Forschung im Überblick

Die Forschungs- und Entwicklungsarbeiten des Lehrstuhls für Materialien der Mikrosystemtechnik konzentrieren sich auf die Entwicklung von Mikrosystemen auf der Basis von Silizium-Technologien, IC-Prozessen und damit verwandten Fertigungsmethoden. Unsere Aktivitäten reichen vom Entwurf und der Simulation sowie analytischen Modellierung von Mikrostrukturen und -systemen über die Entwicklung und Optimierung von Herstellungsverfahren und die Materialcharakterisierung bis hin zum Systemaufbau. Der Test und die Qualifikation der gefertigten Bauteile und Systeme schließt die Entwicklungskette ab.

Unsere Forschungsaktivitäten werden oft von Anwendungsmöglichkeiten inspiriert. Diese können sich aus industriellen Vorstellungen ableiten oder von Forschungsfragen unserer Kooperationspartner getragen werden. Dabei wird Zusammenarbeit innerhalb der Gruppe und mit Partnern bei uns groß geschrieben. Diese reicht von Machbarkeitsstudien kleinen Umfangs bis zu großen EU- und Excellenzcluster-Projekten.

Unsere Forschung gliedert sich in die folgenden Bereiche:

Physikalische Mikrosensorik

Wir entwickeln Mikrosensoren für die Messung physikalischer Messgrößen mittels siliziumbasierter Bauteile. Wir entwickeln neue Konzepte, optimieren etablierte Methoden und gehen den physikalischen Grundlagen des Sensorfunktion auf die Spur, unter Berücksichtigung der Materialeigenschaften, der technologisch möglichen Bauteilgeometrien und der Betriebsmoden. Für die Sensorfertigung setzen wir Technologien aus IMTEKs Reinraum Service Center, Fertigungsmethoden unserer Projektpartner und kommerzielle CMOS-Prozesse in Kombination mit innovativen Mikrostrukturierungsmethoden und Aufbau- und Verbindungstechniken ein. Der Sensorentwurf wird durch die numerische Simulationen und analytische Modellierung und durch im Haus gemessene Materialparameter unterstützt. Derzeit konzentrieren sich unseren Arbeiten auf die

Mikrostrukturen und -systeme für die Lebenswissenschaften

Wir entwickeln neue Werkzeuge für den Einsatz in Rahmen von biomedizinischen Fragestellungen. Dabei setzen wir auf die Kombination von mikrostrukturierten Siliziumkomponenten, dielektrischen Schichten und biokompatiblen Metallschichten sowie innovativen Aufbau- und Verbindungstechniken zur Realisierung kompakter Systeme. Die Anwendungsfelder der von uns entwickelten Werkzeuge umfassten bisher die Dermatologie, die Zellbiologie und die Neurowissenschaften. Die Strukturen implementieren unsere eigenen kreativen Ideen bei gleichzeitiger Orientierung an den Spezifikationen und experimentellen Wünschen unserer Partner in diesen Wissenschaftsgebieten. Technologieschritte werden nach Bedarf entwickelt und zu Prozessketten integriert. Aufbau- und Verbindungstechniken verfeinern wir nach Bedarf. Wir arbeiten zurzeit in folgenden Bereichen:

Energy Harvesting

Die Gewinnung von Energie aus der Umgebung durch optimierte Mikrowandler ermöglicht die Realisierung von energieautarken Sensorknoten. Diese sind wichtige Komponenten in verteilten Sensornetzwerken und mobilen Anwendungen ohne die Möglichkeit einer drahtgebundenen Energieversorgung. Umgebungsenergien stehen unter anderem als Bewegung bzw. Schwingungen, als Temperaturgradienten, als Strahlungsleistung usw. zur Verfügung. Mikrokomponenten adäquaten Designs sind in der Lage, eine ausreichende Menge dieser Energie in elektrische Energie zu Wandeln, um zumindest eine zeitweise Sensorfunktion und Datenübertragung zu ermöglichen. Die Entwicklung solcher Wandlerkomponenten erfordert Fortschritte auf der Material- und Technologieseite, sowie eine sorgfältige Abstimmung des Wandlermechanismus und der Wandlergeometrie auf die vorliegende Energiequelle. Überlegungen zur Systemoptimierung verdienen in diesem Gebiet üblicherweise eine besondere Beachtung. Wir arbeiten an thermischen und mechanischen Wandlerprinzipien und -strukturen:

Methoden der Material- und Systemcharakterisierung

Neue Mikrosensoren und -systeme erfordern in vielen Fällen neue Methoden zu ihrer Charakterisierung. Des Weiteren ist die Extraktion von Materialeigenschaften eine der zentrale Aufgaben im Hinblick auf die Realisierung von leistungsfähigen und zuverlässigen Mikrosensoren. Da entsprechende Apparaturen häufig nicht von der Stange gekauft werden können, entwickeln wir eigene Aufbauten mit der benötigten Funktionalität. Diese kommen einerseits in eigenständigen Projekten zur Materialcharakterisierung zum Einsatz. Andererseits unterstützen sie konkret andere Projekte durch die Messung von prozessabhängigen Sensitivitäten und Quersensitivitäten, der Sensorstabilität, von unerwünschten Offsets usw.. Kunden aus der Industrie sowie Partner aus der Akademie nutzen unsere Apparaturen für ihre spezifischen Zwecke als Dienst- oder Kooperationsleistungen oder lassen sie auf Wunsch für Ihren eigenen Standort von uns anfertigen.

Mechanische Charakterisierung
Piezoresistive Koeffizienten
Magnetische Charakterisierung
Weitere Methoden

Ausgründungen

Sensirion AG, Stäfa, Schweiz

Gegründet 1998

Produkte:Massenflussregler, Differenzdrucksensoren und Feuchtesensoren auf der Basis von CMOS-Mikrosensorsystemen

Atlas Neuroengineering, Leuven

Gegründet 2012

Neuronale Sonden, CMOS-kompatible intelligente neuronale Sonden für die elektronische Tiefenkontrolle