machleidt, Torsten; Franke, Karl-Heinz; Hoffmann, Martin; Manske, Eberhard
Multifunctional nanoanalytics and long-range scanning probe microscope using a nanopositioning and nanomeasuring machine. - In: Measurement science and technology, ISSN 1361-6501, Bd. 25 (2014), 4, S. 044006, insges. 7 S.

An interferometer-based metrological scanning probe microscope (SPM) is successfully integrated into our nanopositioning and nanomeasuring machine (NPM machine) for high-precision measurements with nanometre uncertainty over a range of 25 mm × 25 mm × 5 mm. Both devices were developed at the Institute of Process Measurement and Sensor Technology of Ilmenau University of Technology, Germany. Outstanding results were achieved for different measurement tasks. With the NPM machine, truly long-range and long-term measurements are possible. Due to the tip wear, an automatic SPM cantilever replacement is preferable. Such a tip replacement is also required for the integration of multifunctional nanoanalytics. For example, for Kelvin probe force microscopy (KPFM), the measurement of topography and surface potential with different SPM tips is necessary. For this purpose, an electromagnetic tip changer was designed. The tip changer comprises three SPM probes. In order to retrieve the previous tip positions, additional fiducial marks were developed. The repeatability of relocation is less than 10 nm. The automatic tip changer and fiducial marks are integrated into a sample holder. The tip changer in combination with fiducial marks allows scanning distances three times longer (with the same type of SPM probes) and multifunctional nanoanalytics (with different SPM probes with special properties). Sample KPFM measurements are demonstrated. The developed tip changer, including special fiducial marks, improves the performance and functionality of the NPM machine crucially.



http://dx.doi.org/10.1088/0957-0233/25/4/044006
Müller, Lutz; Käpplinger, Indira; Biermann, Steffen; Brode, Wolfgang; Hoffmann, Martin
Infrared emitting nanostructures for highly efficient microhotplates. - In: Journal of micromechanics and microengineering, ISSN 1361-6439, Bd. 24 (2014), 3, 035014, insges. 9 S.

https://doi.org/10.1088/0960-1317/24/3/035014
Weinberger, Stefan; Nguyen, Tran Trung; Ament, Christoph; Hoffmann, Martin
Quasi-static micromirror with enlarged deflection based on aluminum nitride thin film springs. - In: Sensors and actuators. Physical. - Amsterdam [u.a.] : Elsevier Science, 1990- , ISSN: 1873-3069 , ZDB-ID: 1500729-7, ISSN 1873-3069, Bd. 210 (2014), S. 165-174

http://dx.doi.org/10.1016/j.sna.2014.02.017
Dittrich, Lars; Hoffmann, Martin;
Chip-integrated solutions for manipulation and sorting of micro droplets and fluid segments by electrical actuation. - In: Micro-segmented flow, (2014), S. 55-72

Podoskin, Dmitry; Shaukat, Navel; Brückner, Klemens; Blau, Kurt; Mehner, Hannes; Gropp, Sebastian; Hoffmann, Martin; Hein, Matthias A.
RF oscillators based on piezoelectric aluminium nitride MEMS resonators. - In: GeMiC 2014, (2014), insges. 4 S.

http://ieeexplore.ieee.org/document/6775173/
Hampl, Stefan; Leistritz, Bianca; Saft, Benjamin; Hoffmann, Martin; Hennig, Eckhard
Micromechanical, vertical comb-drive-structures for the construction of an electrostatic energy harvester. - In: Energy self-sufficient sensors, (2014), S. 14-19

http://ieeexplore.ieee.org/document/6776862/
Gropp, Sebastian; Weigel, Christoph; Hoffmann, Martin
(Oxygen on demand for clinical ventilation) :
Bedarfsgerechte Sauerstoffgabe in der klinischen Ventilation, Teilvorhaben: Patientennahe IR-Atemgasanalyse mit optofluidischer Messzelle : OXIvent - Abschlussbericht ; Berichtszeitraum: 01.09.2011 - 31.08.2014. - Ilmenau : Techn. Univ., Inst. für Mikro- und Nanotechnologien MacroNano®, Fachgebiet Mikromechanische Systeme. - Online-Ressource (PDF-Datei: 27 S., 2.429 KB)Unterschiede zwischen dem gedruckten Dokument und der elektronischen Ressource können nicht ausgeschlossen werden

https://edocs.tib.eu/files/e01fb15/841238502.pdf
Endrödy, Csaba; Mehner, Hannes; Grewe, Adrian; Sinzinger, Stefan; Hoffmann, Martin
Two-dimensional stepping drive for hyperspectral systems. - In: MME 2014 - Istanbul, (2014), insges. 4 S.

Goj, Boris;
Entwicklung eines dreiachsigen taktilen Mikromesssystems in Silicium-Technologie, 2014. - Online-Ressource (PDF-Datei: Getr. Zählung, 42,98 MB) Ilmenau : Techn. Univ., Diss., 2014

Ziel dieser Arbeit war der Entwurf und die Erforschung eines neuartigen dreiachsigen Mikrotastsystems, welches in Verbindung mit einer Nanopositionier- und Nanomessmaschine die Oberflächenvermessung makroskopischer Bauelemente ermöglicht. Eine zentrale Forderung in der Koordinatenmesstechnik stellt die Miniaturisierung des Antastelements (Rubinkugeln) dar, um Messobjekte mit Abmessungen im Mikrometerbereich zu vermessen. Die Miniaturisierung führt allerdings dazu, dass Effekte, die ursprünglich aus der Mikrowelt bekannt sind, berücksichtigt werden müssen. Grund dafür ist die Skalierung, welche eine Verschiebung der Kraftverhältnisse in der Mikrosystemtechnik bewirkt. Neben anderen Oberflächenkräften (elektrostatische Kräfte, van-der-Waals-Kräfte) ist die Kapillarkraft entscheidend für Mikrotastsysteme. Sie bildet sich durch dünne Wasserfilme auf den Oberflächen der Kontaktpartner aus und führt zum Kleben (Sticking) des Antastelements am Messobjekt. Schwerwiegende Folgen sind Fehlantastungen (engl.: false triggering) beim Anfahren des Messobjekts und ungewollte Schwingungen (engl.: snap back) beim Lösen des Kontakts. Hohe Steifigkeiten der mechanischen Aufhängung des Tastsystems minimieren die Wirkung von Sticking. Im Gegenzug dazu erfordern kleine Radien der Antastelemente eine niedrige Federsteifigkeit, da eine hohe Hertzsche Pressung zu Beschädigungen des Messobjekts führen würde. Dieser aufkommende Widerspruch zwischen hohen Federsteifigkeiten zur Minimierung der Kapillarkraft und niedrigen Federsteifigkeiten zur Herabsetzung der Hertzschen Pressung wird in dieser Arbeit gelöst. Es wird der Entwurf und die Erforschung eines dynamischen Mikrotastsystems dargestellt, welches durch oszillierende Bewegungen in drei unabhängigen Raumrichtungen Sticking vermeidet und Kontaktkräfte minimiert. Im Detail wird ein dreistufiger Entwicklungsprozess dokumentiert, indem drei Mikrotastsysteme mit unterschiedlicher Komplexität entstehen. Mit der ersten Entwicklungsstufe dem einachsigen Mikrotastsystem wird nachgewiesen, dass Sticking durch eine dynamische Antastung sicher vermieden wird. Ebenfalls liefert das einachsige Mikrotastsystem Erkenntnisse über das Kontaktverhalten zwischen Antastelement und Messobjekt. Die zweite Vorentwicklung (zweiachsiges Mikrotastsystem) erbringt den Nachweis, dass sich mehrere Schwingungsachsen unabhängig voneinander aktuieren und sensorisch auswerten lassen. Zusätzlich wird das Kontaktverhalten der zweiten sensitiven Achse untersucht. Das Ergebnis dieser Arbeit ist ein dreiachsiges Mikrotastsystem, welches in drei Raumrichtungen mit unterschiedlichen Resonanzfrequenzen (f = 880 Hz bis 2000 Hz) oszilliert. Das Kontaktverhalten zwischen dem Messobjekt und dem Antastelement wird durch die Kontaktsteifigkeit bestimmt, welche vom E-Modul der Kontaktmaterialien und dem Radius des Antastelements abhängt. Das dreiachsige Mikrotastsystem misst im Semi-Kontaktmodus, wobei das Antastelement die Oberfläche des Messobjekts kurzzeitig berührt. Die auftretenden Kontaktkräfte sind mit F = 12 N weit unter denen herkömmlicher taktiler Messsysteme. Erste Messungen mit dem dreiachsigen Mikrotastsystem zeigen, dass in vertikaler Richtung (z-Achse) die Eindringtiefe des Messobjekts mit einer maximalen Abweichung von 45 nm gemessen wird. In x- und y-Richtung erfolgt eine binäre Ermittlung des Kontakts (0 - kein Kontakt, 1 - Kontakt) mit einer Auflösung von 30 nm.Vorteile des in der Arbeit beschriebenen dreiachsigen Mikrotastsystems sind die niedrigen Kontaktkräfte, die hohe Dynamik durch das Vermeiden von Sticking, die kleine Anzahl weicher Klebestellen und die batch-kompatible, kostengünstige Fertigung. Ein weiterer Vorteil des dargestellten Mikrotastsystems ist dessen hohes Anwendungspotenzial: Neben dem Einsatz in Koordinatenmessmaschinen sind Applikationen als 3D-Kraftsensor, Rauheitsmesser, Werkstoffprüfer oder Zellmanipulator denkbar.



http://www.db-thueringen.de/servlets/DocumentServlet?id=25600
Dornbusch, Kay;
Einsatz von miniaturisierten Spektralsensoren für die Prozessanalytik von Flüssigphasenreaktionen in Mikrokanälen. - [Jena] : Leander Wiss., 2014. - 209 S. : Zugl.: Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2014
ISBN 978-3-9815368-7-4

Das in dieser Arbeit entwickelte neuartige optische System ist in der Lage, mit kosteneffizienten niederperformanten optischen Sensoren Intensitätsänderungen an sechs verschiedenen Stützstellen im sichtbaren Spektralbereich zu erfassen und für mikrofluidische Anwendungen auszuwerten. Durch den Einsatz von miniaturisierten Multispektralsensoren und verschiedenen Leuchtdioden als Lichtquelle ist es gelungen, die simultane Aufnahme der Absorptions- und Emissionsspektren von flüssigen Proben in Echtzeit durchzuführen. Damit ist es möglich die Kinetik verschiedener chemischer Reaktionen zu analysieren und deren Geschwindigkeitskonstante mit Hilfe unterschiedlicher Methoden, stopped- und accelerated-flow, zu bestimmen. Weiterhin können vielfältige, in der instrumentellen Analytik wichtige, Nachweisreaktionen schnell und mit einem geringen Probenvolumen im Mikroreaktor, d.h. kostengünstig und umweltschonend durchgeführt werden.Um die dazu benötigten optischen Systeme für die Absorptions- und Emissionsspektroskopie mit ihren Bauteilen zu charakterisieren, werden die verschiedenen Ansätze in eine Raytracing-Software überführt und analysiert. Die geometrisch-optische Berechnung gestattet dabei eine genaue Untersuchung des Systems und ermöglicht bereits in einem frühen Entwurfsstadium Aussagen über wesentliche Parameter. Für die Applikation des Systems werden einige typische Nachweisreaktionen aus den Life Sciences wie der Nachweis von Phosphationen im Trinkwasser oder die enzymatischen Nachweise von Zucker und Alkoholen getestet. Die Bestimmung der Geschwindigkeitskonstante wird für den Glucosenachweis mit Kaliumpermanganat und die Entfärbung von Kristallviolett durchgeführt.



Hanitsch, Stefan; Grohmann, Steffi; Berg, Albrecht; Moje, J.; Hoffmann, Martin
Method for testing of hydrogel sensor coatings. - In: Biomedical engineering, ISSN 1862-278X, Bd. 59.2014, Suppl. 1, S. S31-S33

http://dx.doi.org/10.1515/bmt-2014-5000
Stubenrauch, Mike; Hanitsch, Stefan; Fischer, Robert; Bartsch, Heike; Straube, Anja; Hoffmann, Martin; Witte, Hartmut
BioMEMS for analysis and synthesis in life sciences. - In: Biomedical engineering, ISSN 1862-278X, Bd. 59.2014, Suppl. 1, S. S127

http://dx.doi.org/10.1515/bmt-2014-5001
Polster, Tobias;
Aluminiumnitrid Dünnschichtmembranen : Charakterisierung und technologische Integration in den MEMS-Prozessfluss, 2014. - Online-Ressource (PDF-Datei: VII, 185 S., 11,73 MB) : Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2014
Parallel als Druckausg. erschienen

Diese Arbeit beschäftigt sich mit unterschiedlichen Aspekten des Materials Aluminiumnitrid (AlN) als Dünnschicht. Dabei wird ein Überblick zum aktuellen Stand der Technik auf Applikationsseite mit gleichzeitiger Abgrenzung zu den selbstragenden AlN-Membranen gegeben. Die selbstragenden AlN-Membranen stellen in dieser Arbeit die zentralen Elemente dar. Zudem werden wesentliche Membraneigenschaften wie der E-Modul, die intrinsische Verspannung und die thermische Leitfähigkeit anhand von membranbasierten Teststrukturen charakterisiert. Abschließend werden zwei Applikationsbeispiele nach den Regeln zur Prozessintegration umgesetzt und in ihrer Funktionalität demonstriert. Dies Regeln sind im Zuge der technologischen Versuche aufgestellt worden. Die bereits erwähnten AlN-Dünnschichtmembranen werden in dieser Arbeit als neue Funktionselemente eingeführt. Deren Herstellung kann über eine sehr einfache Prozessfolge mit wenigen Prozessschritten erfolgen. Im Rahmen dieser Arbeit werden zudem erstmals die mechanisch stabilen, selbsttragenden AlN-Pyramidenmembranen vorgestellt. Dabei handelt es sich um neuartige dreidimensionale Membranelemente, deren Herstellungsmöglichkeit aus den Untersuchungen zur technologischen Integration von AlN-Dünnschichten hervorgeht. Die in dieser Arbeit eingesetzten Membranelemente basieren alle auf AlN-Dünnschichten mit einer definierten kristallinen Struktur, der c-Achsentextur. Diese Struktur wird zum Einstieg in die Materialcharakterisierung näher betrachtet. Zudem werden die Parameter der Schichtabscheidung zum Erzielen dieser Struktur definiert. Zur Untersuchung der Membranelemente hinsichtlich ihrer mechanischen Eigenschaften werden Bulge-Test-Experimenten durchgeführt. Diese eröffnen die Möglichkeit Membran- bzw. Schichtspannung und biaxialen Modul zu analysieren. Die Bestimmung der thermischen Leitfähigkeit der AlN-Dünnschichten erfolgt ebenfalls auf Basis von Membranelementen. Dazu werden die entsprechend benötigten Heiz- und Temperaturmessstrukturen auf den Membranen integriert. Den Abschluss dieser Arbeit bildet die Vorstellung zweier Funktionalisierungsbeispiele von AlN-Membranen. Damit wird unterstrichen, wie vielfältig die Möglichkeiten der technologischen Integration sind. Eines der Beispiele beschreibt eine thermomechanisch aktuierte AlN-Membran. Das zweite Funktionalisierungsbeispiel befasst sich mit der Integration von Elektrodenkontakten auf den AlN-Pyramidenmembranen, welche die Möglichkeit zum Aufbau eines piezoelektrisch sensitiven Elementes aufzeigt.



http://www.db-thueringen.de/servlets/DocumentServlet?id=25215
Goj, Boris; Bartsch, Heike; Hanitsch, Stefan; Hoffmann, Martin; Müller, Jens
Temperature and humidity sensor based on planarized LTCC-surfaces :
Temperatur- und Feuchtesensor basierend auf planarisierten LTCC-Oberflächen. - In: Mikro-Nano-Integration, (2014), S. 127-130

Leopold, Steffen; Pätz, Daniel; Sinzinger, Stefan; Müller, Jens; Hoffmann, Martin
Hybride Integration von Silicium- und LTCC-Technologie zur Herstellung verstimmbarer Zylinderlinsen. - In: Mikro-Nano-Integration, (2014), S. 112-117

Markweg, Eric; Schädel, Martin; Brodersen, Olaf; Ortlepp, Hans Georg; Hoffmann, Martin; Mollenhauer, Olaf
Mikrotechnische Umsetzung eines integriert optischen Michelson-Interferometers für Auflösungen im Sub-Nanometerbereich. - In: Mikro-Nano-Integration, (2014), S. 107-111

Günschmann, Sabine; Müller, Lutz; Fischer, Michael; Hoffmann, Martin; Müller, Jens
Selektive Erzeugung von Nanostrukturen auf einer Waferoberfläche zur Realisierung von optischen und mechanischen Funktionen beim Aufbau eines Echtzeitölsensors. - In: Mikro-Nano-Integration, (2014), S. 69-74

Müller, Lutz; Günschmann, Sabine; Fischer, Michael; Müller, Jens; Hoffmann, Martin; Käpplinger, Indira; Brode, Wolfgang; Biermann, Steffen
Nanostrukturen als Problemlöser - Emissionserhöhung und Interferenzvermeidung am Bsp. eines IR-basierten Fluidsensors. - In: Mikro-Nano-Integration, (2014), S. 52-56

Mehner, Hannes; Endrödy, Csaba; Hoffmann, Martin
Linear stepping microactuator for hyperspectral systems. - In: 2014 International Conference on Optical MEMS and Nanophotonics (OMN), ISBN 978-1-4799-3737-0, (2014), S. 117-118

http://dx.doi.org/10.1109/OMN.2014.6924597
Grewe, Adrian; Endrödy, Csaba; Hillenbrand, Matthias; Cu-Nguyen, Phuong-Ha; Seifert, Andreas; Hoffmann, Martin; Sinzinger, Stefan
Compact hyperchromatic imaging systems based on tunable optical microsystems. - In: 2014 International Conference on Optical MEMS and Nanophotonics (OMN), ISBN 978-1-4799-3737-0, (2014), S. 129-130

We present hyperspectral imaging (HSI) systems based on a hyperchromatic confocal approach. Spatial filters are used to separate the spectral components of the light. The necessary multiplexing in time is realized by tuneable optics. In addition, we propose tunable systems with diffractive Alvarez-Lohmann lenses as well as fluidic micro lenses and present a demonstrator using Alvarez-Lohmann lenses. Micromechanical stepper actuators with large movement range are used to enhance the spatial resolution of those systems.



http://dx.doi.org/10.1109/OMN.2014.6924554
Pätz, Daniel; Leopold, Steffen; Hoffmann, Martin; Sinzinger, Stefan
Tunable anamorphotic imaging system based on fluidic cylindrical lenses. - In: 2014 International Conference on Optical MEMS and Nanophotonics (OMN), ISBN 978-1-4799-3737-0, (2014), S. 25-26

We present an anamorphotic imaging system with a separately tunable magnification in horizontal and vertical direction in order to change the aspect ratio of the image. The design is based on cylindrical membrane lenses made of aluminum nitride with tunable focal power to realize a vario system without moving elements. We demonstrate the design concept of cylindrical lenses with a very compact geometry, the optical system as well as experimental results.



http://dx.doi.org/10.1109/OMN.2014.6924521
Hoffmann, Martin
Mikro-Nano-Integration : Beiträge des 5. GMM-Workshops, 8. - 9. Oktober 2014 in Ilmenau. - Berlin : VDE-Verl., 2014. - 1 CD-ROM. - (GMM-Fachbericht ; 81) ISBN 978-3-8007-3632-4

Hanitsch, Stefan; Hampl, Jörg; Fischer, Robert; Tobola, Justyna; Stubenrauch, Mike; Schober, Andreas; Witte, Hartmut; Hoffmann, Martin
Integration of hydrogels into BioMEMS. - In: Shaping the future by engineering, (2014), insges. 9 S.

Weigel, Christoph; Schneider, Mike; Hoffmann, Martin; Kahl, Sebastian; Jurisch, Reinhard
Low-energy-sensor for oxygen detection in packaging via RFID :
Niedrig-Energie-Sensor für den Sauerstoffnachweis in Verpackungen mittels RFID. - In: Sensoren und Messsysteme 2014, (2014), insges. 6 S.

Müller, Lutz; Günschmann, Sabine; Fischer, Michael; Müller, Jens; Hoffmann, Martin; Käpplinger, Indira; Brode, Wolfgang; Magi, André; Biermann, Steffen; Pignanelli, Eliseo; Schütze, Andreas
Development and optimization of a fluidic sensor system based on silicon and ceramic microtechnology components :
Entwicklung und Optimierung mikrotechnischer Silizium- und Keramikkomponenten zur Realisierung eines Fluidiksensors. - In: Sensoren und Messsysteme 2014, (2014), insges. 6 S.

Cu-Nguyen, Phuong-Ha; Grewe, Adrian; Endrödy, Csaba; Sinzinger, Stefan; Zappe, Hans; Seifert, Andreas
Compact tunable hyperspectral imaging system. - In: IEEE 27th International Conference on Micro Electro Mechanical Systems (MEMS), 2014, ISBN 978-1-4799-3510-9, (2014), S. 1167-1170

http://dx.doi.org/10.1109/MEMSYS.2014.6765854
Geiling, Thomas; Dressler, Lothar; Welker, Tilo; Hoffmann, Martin
Fine dust measurement with electrical fields - concept of a hybrid particle detector. - In: 9th IMAPS/AcerS International Conference and Exhibition on Ceramic Interconnect and Ceramic Microsystems Technologies (CICMT 2013), ISBN 978-1-62993-718-2, (2014), S. 131-136

Leopold, Steffen; Geiling, Thomas; Fliegner, Caroline; Pätz, Daniel; Sinzinger, Stefan; Müller, Jens; Hoffmann, Martin
Multifunctional LTCC substrates for thermal actuation of tunable micro-lenses made of aluminum nitride membranes. - In: 9th IMAPS/AcerS International Conference and Exhibition on Ceramic Interconnect and Ceramic Microsystems Technologies (CICMT 2013), ISBN 978-1-62993-718-2, (2014), S. 124-130

Goj, Boris; Dressler, Lothar; Hoffmann, Martin;
Semi-contact measurements of three-dimensional surfaces utilizing a resonant uniaxial microprobe. - In: Measurement science and technology, ISSN 1361-6501, Bd. 25 (2014), 6, S. 064012, insges. 9 S.

http://dx.doi.org/10.1088/0957-0233/25/6/064012
Vorbringer-Dorozhovets, Nataliya; Goj, Boris; Machleidt, Torsten; Franke, Karl-Heinz; Hoffmann, Martin; Manske, Eberhard
Multifunctional nanoanalytics and long-range scanning probe microscope using a nanopositioning and nanomeasuring machine. - In: Measurement science and technology, ISSN 1361-6501, Bd. 25 (2014), 4, S. 044006, insges. 7 S.

An interferometer-based metrological scanning probe microscope (SPM) is successfully integrated into our nanopositioning and nanomeasuring machine (NPM machine) for high-precision measurements with nanometre uncertainty over a range of 25 mm × 25 mm × 5 mm. Both devices were developed at the Institute of Process Measurement and Sensor Technology of Ilmenau University of Technology, Germany. Outstanding results were achieved for different measurement tasks. With the NPM machine, truly long-range and long-term measurements are possible. Due to the tip wear, an automatic SPM cantilever replacement is preferable. Such a tip replacement is also required for the integration of multifunctional nanoanalytics. For example, for Kelvin probe force microscopy (KPFM), the measurement of topography and surface potential with different SPM tips is necessary. For this purpose, an electromagnetic tip changer was designed. The tip changer comprises three SPM probes. In order to retrieve the previous tip positions, additional fiducial marks were developed. The repeatability of relocation is less than 10 nm. The automatic tip changer and fiducial marks are integrated into a sample holder. The tip changer in combination with fiducial marks allows scanning distances three times longer (with the same type of SPM probes) and multifunctional nanoanalytics (with different SPM probes with special properties). Sample KPFM measurements are demonstrated. The developed tip changer, including special fiducial marks, improves the performance and functionality of the NPM machine crucially.



http://dx.doi.org/10.1088/0957-0233/25/4/044006
Müller, Lutz; Käpplinger, Indira; Biermann, Steffen; Brode, Wolfgang; Hoffmann, Martin
Infrared emitting nanostructures for highly efficient microhotplates. - In: Journal of micromechanics and microengineering, ISSN 1361-6439, Bd. 24 (2014), 3, 035014, insges. 9 S.

https://doi.org/10.1088/0960-1317/24/3/035014
Weinberger, Stefan; Nguyen, Tran Trung; Ament, Christoph; Hoffmann, Martin
Quasi-static micromirror with enlarged deflection based on aluminum nitride thin film springs. - In: Sensors and actuators. Physical. - Amsterdam [u.a.] : Elsevier Science, 1990- , ISSN: 1873-3069 , ZDB-ID: 1500729-7, ISSN 1873-3069, Bd. 210 (2014), S. 165-174

http://dx.doi.org/10.1016/j.sna.2014.02.017
Dittrich, Lars; Hoffmann, Martin;
Chip-integrated solutions for manipulation and sorting of micro droplets and fluid segments by electrical actuation. - In: Micro-segmented flow, (2014), S. 55-72

Goj, Boris; Dressler, Lothar; Hoffmann, Martin
Resonant biaxial nanoprobe utilized for non-contact surface measurements. - In: Sensors & transducers, ISSN 2306-8515, Bd. 157 (2013), 10, S. 392-399

In this work a non-contact biaxial nanoprobe for surface profile scans of macroscopic objects with 150 nm accuracy is presented. The biaxial nanoprobe oscillates in two directions to overcome the challenges of sticking in contact mode. Two electrostatic actuators drive the nanoprobe while two electrostatic sensors measure the position of the tip ball. The contact behavior between the tip ball and the specimen is determined by the contact stiffness and the contact damping. Dependent on the dominating effect the nanoprobeoperatesat semi- or non-contact mode, respectively. The aims of this paper are the investigation of the contact behavior, the proof of the independent evaluation of the two axes and the check if sticking is safely avoided.



Weigel, Christoph
Niedrigenergie-Sensor zum Nachweis von Sauerstoff in Verpackungen mittels RFID - O2-SENS - Teilvorhaben: Erforschung passiver Sensorkonzepte : Schlussbericht O2Sens, öffentliche Fassung ; Berichtszeitraum: 01.01.2011 - 30.06.2013. - Ilmenau. - Online-Ressource (23 S., 1,69 MB)Förderkennzeichen BMBF 16SV5277. - Verbund-Nr. 01082506. - [Engl. T.: Final report: Low-energy-sensor for oxygen detection in packaging via RFID (O2Sens)]

https://edocs.tib.eu/files/e01fb14/812721675.pdf
Dittrich, Lars
Virtuelle Membranaktoren auf Nanostrukturen in Mikro-Pumpen : NanoMiPu ; Schlussbericht ; Laufzeit des Vorhabens: 01.11.2010 bis 30.06.2013. - Ilmenau : Techn. Univ., IMN MacroNano, Fachgebiet Mikromechanische Systeme. - Online-Ressource (20 S., 1,61 MB)Förderkennzeichen BMBF 16SV5368

https://edocs.tib.eu/files/e01fb14/812361423.pdf
Markweg, Eric; Weinberger, Stefan; Nguyen, Tran Trung; Ament, Christoph; Hoffmann, Martin
Mikrolasertracker für die 3D Koordinatenmessung : kürzere Bearbeitungszeiten, höhere Messgenauigkeit. - In: Optolines, ISSN 2193-9462, (2013), 33, S. 8-10

Vorbringer-Dorozhovets, Nataliya; Goj, Boris; Machleidt, Torsten; Franke, Karl-Heinz; Hoffmann, Martin; Manske, Eberhard
Multifunctional nanoanalytics and long-range SPM based on NPM machine. - In: Nanoscale 2013, (2013), S. 85

Klapperstück, Thomas; Glanz, Dagobert; Hanitsch, Stefan; Klapperstück, Manuela; Markwardt, Fritz; Wohlrab, Johannes
Calibration procedures for the quantitative determination of membrane potential in human cells using anionic dyes. - In: Cytometry, ISSN 1552-4930, Bd. 83A (2013), 7, S. 612-626

https://doi.org/10.1002/cyto.a.22300
Hoffmann, Martin; Goj, Boris; Goj, Boris *1985-*; Dressler, Lothar
Kontaktlose Oberflächenantastung in bis zu drei Raumrichtungen zur Vermeidung von Sticking-Effekten in der Koordinatenmesstechnik. - In: 6. Kolloquium Mikroproduktion, 2013, B23, insges. 6 S.

Geiling, Thomas; Welker, Tilo; Bartsch, Heike; Müller, Jens
Measurement of nitrogen monoxide levels in gas flows with a micro total analytical system based on LTCC. - In: 7th IMAPS/AcerS International Conference and Exhibition on Ceramic Interconnect and Ceramic Microsystems Technologies, ISBN 978-1-62748-105-2, (2013), S. 130-136

Hanitsch, Stefan; Hoffmann, Martin
Test environment for hydrogels as functional sensor window. - In: Biomedical engineering, ISSN 1862-278X, Bd. 58 (2013), insges. 2 S.

https://doi.org/10.1515/bmt-2013-4149
Mehner, Hannes; Leopold, Steffen; Hoffmann, Martin
Variation des intrinsischen Stressgradienten dünner Aluminiumnitridschichten. - In: Von Bauelementen zu Systemen, (2013), S. 622-625

Hampl, Stefan; Leistritz, Bianca; Saft, Benjamin; Hoffmann, Martin; Hennig, Eckhard
Ein- und mehrlagige vertikale Comb-Drive-Strukturen zur kapazitiven, niederfrequenten Energiegewinnung. - In: Von Bauelementen zu Systemen, (2013), S. 524-527

Dittrich, Lars; Endrödy, Csaba; Hoffmann, Martin;
Mikropumpe mit elektrostatischem Direktantrieb. - In: Von Bauelementen zu Systemen, (2013), S. 512-515

Hampl, Stefan; Hoffmann, Martin
Piezoelektrische AlN-Bimorphe als niederfrequent-resonante Mikroaktoren mit großem Stellweg. - In: Von Bauelementen zu Systemen, (2013), S. 480-483

Markweg, Eric; Weinberger, Stefan; Nguyen, Tran Trung; Schädel, Martin; Brodersen, Olaf; Ament, Christoph; Hoffmann, Martin
Mikrolasertracker zur multisensorischen 3D-Koordinatenmessung. - In: Von Bauelementen zu Systemen, (2013), S. 468-471

Goj, Boris; Dressler, Lothar; Hoffmann, Martin;
Resonant non-contact microprobe in silicon :
Resonanter berührungsloser Mikrotastkopf in Silicium-Mikromechanik. - In: Von Bauelementen zu Systemen, (2013), S. 253-256

Grewe, Adrian; Endrödy, Csaba; Fütterer, Richard; Cu-Nguyen, Phuong-Ha; Steiner, S.; Hillenbrand, Matthias; Correns, Martin; Hoffmann, Martin; Linß, Gerhard; Zappe, Hans P.; Seifert, Andreas; Kley, E. B.; Sinzinger, Stefan
Opto-mechanical microsystems for hyperspectral imaging :
Opto-mechanische Mikrosysteme zur hyperspektralen Bildgebung. - In: Von Bauelementen zu Systemen, (2013), S. 139-142

We present approaches and systems for hyperspectral imaging devices. The first approach is based on resonant waveguide gratings. Another two systems employ a hyperchromatic confocal approach for the spectral separation of light. The necessary multiplexing in time is realized by tuneable optics. Here we use fluidic micro lenses as well as diffractive Alvarez-Lohmann Lenses. To increase the resolution of such systems micromechanical stepper actuators with large travel range are designed.



Müller, Lutz; Hoffmann, Martin; Käpplinger, Indira; Brode, Wolfgang; Biermann, Steffen
Silicium-Platin Nanostrukturen für hochgradig Infrarot-emissive Oberflächen in Hotplate-Emittern. - In: Von Bauelementen zu Systemen, (2013), S. 87-90

Leopold, Steffen; Pätz, Daniel; Sinzinger, Stefan; Hoffmann, Martin
Tunable micro-lenses based on aluminium nitride membranes :
Adaptive Mikrolinsen basierend auf Aluminiumnitrid Membranen. - In: Von Bauelementen zu Systemen, (2013), S. 173-176

Tunable micro-lenses based on deformable membranes consist of a liquid, whose surface is defined by a pressure chamber and a membrane. If a pressure is applied, the membrane deflects spherically. Thus the liquid within the pressure chamber, which is covered with the membrane, forms a plano-convex lens. Within this contribution aluminium nitride membranes for tunable lenses are investigated. They benefit from long-term-stability and a nearly ideal spherical deformation. For the mechanical and optical characterization we use 500 nm thick membranes with a diameter of 3 mm. For an applied pressure of 20 kPa, we observed membrane delections of up to 64 [my]m and refractive powers between 0 and 25 dpt.



Yan, Yong; Hao, Bo; Wang, Dong; Chen, Ge; Markweg, Eric; Albrecht, Arne; Schaaf, Peter
Understanding the fast lithium storage performance of hydrogenated TiO 2 nanoparticles. - In: Journal of materials chemistry. Materials for energy and sustainability / Royal Society of Chemistry. - London [u.a.] : RSC, 2013- , ISSN: 2050-7496 , ZDB-ID: 2702232-8, ISSN 2050-7496, Bd. 1 (2013), 46, S. 14507-14513

http://dx.doi.org/10.1039/C3TA13491A
Goj, Boris; Dressler, Lothar; Hoffmann, Martin;
Non-contact biaxial nanoprobe utilized for surface measurements of MEMS. - In: Nanotechnology 2013: electronics, devices, fabrication, MEMS, fluidics and computational, ISBN 978-1-4822-0584-8, (2013), S. 197-200

Pätz, Daniel; Sinzinger, Stefan; Leopold, Steffen; Hoffmann, Martin
Imaging systems with aspherically tunable micro-optical elements. - In: Imaging systems and applications, ISBN 978-1-55752-975-6, (2013), insges. 3 S.

We present a micro-optical imaging system with active scanning function to expand the field of view of a single lens. We demonstrate design concepts for focusing and scanning elements, fabrication fundamentals as well as experimental results with multiple individually tunable lenses.



http://dx.doi.org/10.1364/ISA.2013.ITu1E.4
Grewe, Adrian; Hillenbrand, Matthias; Endrödy, Csaba; Hoffmann, Martin; Sinzinger, Stefan
Advanced phase plates for confocal hyperspectral imaging systems. - In: Applied industrial optics, ISBN 978-1-55752-975-6, (2013), insges. 3 S.

We present innovative confocal hyperspectral imaging systems. The focal length of the systems can be adjusted to change the filtered wavelength band. The active focus variation is achieved by hyperchromatic Alvarez-Lohmann-phase plates.



http://dx.doi.org/10.1364/AIO.2013.AW1B.2
Goj, Boris; Dressler, Lothar; Hoffmann, Martin;
Non-contact measurements of three-dimensional surfaces utilizing a miniaturized uniaxial nanoprobe. - In: ISMTII 2013, (2013), S. 138

Mehner, Hannes; Leopold, Steffen; Leopold, Steffen *1983-*; Hoffmann, Martin;
Variation of the intrinsic stress gradient in thin aluminum nitride films. - In: Journal of micromechanics and microengineering, ISSN 1361-6439, Bd. 23 (2013), 9, 095030, insges. 9 S.

https://doi.org/10.1088/0960-1317/23/9/095030
Goj, Boris; Dressler, Lothar; Hoffmann, Martin;
Resonant probing system comprising a high accurate uniaxial nanoprobe and a new evaluation unit. - In: Journal of micromechanics and microengineering, ISSN 1361-6439, Bd. 23 (2013), 9, 095012, insges. 10 S.

https://doi.org/10.1088/0960-1317/23/9/095012
Leopold, Steffen; Polster, Tobias; Pätz, Daniel; Knöbber, Fabian; Ambacher, Oliver; Sinzinger, Stefan; Hoffmann, Martin
MOEMS tunable microlens made of aluminum nitride membranes. - In: Journal of micro/nanolithography, MEMS and MOEMS, ISSN 1932-5134, Bd. 12 (2013), 2, S. 023012, insges. 8 S.

We present tunable lenses based on aluminum nitride membranes. The achievable tuning range in the refractive power is 0 to 25 dpt with an external pressure load of ≤20 kPa. The lenses are manufactured using MOEMS technology. For 500-nm-thick membranes with a diameter of 3 mm, a spherical deflection profile is found. The system provides good long-term stability showing no creep or hysteresis. A model for the refractive power versus applied pressure is derived and validated experimentally. Based on this model, design guidelines are discussed. One essential parameter is the residual stress of the aluminum nitride layer that can be controlled during deposition.



http://dx.doi.org/10.1117/1.JMM.12.2.023012
Goj, Boris; Dressler, Lothar; Hoffmann, Martin
Resonant biaxial nanoprobe utilized for non-contact surface measurements. - In: Sensors & transducers, ISSN 2306-8515, Bd. 157 (2013), 10, S. 392-399

In this work a non-contact biaxial nanoprobe for surface profile scans of macroscopic objects with 150 nm accuracy is presented. The biaxial nanoprobe oscillates in two directions to overcome the challenges of sticking in contact mode. Two electrostatic actuators drive the nanoprobe while two electrostatic sensors measure the position of the tip ball. The contact behavior between the tip ball and the specimen is determined by the contact stiffness and the contact damping. Dependent on the dominating effect the nanoprobeoperatesat semi- or non-contact mode, respectively. The aims of this paper are the investigation of the contact behavior, the proof of the independent evaluation of the two axes and the check if sticking is safely avoided.



Weigel, Christoph
Niedrigenergie-Sensor zum Nachweis von Sauerstoff in Verpackungen mittels RFID - O2-SENS - Teilvorhaben: Erforschung passiver Sensorkonzepte : Schlussbericht O2Sens, öffentliche Fassung ; Berichtszeitraum: 01.01.2011 - 30.06.2013. - Ilmenau. - Online-Ressource (23 S., 1,69 MB)Förderkennzeichen BMBF 16SV5277. - Verbund-Nr. 01082506. - [Engl. T.: Final report: Low-energy-sensor for oxygen detection in packaging via RFID (O2Sens)]

https://edocs.tib.eu/files/e01fb14/812721675.pdf
Dittrich, Lars
Virtuelle Membranaktoren auf Nanostrukturen in Mikro-Pumpen : NanoMiPu ; Schlussbericht ; Laufzeit des Vorhabens: 01.11.2010 bis 30.06.2013. - Ilmenau : Techn. Univ., IMN MacroNano, Fachgebiet Mikromechanische Systeme. - Online-Ressource (20 S., 1,61 MB)Förderkennzeichen BMBF 16SV5368

https://edocs.tib.eu/files/e01fb14/812361423.pdf
Markweg, Eric; Weinberger, Stefan; Nguyen, Tran Trung; Ament, Christoph; Hoffmann, Martin
Mikrolasertracker für die 3D Koordinatenmessung : kürzere Bearbeitungszeiten, höhere Messgenauigkeit. - In: Optolines, ISSN 2193-9462, (2013), 33, S. 8-10

Vorbringer-Dorozhovets, Nataliya; Goj, Boris; Machleidt, Torsten; Franke, Karl-Heinz; Hoffmann, Martin; Manske, Eberhard
Multifunctional nanoanalytics and long-range SPM based on NPM machine. - In: Nanoscale 2013, (2013), S. 85

Klapperstück, Thomas; Glanz, Dagobert; Hanitsch, Stefan; Klapperstück, Manuela; Markwardt, Fritz; Wohlrab, Johannes
Calibration procedures for the quantitative determination of membrane potential in human cells using anionic dyes. - In: Cytometry, ISSN 1552-4930, Bd. 83A (2013), 7, S. 612-626

https://doi.org/10.1002/cyto.a.22300
Hoffmann, Martin; Goj, Boris; Goj, Boris *1985-*; Dressler, Lothar
Kontaktlose Oberflächenantastung in bis zu drei Raumrichtungen zur Vermeidung von Sticking-Effekten in der Koordinatenmesstechnik. - In: 6. Kolloquium Mikroproduktion, 2013, B23, insges. 6 S.

Geiling, Thomas; Welker, Tilo; Bartsch, Heike; Müller, Jens
Measurement of nitrogen monoxide levels in gas flows with a micro total analytical system based on LTCC. - In: 7th IMAPS/AcerS International Conference and Exhibition on Ceramic Interconnect and Ceramic Microsystems Technologies, ISBN 978-1-62748-105-2, (2013), S. 130-136

Hanitsch, Stefan; Hoffmann, Martin
Test environment for hydrogels as functional sensor window. - In: Biomedical engineering, ISSN 1862-278X, Bd. 58 (2013), insges. 2 S.

https://doi.org/10.1515/bmt-2013-4149
Mehner, Hannes; Leopold, Steffen; Hoffmann, Martin
Variation des intrinsischen Stressgradienten dünner Aluminiumnitridschichten. - In: Von Bauelementen zu Systemen, (2013), S. 622-625

Hampl, Stefan; Leistritz, Bianca; Saft, Benjamin; Hoffmann, Martin; Hennig, Eckhard
Ein- und mehrlagige vertikale Comb-Drive-Strukturen zur kapazitiven, niederfrequenten Energiegewinnung. - In: Von Bauelementen zu Systemen, (2013), S. 524-527

Dittrich, Lars; Endrödy, Csaba; Hoffmann, Martin;
Mikropumpe mit elektrostatischem Direktantrieb. - In: Von Bauelementen zu Systemen, (2013), S. 512-515

Hampl, Stefan; Hoffmann, Martin
Piezoelektrische AlN-Bimorphe als niederfrequent-resonante Mikroaktoren mit großem Stellweg. - In: Von Bauelementen zu Systemen, (2013), S. 480-483

Markweg, Eric; Weinberger, Stefan; Nguyen, Tran Trung; Schädel, Martin; Brodersen, Olaf; Ament, Christoph; Hoffmann, Martin
Mikrolasertracker zur multisensorischen 3D-Koordinatenmessung. - In: Von Bauelementen zu Systemen, (2013), S. 468-471

Goj, Boris; Dressler, Lothar; Hoffmann, Martin;
Resonant non-contact microprobe in silicon :
Resonanter berührungsloser Mikrotastkopf in Silicium-Mikromechanik. - In: Von Bauelementen zu Systemen, (2013), S. 253-256

Grewe, Adrian; Endrödy, Csaba; Fütterer, Richard; Cu-Nguyen, Phuong-Ha; Steiner, S.; Hillenbrand, Matthias; Correns, Martin; Hoffmann, Martin; Linß, Gerhard; Zappe, Hans P.; Seifert, Andreas; Kley, E. B.; Sinzinger, Stefan
Opto-mechanical microsystems for hyperspectral imaging :
Opto-mechanische Mikrosysteme zur hyperspektralen Bildgebung. - In: Von Bauelementen zu Systemen, (2013), S. 139-142

We present approaches and systems for hyperspectral imaging devices. The first approach is based on resonant waveguide gratings. Another two systems employ a hyperchromatic confocal approach for the spectral separation of light. The necessary multiplexing in time is realized by tuneable optics. Here we use fluidic micro lenses as well as diffractive Alvarez-Lohmann Lenses. To increase the resolution of such systems micromechanical stepper actuators with large travel range are designed.



Müller, Lutz; Hoffmann, Martin; Käpplinger, Indira; Brode, Wolfgang; Biermann, Steffen
Silicium-Platin Nanostrukturen für hochgradig Infrarot-emissive Oberflächen in Hotplate-Emittern. - In: Von Bauelementen zu Systemen, (2013), S. 87-90

Leopold, Steffen; Pätz, Daniel; Sinzinger, Stefan; Hoffmann, Martin
Tunable micro-lenses based on aluminium nitride membranes :
Adaptive Mikrolinsen basierend auf Aluminiumnitrid Membranen. - In: Von Bauelementen zu Systemen, (2013), S. 173-176

Tunable micro-lenses based on deformable membranes consist of a liquid, whose surface is defined by a pressure chamber and a membrane. If a pressure is applied, the membrane deflects spherically. Thus the liquid within the pressure chamber, which is covered with the membrane, forms a plano-convex lens. Within this contribution aluminium nitride membranes for tunable lenses are investigated. They benefit from long-term-stability and a nearly ideal spherical deformation. For the mechanical and optical characterization we use 500 nm thick membranes with a diameter of 3 mm. For an applied pressure of 20 kPa, we observed membrane delections of up to 64 [my]m and refractive powers between 0 and 25 dpt.



Yan, Yong; Hao, Bo; Wang, Dong; Chen, Ge; Markweg, Eric; Albrecht, Arne; Schaaf, Peter
Understanding the fast lithium storage performance of hydrogenated TiO 2 nanoparticles. - In: Journal of materials chemistry. Materials for energy and sustainability / Royal Society of Chemistry. - London [u.a.] : RSC, 2013- , ISSN: 2050-7496 , ZDB-ID: 2702232-8, ISSN 2050-7496, Bd. 1 (2013), 46, S. 14507-14513

http://dx.doi.org/10.1039/C3TA13491A
Goj, Boris; Dressler, Lothar; Hoffmann, Martin;
Non-contact biaxial nanoprobe utilized for surface measurements of MEMS. - In: Nanotechnology 2013: electronics, devices, fabrication, MEMS, fluidics and computational, ISBN 978-1-4822-0584-8, (2013), S. 197-200

Pätz, Daniel; Sinzinger, Stefan; Leopold, Steffen; Hoffmann, Martin
Imaging systems with aspherically tunable micro-optical elements. - In: Imaging systems and applications, ISBN 978-1-55752-975-6, (2013), insges. 3 S.

We present a micro-optical imaging system with active scanning function to expand the field of view of a single lens. We demonstrate design concepts for focusing and scanning elements, fabrication fundamentals as well as experimental results with multiple individually tunable lenses.



http://dx.doi.org/10.1364/ISA.2013.ITu1E.4
Grewe, Adrian; Hillenbrand, Matthias; Endrödy, Csaba; Hoffmann, Martin; Sinzinger, Stefan
Advanced phase plates for confocal hyperspectral imaging systems. - In: Applied industrial optics, ISBN 978-1-55752-975-6, (2013), insges. 3 S.

We present innovative confocal hyperspectral imaging systems. The focal length of the systems can be adjusted to change the filtered wavelength band. The active focus variation is achieved by hyperchromatic Alvarez-Lohmann-phase plates.



http://dx.doi.org/10.1364/AIO.2013.AW1B.2
Goj, Boris; Dressler, Lothar; Hoffmann, Martin;
Non-contact measurements of three-dimensional surfaces utilizing a miniaturized uniaxial nanoprobe. - In: ISMTII 2013, (2013), S. 138

Mehner, Hannes; Leopold, Steffen; Leopold, Steffen *1983-*; Hoffmann, Martin;
Variation of the intrinsic stress gradient in thin aluminum nitride films. - In: Journal of micromechanics and microengineering, ISSN 1361-6439, Bd. 23 (2013), 9, 095030, insges. 9 S.

https://doi.org/10.1088/0960-1317/23/9/095030
Goj, Boris; Dressler, Lothar; Hoffmann, Martin;
Resonant probing system comprising a high accurate uniaxial nanoprobe and a new evaluation unit. - In: Journal of micromechanics and microengineering, ISSN 1361-6439, Bd. 23 (2013), 9, 095012, insges. 10 S.

https://doi.org/10.1088/0960-1317/23/9/095012
Leopold, Steffen; Polster, Tobias; Pätz, Daniel; Knöbber, Fabian; Ambacher, Oliver; Sinzinger, Stefan; Hoffmann, Martin
MOEMS tunable microlens made of aluminum nitride membranes. - In: Journal of micro/nanolithography, MEMS and MOEMS, ISSN 1932-5134, Bd. 12 (2013), 2, S. 023012, insges. 8 S.

We present tunable lenses based on aluminum nitride membranes. The achievable tuning range in the refractive power is 0 to 25 dpt with an external pressure load of ≤20 kPa. The lenses are manufactured using MOEMS technology. For 500-nm-thick membranes with a diameter of 3 mm, a spherical deflection profile is found. The system provides good long-term stability showing no creep or hysteresis. A model for the refractive power versus applied pressure is derived and validated experimentally. Based on this model, design guidelines are discussed. One essential parameter is the residual stress of the aluminum nitride layer that can be controlled during deposition.



http://dx.doi.org/10.1117/1.JMM.12.2.023012
Goj, Boris; Dressler, Lothar; Hoffmann, Martin
Resonant biaxial nanoprobe utilized for non-contact surface measurements. - In: Sensors & transducers, ISSN 2306-8515, Bd. 157 (2013), 10, S. 392-399

In this work a non-contact biaxial nanoprobe for surface profile scans of macroscopic objects with 150 nm accuracy is presented. The biaxial nanoprobe oscillates in two directions to overcome the challenges of sticking in contact mode. Two electrostatic actuators drive the nanoprobe while two electrostatic sensors measure the position of the tip ball. The contact behavior between the tip ball and the specimen is determined by the contact stiffness and the contact damping. Dependent on the dominating effect the nanoprobeoperatesat semi- or non-contact mode, respectively. The aims of this paper are the investigation of the contact behavior, the proof of the independent evaluation of the two axes and the check if sticking is safely avoided.



Weigel, Christoph
Niedrigenergie-Sensor zum Nachweis von Sauerstoff in Verpackungen mittels RFID - O2-SENS - Teilvorhaben: Erforschung passiver Sensorkonzepte : Schlussbericht O2Sens, öffentliche Fassung ; Berichtszeitraum: 01.01.2011 - 30.06.2013. - Ilmenau. - Online-Ressource (23 S., 1,69 MB)Förderkennzeichen BMBF 16SV5277. - Verbund-Nr. 01082506. - [Engl. T.: Final report: Low-energy-sensor for oxygen detection in packaging via RFID (O2Sens)]

https://edocs.tib.eu/files/e01fb14/812721675.pdf
Dittrich, Lars
Virtuelle Membranaktoren auf Nanostrukturen in Mikro-Pumpen : NanoMiPu ; Schlussbericht ; Laufzeit des Vorhabens: 01.11.2010 bis 30.06.2013. - Ilmenau : Techn. Univ., IMN MacroNano, Fachgebiet Mikromechanische Systeme. - Online-Ressource (20 S., 1,61 MB)Förderkennzeichen BMBF 16SV5368

https://edocs.tib.eu/files/e01fb14/812361423.pdf
Markweg, Eric; Weinberger, Stefan; Nguyen, Tran Trung; Ament, Christoph; Hoffmann, Martin
Mikrolasertracker für die 3D Koordinatenmessung : kürzere Bearbeitungszeiten, höhere Messgenauigkeit. - In: Optolines, ISSN 2193-9462, (2013), 33, S. 8-10

Vorbringer-Dorozhovets, Nataliya; Goj, Boris; Machleidt, Torsten; Franke, Karl-Heinz; Hoffmann, Martin; Manske, Eberhard
Multifunctional nanoanalytics and long-range SPM based on NPM machine. - In: Nanoscale 2013, (2013), S. 85

Klapperstück, Thomas; Glanz, Dagobert; Hanitsch, Stefan; Klapperstück, Manuela; Markwardt, Fritz; Wohlrab, Johannes
Calibration procedures for the quantitative determination of membrane potential in human cells using anionic dyes. - In: Cytometry, ISSN 1552-4930, Bd. 83A (2013), 7, S. 612-626

https://doi.org/10.1002/cyto.a.22300
Hoffmann, Martin; Goj, Boris; Goj, Boris *1985-*; Dressler, Lothar
Kontaktlose Oberflächenantastung in bis zu drei Raumrichtungen zur Vermeidung von Sticking-Effekten in der Koordinatenmesstechnik. - In: 6. Kolloquium Mikroproduktion, 2013, B23, insges. 6 S.

Geiling, Thomas; Welker, Tilo; Bartsch, Heike; Müller, Jens
Measurement of nitrogen monoxide levels in gas flows with a micro total analytical system based on LTCC. - In: 7th IMAPS/AcerS International Conference and Exhibition on Ceramic Interconnect and Ceramic Microsystems Technologies, ISBN 978-1-62748-105-2, (2013), S. 130-136

Hanitsch, Stefan; Hoffmann, Martin
Test environment for hydrogels as functional sensor window. - In: Biomedical engineering, ISSN 1862-278X, Bd. 58 (2013), insges. 2 S.

https://doi.org/10.1515/bmt-2013-4149
Mehner, Hannes; Leopold, Steffen; Hoffmann, Martin
Variation des intrinsischen Stressgradienten dünner Aluminiumnitridschichten. - In: Von Bauelementen zu Systemen, (2013), S. 622-625

Hampl, Stefan; Leistritz, Bianca; Saft, Benjamin; Hoffmann, Martin; Hennig, Eckhard
Ein- und mehrlagige vertikale Comb-Drive-Strukturen zur kapazitiven, niederfrequenten Energiegewinnung. - In: Von Bauelementen zu Systemen, (2013), S. 524-527

Dittrich, Lars; Endrödy, Csaba; Hoffmann, Martin;
Mikropumpe mit elektrostatischem Direktantrieb. - In: Von Bauelementen zu Systemen, (2013), S. 512-515

Hampl, Stefan; Hoffmann, Martin
Piezoelektrische AlN-Bimorphe als niederfrequent-resonante Mikroaktoren mit großem Stellweg. - In: Von Bauelementen zu Systemen, (2013), S. 480-483

Markweg, Eric; Weinberger, Stefan; Nguyen, Tran Trung; Schädel, Martin; Brodersen, Olaf; Ament, Christoph; Hoffmann, Martin
Mikrolasertracker zur multisensorischen 3D-Koordinatenmessung. - In: Von Bauelementen zu Systemen, (2013), S. 468-471

Goj, Boris; Dressler, Lothar; Hoffmann, Martin;
Resonant non-contact microprobe in silicon :
Resonanter berührungsloser Mikrotastkopf in Silicium-Mikromechanik. - In: Von Bauelementen zu Systemen, (2013), S. 253-256

Grewe, Adrian; Endrödy, Csaba; Fütterer, Richard; Cu-Nguyen, Phuong-Ha; Steiner, S.; Hillenbrand, Matthias; Correns, Martin; Hoffmann, Martin; Linß, Gerhard; Zappe, Hans P.; Seifert, Andreas; Kley, E. B.; Sinzinger, Stefan
Opto-mechanical microsystems for hyperspectral imaging :
Opto-mechanische Mikrosysteme zur hyperspektralen Bildgebung. - In: Von Bauelementen zu Systemen, (2013), S. 139-142

We present approaches and systems for hyperspectral imaging devices. The first approach is based on resonant waveguide gratings. Another two systems employ a hyperchromatic confocal approach for the spectral separation of light. The necessary multiplexing in time is realized by tuneable optics. Here we use fluidic micro lenses as well as diffractive Alvarez-Lohmann Lenses. To increase the resolution of such systems micromechanical stepper actuators with large travel range are designed.



Müller, Lutz; Hoffmann, Martin; Käpplinger, Indira; Brode, Wolfgang; Biermann, Steffen
Silicium-Platin Nanostrukturen für hochgradig Infrarot-emissive Oberflächen in Hotplate-Emittern. - In: Von Bauelementen zu Systemen, (2013), S. 87-90

Leopold, Steffen; Pätz, Daniel; Sinzinger, Stefan; Hoffmann, Martin
Tunable micro-lenses based on aluminium nitride membranes :
Adaptive Mikrolinsen basierend auf Aluminiumnitrid Membranen. - In: Von Bauelementen zu Systemen, (2013), S. 173-176

Tunable micro-lenses based on deformable membranes consist of a liquid, whose surface is defined by a pressure chamber and a membrane. If a pressure is applied, the membrane deflects spherically. Thus the liquid within the pressure chamber, which is covered with the membrane, forms a plano-convex lens. Within this contribution aluminium nitride membranes for tunable lenses are investigated. They benefit from long-term-stability and a nearly ideal spherical deformation. For the mechanical and optical characterization we use 500 nm thick membranes with a diameter of 3 mm. For an applied pressure of 20 kPa, we observed membrane delections of up to 64 [my]m and refractive powers between 0 and 25 dpt.



Yan, Yong; Hao, Bo; Wang, Dong; Chen, Ge; Markweg, Eric; Albrecht, Arne; Schaaf, Peter
Understanding the fast lithium storage performance of hydrogenated TiO 2 nanoparticles. - In: Journal of materials chemistry. Materials for energy and sustainability / Royal Society of Chemistry. - London [u.a.] : RSC, 2013- , ISSN: 2050-7496 , ZDB-ID: 2702232-8, ISSN 2050-7496, Bd. 1 (2013), 46, S. 14507-14513

http://dx.doi.org/10.1039/C3TA13491A
Goj, Boris; Dressler, Lothar; Hoffmann, Martin;
Non-contact biaxial nanoprobe utilized for surface measurements of MEMS. - In: Nanotechnology 2013: electronics, devices, fabrication, MEMS, fluidics and computational, ISBN 978-1-4822-0584-8, (2013), S. 197-200

Pätz, Daniel; Sinzinger, Stefan; Leopold, Steffen; Hoffmann, Martin
Imaging systems with aspherically tunable micro-optical elements. - In: Imaging systems and applications, ISBN 978-1-55752-975-6, (2013), insges. 3 S.

We present a micro-optical imaging system with active scanning function to expand the field of view of a single lens. We demonstrate design concepts for focusing and scanning elements, fabrication fundamentals as well as experimental results with multiple individually tunable lenses.



http://dx.doi.org/10.1364/ISA.2013.ITu1E.4
Grewe, Adrian; Hillenbrand, Matthias; Endrödy, Csaba; Hoffmann, Martin; Sinzinger, Stefan
Advanced phase plates for confocal hyperspectral imaging systems. - In: Applied industrial optics, ISBN 978-1-55752-975-6, (2013), insges. 3 S.

We present innovative confocal hyperspectral imaging systems. The focal length of the systems can be adjusted to change the filtered wavelength band. The active focus variation is achieved by hyperchromatic Alvarez-Lohmann-phase plates.



http://dx.doi.org/10.1364/AIO.2013.AW1B.2
Goj, Boris; Dressler, Lothar; Hoffmann, Martin;
Non-contact measurements of three-dimensional surfaces utilizing a miniaturized uniaxial nanoprobe. - In: ISMTII 2013, (2013), S. 138

Mehner, Hannes; Leopold, Steffen; Leopold, Steffen *1983-*; Hoffmann, Martin;
Variation of the intrinsic stress gradient in thin aluminum nitride films. - In: Journal of micromechanics and microengineering, ISSN 1361-6439, Bd. 23 (2013), 9, 095030, insges. 9 S.

https://doi.org/10.1088/0960-1317/23/9/095030
Goj, Boris; Dressler, Lothar; Hoffmann, Martin;
Resonant probing system comprising a high accurate uniaxial nanoprobe and a new evaluation unit. - In: Journal of micromechanics and microengineering, ISSN 1361-6439, Bd. 23 (2013), 9, 095012, insges. 10 S.

https://doi.org/10.1088/0960-1317/23/9/095012
Leopold, Steffen; Polster, Tobias; Pätz, Daniel; Knöbber, Fabian; Ambacher, Oliver; Sinzinger, Stefan; Hoffmann, Martin
MOEMS tunable microlens made of aluminum nitride membranes. - In: Journal of micro/nanolithography, MEMS and MOEMS, ISSN 1932-5134, Bd. 12 (2013), 2, S. 023012, insges. 8 S.

We present tunable lenses based on aluminum nitride membranes. The achievable tuning range in the refractive power is 0 to 25 dpt with an external pressure load of ≤20 kPa. The lenses are manufactured using MOEMS technology. For 500-nm-thick membranes with a diameter of 3 mm, a spherical deflection profile is found. The system provides good long-term stability showing no creep or hysteresis. A model for the refractive power versus applied pressure is derived and validated experimentally. Based on this model, design guidelines are discussed. One essential parameter is the residual stress of the aluminum nitride layer that can be controlled during deposition.



http://dx.doi.org/10.1117/1.JMM.12.2.023012