Mit etwa 40 % gehören die Hochfrequenzkomponenten zu den größten Energieverbrauchern innerhalb moderner Elektronik, wie z.B. einem Smartphone. Hauptbestandteile solcher Systeme sind Transistoren. Im Rahmen des Exzellenzclusters cfaed (http://tu-dresden.de/cfaed) wird versucht, den Energiebedarf dieser Bauelemente durch den Einsatz von Kohlenstoffnanoröhren zu verringern. Hierzu werden am Zentrum für Mikrotechnologie verschiedene Implementierungsansätze erforscht und weiterentwickelt. Um die Transistorgeometrie zu optimieren sind Kenntnisse über deren Feldemissionsverhalten unter verschiedenen Randbedingungen nötig. Unter Einsatz der Ansys-Software sollen diese Untersuchungen in die Arbeit des Exzellenzclusters einfließen.

Aufgaben:
- Einarbeitung in die angestrebte Transistorgeometrie und den
Technologiefluss
- Simulation der gegebenen Strukturen
- Auswertung der Daten und somit Mitarbeit an der
Weiter-/Entwicklung der Nanoröhren-Transistoren
- Einordnung der Ergebnisse im Vergleich zu bestehenden Studien

Kontakt: Kontakt:
M. Eng. Jana Tittmann
0371 531 32469
jana.tittmann@zfm.tu-chemnitz.de

Möglich als: Bachelorarbeit, Masterarbeit, Diplomarbeit

Themenbereich(e): Elektronik, Mikro- und Nanoelektronik, Nanotechnologie, Hochfrequenz, Programmierung, Zuverlässigkeit, Simulation

Für verschiedene Vorhaben am Zentrum für Mikrotechnologien werden Strukturierungsverfahren zur Elektrodenherstellung benötigt, die ohne Ätzschritte durchführbar sind. Im Rahmen einer studentischen Hilfstätigkeit sollen Parameter und Abläufe zu vorhandenen Lift-Off-Prozessen untersucht und optimiert werden.

Erste Erfahrungen mit der Arbeit im Reinraum sind vorteilhaft.

Aufgaben:
- Literaturrecherche zu Lift-Off-Prozessen
- Eigenständige Durchführung und Auswertung von Experimenten

Kontakt: Dipl.-Ing. Sergei Loschek
sergei.loschek@zfm.tu-chemnitz.de
0371 531 38487

Möglich als: HiWi-Job

Themenbereich(e): Prozesse / Technology

In der Mikrosystemtechnik ist der Bedarf an miniaturisierten Systemen in den letzten Jahren enorm angestiegen. Die sogenannte vertikale oder dreidimensionale Systemintegration (kurz 3D Integration) ist dabei ein wichtiges Forschungsthema. Zur Reduzierung der Systembau-größe erfolgt hierbei eine vertikale Stapelung von Einzelkomponenten und deren elektrische Verbindung über Substrat-Durchkontakte (sog. Through Substrate Vias, TSVs).
Die Hauptprozesstechniken dieser Technologie sind das Abdünnen der verwendeten Sub-strate, die Realisierung der TSVs sowie das Herstellung von Permanenten Verbindungen mittels Waferbonden. Letzterer Prozess soll Thema dieser Arbeit sein. Die Anforderungen an diesen Prozess sind einerseits durch die Eigenschaften der Verbindung gegeben (mechani-sche Festigkeit, hermetische Verkapselung); andererseits durch die Kompatibilität mit der Gesamttechnologie (Material- und Temperaturverträglichkeit). Desweiteren ist eine geringe Prozesszeit von entscheidender Bedeutung für den industriellen Einsatz. Eine vielverspre-chende Methode ist das Kupfer-Kupfer Thermo-Kompressionsbonden. Die verwendeten Bondtemperaturen bzw. -zeiten sind momentan noch relativ hoch (400°C, 1h). Momentan werden PVD-Cu Schichten eingesetzt. Diese werden nasschemisch strukturiert um die Bond-Strukturen(Rahmen) auszubilden. Vorteilhafter wäre hier der Einsatz elektrochemisch-abgeschiedener Cu-Schichten (ECD-Cu) mittels Pattern Plating.
Ziel dieser Arbeit soll die Weiterentwicklung des bestehenden Cu-Cu Bondverfahrens hin-sichtlich geringerer Prozesszeiten und –temperaturen sein. Es soll dabei der Einfluss der Vorbehandlungsmethoden sowie der Einfluss der Strukturgrößen der verwendeten Bond-Rahmen untersucht werden. Außerdem soll das Verfahren für den Einsatz von ECD-Cu Strukturen weiterentwickelt werden.


Zu behandelnde / zu untersuchende Schwerpunkte:

- Stand der Technik des Cu-Cu Bondens mit PVD- und ECD-Cu (Literatursichtung)

- Einfluss der Bondvorbehandlungen (CMP, Nasschemisch, Plasma) auf den Bondpro-zess und damit auf das erzielte Bondergebnis (Festigkeit, Dichtheit)

- Einfluss der Strukturgröße von Bondrahmen

- Optimierung (Reduzierung) der Bondparameter (Temp., Zeit)

- Entwicklung des Cu-Cu Bondens für ECD-Cu Strukturen durch Anpassung des be-stehenden Prozesses für PVD-Cu

- Ausführliche Dokumentation der Untersuchungen und Ergebnisse


Voraussetzungen:

- Grundkenntnisse der Mikrotechnologien (Mikrosystemtechnik)
- Interesse am experimentellen Arbeiten
- Selbstständiges Arbeiten

Kontakt: Lutz Hofmann
lutz.hofmann@enas.fraunhofer.de
0371 45001 - 283

Mario Baum
mario.baum@enas.fraunhofer.de
0371 45001 - 261

Möglich als: Studienarbeit, Bachelorarbeit, Masterarbeit

Themenbereich(e): MEMS, Packaging, Messtechnik / Analytik, Prozesse / Technology, Recherche

Die Aufgabe besteht in der Konstruktion von Gehäusen für elektromechanische Komponenten (Feinwerktechnik). Die Gehäuse sollen insbesondere Sensoren und elektronische Bauelemente ausreichend vor Umwelteinflüssen schützen und eine geeignete mechanische Befestigung bieten. Die Komponenten reagieren sehr empfindlich auf mechanische Spannungen und Vibrationen, die über ihre Befestigung (z.B. Leiterplatte) eingekoppelt werden. Es sollen daher konstruktive Maßnahmen untersucht werden, wie der Eintrag thermomechanischer Einflüsse und Vibrationen in die Komponenten minimiert werden kann. Folgende weitere Aspekte sind zu berücksichtigen:
- Geeignete mechanische Befestigung (Gehäuse im System)
- Berücksichtigung geeigneter elektrischer Kontakte
- Leichte Montage der Komponenten im Gehäuse
- Ansprechendes Design

Es besteht die Möglichkeit, die Aufgabe auf einen experimentellen Anteil zu erweitern.
Die Arbeiten sind in ein Projekt eingebunden mit Kooperationspartnern aus Forschungseinrichtungen (Fraunhofer und TUC) und Industrie. Vom Bewerber werden daher Zuverlässigkeit und Teamfähigkeit erwartet. Fachliche Voraussetzungen sind konstruktive Grundkenntnisse und Kenntnisse im Umgang mit computergestützter Konstruktion (bevorzugt SolidWorks).

Kontakt: Dr.-Ing. Detlef Billep
Detlef.Billep@enas.fraunhofer.de
Tel.: 0371 45001 250

Möglich als: Studienarbeit, HiWi-Job, Bachelorarbeit

Themenbereich(e): MEMS, Sonstiges, Packaging, Konstruktion

Eine neue Generation von MEMS entsteht im Rahmen der Forschungsarbeit, bei denen die elektro-mechanische Energiewandlung auf dem piezoelektrischen Effekt beruht. Die Nutzung der piezoelektrischen Materialeigenschaften und deren Integration in MEMS eröffnen neue Möglichkeiten für die mikro-elektro-mechanische Sensorik und Aktorik.

Themengebiete können sein:
Entwicklung und Design neuartiger piezoelektrischer MEMS und/oder Auswerteelektronik für die
- Rasterkraftmikroskopie
- Beschleunigungssensorik
- Mikromechanische Schalter
- Multi-Bandbreiten-Filter
- BAW und SAW Filter
- Piezoelektrische Speicher
- AE- und Hochfrequenzresonatoren
- Elektronik für piezoelektrische MEMS

Technologieentwicklung für piezoelektrisches Aluminiumnitrid
- Untersuchung von Abscheide- und Ätzprozessen
- Untersuchung der Interaktion von verschiedenen Materialstapeln

Charakterisierung von vorhandenen piezoelektrischen MEMS und Aluminiumnitrid
- Materialcharakterisierung von AlN
- Charakterisierung eines piezoelektrische Gesamtsystems
- Messaufbau zur Charakterisierung erstellen

Umfang und Komplexität der Aufgaben können an den Umfang der jeweiligen Arbeit angepasst werden.

Kontakt: Chris Stoeckel
Chris.stoeckel@enas.fraunhofer.de
0371/45001-454

Möglich als: Studienarbeit, HiWi-Job, Bachelorarbeit, Masterarbeit, Diplomarbeit

Themenbereich(e): Elektronik, MEMS, Mikro- und Nanoelektronik, Nanotechnologie, Sonstiges, Konstruktion, Messtechnik / Analytik, Sonstiges, Prozesse / Technology, Recherche, Simulation

In der Chemie, der Biologie und der Medizin wird der kontrollierten Handhabung kleiner Flüssigkeitsvolumina eine immer größere Bedeutung zugesprochen. Insbesondere das präzise und kontinuierliche Pumpen von Flüssigkeiten nimmt in einer steigenden Anzahl miniaturisierter Systeme eine zentrale Rolle ein. Derartige Pumpen müssen je nach Aufgabenstellung unterschiedliche Flüssigkeiten variabler Menge bei verschiedenem Druck zuverlässig fördern. Randbedingungen sind dabei beispielsweise eine dauerhafte chemische Resistenz gegenüber dem Fluid und eine mechanische Stabilität. Hierfür können verschiedene Prinzipien für die Förderung von Fluiden genutzt werden.
Anforderungen an das zu entwerfende System sind neben der vollständigen Integration, minimale Bauteilabmessungen und ein geringes Gewicht.

Aufgaben:
- Recherche zum Stand der Technik
- Dimensionierung der Einzelkomponenten
- Aufbau einer in-tube Pumpe (Design, Layout, CAD-Konstruktion, Komponentenauswahl, Ansteuerung)
- Charakterisierung des Pumpverhaltens (Pumpraten, - drücke) in Abhängigkeit verschiedener Medien

Anforderungsprofil:
- Studium der Mikrosystemtechnik, vorzugsweise Gerätetechnik, des Maschinenbaus oder verwandter Gebiete
- gute Kenntnisse im Umgang mit 3D-CAD Programmen (vorzugsweise SolidWorks) erforderlich
- Kenntnisse im Bereich der Strömungsmechanik vorteilhaft

Kontakt: Dr.-Ing. J. Nestler
0371/ 531 35642
joerg.nestler@zfm.tu-chemnitz.de

M.Sc. Cornelia Stiehl
0371/ 531 35642
cornelia.stiehl@zfm.tu-chemnitz.de

Möglich als: Studienarbeit, Bachelorarbeit, Masterarbeit

Themenbereich(e): Fluidik, Konstruktion, Sonstiges, Prozesse / Technology, Recherche

Elektronische Komponenten werden entsprechend Moore’s Law mit stetig kleiner werdenden Abmaßen produziert um u.a. Platz, Gewicht und Ressourcen zu sparen. Diese Entwicklung bringt verschiedene technologische Probleme mit sich, die z.B. durch den Einsatz neuer Materialien umgangen werden können. Dabei bieten sich Kohlenstoffnanoröhren (carbon nanotubes, CNT) auf Grund ihrer herausragenden elektrischen und mechanischen Eigenschaften als Ersatz für herkömmliche Metalle wie Kupfer an. Mit Hilfe der chemischen Gasphasenabscheidung können sie unter bestimmten Bedingungen vertikal zum Substrat hergestellt werden und sind so als Via (vertical interconnect access) einsetzbar. Voraussetzung ist eine genügend hohe Dichte der Nanopartikel, die u.a. durch ein optimiertes Katalysator-Design erhöht werden kann. In diesem Rahmen soll die Anzahl der CNTs pro Fläche weiter erhöht werden, um eine Performancesteigerung der Vias zu erreichen. Darüber hinaus soll ein Verfahren zur Dichtebestimmung weiterentwickelt werden, um die Ergebnisse mit der aktuellen Literatur vergleichen zu können.

Aufgaben:
- Literaturrecherche
- Einarbeitung in die chemische Gasphasenabscheidung (CVD)
- Erhöhung der Katalysatorpartikeldichte unter Verwendung vorselektierter Katalysator-Dispersionen zur CNT-Synthese mittels CVD
- Weiter-/Entwicklung einer Methode zur Bestimmung der Dichte vertikal gewachsener CNTs
- Einordnung der Ergebnisse im Vergleich zu bestehenden Studien

Kontakt: Dr. Sascha Hermann
0371 531 35675
sascha.hermann@zfm.tu-chemnitz.de

Möglich als: Studienarbeit, Bachelorarbeit, Masterarbeit, Diplomarbeit

Themenbereich(e): Nanotechnologie, Sonstiges, Messtechnik / Analytik, Prozesse / Technology, Recherche

Zunehmend im Fokus der Forschungswelt stehen Lab-on-Chip-Systeme. Hier werden komplette Analysesysteme, bestehend aus Aktorik und Sensorik, auf einem Mikrochip integriert. Insbesondere die Mikrofluidik profitiert von der Miniaturisierung und Integrierbarkeit von Funktionalitäten in die Systeme. Am Zentrum für Mikrotechnologien sowie am Fraunhofer ENAS werden mikrofluidische Kartuschen entwickelt, die Mikropumpen zum Transport von Kleinstreagenzien integrieren.

Ziel dieser Arbeit ist es, die drahtgebundene Ansteuerung und Energieversorgung für die mikrofluidischen Kartuschen durch ein RFID/NFC-System zu ersetzen. Dazu ist eine Machbarkeitsstudie anzufertigen und basierend darauf ein Systemdesign zu erstellen. An einem Demonstrator soll die Machbarkeit der drahtlosen Energieübertragung gezeigt werden und in einer Firmware für eine bestehende Elektronik die Datenübertragung implementiert werden.

Die Arbeit umfasst folgende Punkte:
- Literaturrecherche zu RFID/NFC bzw. kabellose Energie- und Datenübertragung
- Entwicklung eines Systemdesigns im Chipkartenformat
- Aufbau einer Elektronik und Implementierung der Funktionalität in eine bestehende Mikrocontrollersteuerung
- Analyse und Charakterisierung des Systems
- Dokumentation/Kommentierung Quelltext
- Anfertigung einer schriftlichen Arbeit, die die o.g. Punkte sowie die durchgeführten Arbeiten angemessen und nachvollziehbar darstellt

Kontakt:
Dipl.-Ing. A. Gratias
0371 45001 238
andre.gratias@enas.fraunhofer.de

Möglich als: Studienarbeit, HiWi-Job, Bachelorarbeit, Masterarbeit, Diplomarbeit

Themenbereich(e): Elektronik, Fluidik, Mikrokontroller, Sonstiges, Hochfrequenz, Konstruktion, Messtechnik / Analytik, Sonstiges, Programmierung, Recherche

Zunehmend im Fokus der Forschungswelt stehen Lab-on-Chip-Systeme. Hier werden komplette Analysesysteme, bestehend aus Aktorik und Sensorik, auf einem Mikrochip integriert. Insbesondere die Mikrofluidik profitiert von der Miniaturisierung und Integrierbarkeit von Funktionalitäten in die Systeme. Am Zentrum für Mikrotechnologien sowie am Fraunhofer ENAS werden mikrofluidische Kartuschen entwickelt, die Mikropumpen zum Transport von Kleinstreagenzien integrieren.

In dieser Arbeit soll ein Regelalgorithmus für die Ansteuerung eines Heizsystems auf den mikrofluidischen Kartuschen entwickelt werden. Basierend auf der Untersuchung von Wärmeleiteffekten an den Kartuschen und ausgehend von einem bereits bestehenden Regelalgorithmus soll ein Parametrierungsmodell für eine Selbstkalibrierung erstellt werden.
Das Ziel der Arbeit besteht in der Implementierung des Regelalgorithmus und der Selbstkalibrierung in einer Firmware für eine bestehende Elektronik.

Die Arbeit umfasst folgende Punkte:
- Literaturrecherche zu Regelungsalgorithmen und Wärmeleiteffekten
- Untersuchung einer bereits implementierten Temperaturregelung
- Entwicklung eines Parametrierungsmodells für eine Selbstkalibrierung
- Implementierung der Funktionalität in eine bestehende Mikrocontrollersteuerung
- Analyse des Systems und Ableitung von Optimierungspotenzial
- Dokumentation/Kommentierung Quelltext
- Anfertigung einer schriftlichen Arbeit, die die o.g. Punkte sowie die durchgeführten Arbeiten angemessen und nachvollziehbar darstellt

Kontakt:
Dr.-Ing. J. Nestler
0371 45001 240
joerg.nestler@enas.fraunhofer.de

Dipl.-Ing. A. Gratias
0371 45001 238
andre.gratias@enas.fraunhofer.de

Möglich als: Studienarbeit, HiWi-Job, Bachelorarbeit, Masterarbeit, Diplomarbeit

Themenbereich(e): Elektronik, Fluidik, Mikrokontroller, Sonstiges, Messtechnik / Analytik, Sonstiges, Programmierung, Zuverlässigkeit, Recherche

Am Fraunhofer ENAS werden fluidische Aktoren zur aktiven Strömungsbeeinflussung entwickelt. Ziel der unterschiedlichen Konzepte ist es, die Aktoren kompakter, leistungsfähiger und integrierbar zu machen. Wichtige Kenngrößen der Aktoren sind die Resonanzfrequenz, die Austrittsgeschwindigkeit sowie der Volumen- bzw. Massenfluss.

Um die Aktoren optimieren zu können, ist es notwendig eine Charakterisierung hinsichtlich der vorgesehenen Applikation vorzunehmen. In dieser Arbeit wird für die Aktorcharakterisierung die Ansteuerung eines automatisierten 2,5D-Strömungsmessplatzes realisiert. Für verschiedene Testszenarien ist ein Konzept für die Bereitstellung der Ansteuerung als Anwenderprogrammierschnittstelle (API) zu entwerfen und umzusetzen.

Die Arbeit umfasst folgende Punkte:
- Aufbau und Inbetriebnahme des Strömungsmessplatzes
- Entwicklung eines Ansteuerkonzeptes basierend auf den gegebenen Komponenten
- Implementierung des Ansteuerkonzeptes
- Implementierung einer Anwenderprogrammierschnittstelle (API)
- Analyse des Systems und Ableitung von Optimierungspotenzial
- Dokumentation/Kommentierung Quelltext
- Anfertigung einer schriftlichen Arbeit, die die o.g. Punkte sowie die durchgeführten Arbeiten angemessen und nachvollziehbar darstellt

Kontakt:
Dipl.-Ing. M. Lipowski
0371 45001 276
mathias.lipowski@enas.fraunhofer.de

Dipl.-Ing. A. Gratias
0371 45001 238
andre.gratias@enas.fraunhofer.de

Möglich als: Studienarbeit, HiWi-Job, Bachelorarbeit, Masterarbeit, Diplomarbeit

Themenbereich(e): Elektronik, Fluidik, Mikrokontroller, Messtechnik / Analytik, Sonstiges, Programmierung, Recherche

Die Aufbau und Verbindungstechnik hat in den vergangenen Jahren die Entwicklung von Mikrosystemen und den Fortschritt im Bereich der 3D-Integration entscheidend beeinflusst. Neben der Entwicklung neuer Bondprozesse stellt die Charakterisierung der Fügeverbindungen hinsichtlich Hermetizität und mechanischer Festigkeit einen wesentlichen Forschungsschwerpunkt sowohl am Zentrum für Mikrotechnologien als auch am Fraunhofer ENAS dar.
Im Rahmen der studentischen Tätigkeit soll der Einfluss verschiedener Prozessparameter bei der Schichtabscheidung und während des Bondprozesses auf die Eigenschaften der Zwischenschicht bzw. des Interfaces untersucht werden. Der Fokus liegt dabei auf heterogenen, metallischen Fügeverbindungen.

Schwerpunkt der Tätigkeit:
- Durchführung und Auswertung von Experimenten zur Bewertung der Zwischenschicht- bzw. Interfaceeigenschaften (Festigkeit, Hermetizität, etc.)
- Analyse des Einflusses von Schichtabscheidung und –Strukturierung auf die Eigenschaften der Bondverbindung
- Design geeigneter Proben zur Charakterisierung de Interfaceeigenschaften

Voraussetzungen:
 Studium der Mikroelektronik, Mikrosystemtechnik, Mikrotechnik/Mechatronik, Physik, Maschinenbau oder verwandter Disziplinen

Kontakt: Klaus Vogel
klaus.vogel@enas.fraunhofer.de
Tel.: +49 (0) 371 45001 - 298

Möglich als: Studienarbeit, HiWi-Job, Bachelorarbeit, Masterarbeit, Diplomarbeit

Themenbereich(e): MEMS, Packaging, Messtechnik / Analytik, Zuverlässigkeit

Ein im Grobentwurf bereits entworfenes Gyrodesign soll hinsichtlich des Einflusses technologischer Toleranzen auf charakteristische Kennwerte, wie z.B. Frequenzen und - abstände, parasitäre Bewegungsanteile u.ä. untersucht werden. Wenn möglich sollen Vorschläge für eine Designoptimierung hinsichtlich Reduzierung der technologischen Einflüsse erarbeitet werden. Da die Struktur sehr komplex ist, soll die Simulationsgenauigkeit durch vergleichende Berechnungen mit verschiedenen Vernetzungen und Elementtypen überprüft werden.

Voraussetzung für die Bearbeitung sind bereits vorhandene Grundkenntnisse in der FEM-Analyse.

Kontakt: Karla Hiller
karla.hiller@zfm.tu-chemnitz.de
Tel. 0371 531 33276

Möglich als: Studienarbeit, Bachelorarbeit, Masterarbeit, Diplomarbeit

Themenbereich(e): MEMS, Programmierung, Simulation

Messinstrumente für Hochfrequenzbauelemente stellen Anschlüsse (Testports) für Messkabel mit koaxialen Steckern bereit. Ein Koaxialstecker zeichnet sich durch eine Seele und einem Schirm aus. Der Schirm wird allgemein als Masse und die Seele als Signalleiter bezeichnet. Bei Erregung mit Wechselspannung (HF) wechselt das Vorzeichen des Potenzials des Signalleiters periodisch. Da der Schirm ein konstantes Potenzial aufweist, werden derartige Signale bzw. Signalleiter als unsymmetrisch (engl. single-ended) bezeichnet. Eine große Anzahl von Bauelementen wird mit differenziellen Signalen (engl. differential) betrieben. Differenziell bedeutet, dass zwei Signalleiter zur Verfügung stehen, deren Potenzial sich gegenüber der Masse symmetrisch verändert (ein Leiter positiv, der andere negativ und wechselnd). Diese Art von Erregung hat im Zusammenhang mit symmetrischen Chip-Entwürfen zahlreiche Vorteile. Nachteilig gestaltet sich der elektrische Test in der Entwicklungsphase, da die Testgeräte einen anderen Signaltyp verwenden. Seit wenigen Jahren sind auf diese Fragestellung spezialisiert Netzwerkanalysatoren mit vier Signalports verfügbar. Mit jeweils zwei Ports lässt sich ein differenzielles Signal erzeugen. Ein entsprechendes Gerät ist am Institut verfügbar.

Aufgabe der Studienarbeit, Bachelor-Arbeit, Master-Arbeit oder Diplomarbeit kann es sein:
- Theoretische Betrachtung des Problems
- Entwicklung von Hilfskonstruktionen zur Platzierung von vier HF-Probes zur Kontaktierung von am Institut entwickelten Chips
- Entwurf von geeigneten Kontaktpads für die Kontaktierung mittels vier HF-Probes unter Beachtung der problematischen Kontaktierung der Rückseitenmetallisierung
- Fertigungsbegleitung von Teststrukturen mittels Mikrotechnologie am ZfM oder mittels Leiterplatinentechnik (abhängig von Bearbeitungszeit BA oder MA)
- Charakterisierung der Teststrukturen
- Bewertung der Ergebnisse

Die Thematik macht die Skalierung des inhaltlichen Anspruchs einfach. Durch Fokussierung auf Teilprobleme, Konzentration auf praktische Aspekte oder durch Erarbeiten einer umfassenden Lösung inklusive theoretischer Analyse von Detailproblemen kann fast jede Art von studentischer Arbeit abgeleitet werden.


RF devices are tested with specialized equipment (vector network analyzers, spectrum analyzers, noise analyzers,...). Such devices provide test ports for coaxial cables. A coaxial cable consists of a center conductor, dielectric material and the outer conductor. Exciting the cable with a RF signal causes the sign of the potential of the center conductor to change periodically. The outside conductor is supposed to remain on ground potential. This kind of excitation is called non-symmetric or single-ended. Many devices are designed for differential excitation. Differential means that there are two identical signal conductors. The potential of both conductors has opposing sign (one positive, one negative related to ground and changing). This kind of excitation has several advantages regarding loss and bandwidth. One major drawback is the challenging test since most test equipment provides only single-ended signals. There have been a few specialized tools on the market for some time. These devices use four signal ports to generate and to detect differential signals. Such a device is available at the institute. However, the test of RF-MEMS with differential signals is not trivial and requires some further investigations and further equipment.

Content of the Bachelor or Master thesis would be:
- Theoretical analysis of the problem
- Design of mechanical components for placing of four RF probes at different relative positions and angles
- Design of suitable probe pads for four probes under the consideration of no contact to the back side metallization
- Design and fabrication of test structure using PCB technology or micro technology (depending in the available time BA/MA)
- Characterization of the test structures
- Evaluation and documentation of results

The topic easily allows scaling of the level of complexity (BA/MA) by focusing on parts of the problem, more on practical aspects or on a complex theoretical model.

Kontakt: Dr. S. Kurth
steffen.kurth@enas.fraunhofer.de
0371/45001-255

Möglich als: Studienarbeit, Bachelorarbeit, Masterarbeit, Diplomarbeit

Themenbereich(e): Hochfrequenz, Messtechnik / Analytik, Simulation

- Theorie Anpassnetzwerk (Topologien)

- Simulation/Aufbau und Charakterisierung

Kontakt: Sven Voigt
sven.voigt@enas.fraunhofer.de
0371/45001-268

Möglich als: Studienarbeit, Bachelorarbeit

Themenbereich(e): MEMS, Hochfrequenz, Simulation

Eine halbautomatische Probestation ist ein wichtiges Tool zur Gewinnung von Messdaten im Bereich der Mikrotechnologie. Der vorhandene Automat verfügt über einen in x-, y- und z-Richtung beweglichen Chuck (Waferauflage). Die Kontaktierung von Prüfpads erfolgt mit frei positionierbaren Nadeln. Die Software der Probestation erlaubt die Eingabe einer Wafermap. In dieser Karte ist die Position der einzelnen Chips hinterlegt, welche automatisch angefahren werden können. Die eigentlichen Messungen werden mit herkömmlichen Laborgeräten (Multimeter, Signalgeneratoren, Kapazitätsmessbrücken, steuerbare Quellen, usw.) durchgeführt. In den meisten Fällen werden einzelne Prüfspitzen von mehr als einem Messgerät verwendet. Die einfache Parallelschaltung von Geräten ist häufig nicht möglich. Ein Multimeter mit langen Messkabeln würde bspw. die Messung der Kapazität beeinflussen. Für diesen Zweck werden so genannte Schaltmatrizen eingesetzt. Dabei handelt es sich im um Geräte mit einer Vielzahl von Relais, welche Ein- und Ausgänge miteinander verbinden.

Da im Forschungsumfeld die Anforderungen an derartige Ausrüstung völlig anders sind als im Produktionsumfeld und sich zusätzlich häufig verändern, können kommerzielle Geräte nur bedingt eingesetzt werden. Ziel der Arbeit ist es daher, eine an die Anforderungen von MEMS angepasste Schaltmatrix zu entwickeln. Folgende Teilaspekte gilt es zu berücksichtigen:

- Analyse der Ist-Situation (welche Geräte werden in welcher Verbindung eingesetzt)
- Analyse der gegenseitigen Beeinflussung (DC Messung vs. empfindliche Kapazitätsmessung)
- Entwicklung der Hardware einer Schaltmatrix mit DC-Pfaden, geschirmten Wechselspannungspfaden und geeigneten Leitungsterminationen
- Entwicklung einer Steuerung und Erstellen eines Programmierinterface (C, Labview, LabWindows)
- Erstellen einer professionellen Dokumentation

A semi automatic probe station is an important tool for characterizing micro chips. The available machine provides a motorized chuck for movements in x-, y- and z-direction. The device under test is probed by probe tips connected to several micro positioners. The control software allows the input of a wafer map. This map contains information on the position of the chips. The actual measurements are performed by common laboratory measurement equipment. In most cases one particular probe is used for more than one measurement. It is often not possible to just connect measurement devices in parallel. For instance, the test cables of other devices influence sensitive capacitance measurements. To separate the devices switch matrices are applied. A switch matrix is a device consisting of a large quantity of input and outputs. The routing is controlled by software.


Commercial switch matrices are designed for production environments. They are not as flexible as required for the use in research. The aim of this work is to develop a switch matrix specially suited for the test of MEMS. The task splits in the following sub tasks:
- Analyzing the current situation (what devices are used in which way)
- Analyzing the interference between the devices (DC measurement vs. capacitance measurement)
- Design of a switch matrix with DC signal paths and shielded/terminated AC signal paths.
- Development of a control circuit
- Development of a programming interface
- Creating a professional documentation

Kontakt: Steffen Kurth
steffen.kurth@enas.fraunhofer.de
0371/45001-255

Möglich als: Studienarbeit, Bachelorarbeit

Themenbereich(e): Elektronik, Programmierung

Aktive und passive Bauelemente für Hochfrequenzsignale werden mit spezialisierten Messgeräten (vektorielle Netzwerkanalysatoren, Spektrumanalysatoren, Rauschanalysatoren usw.) charakterisiert. Derartige Geräte stellen Anschlüsse (Testports) für Messkabel mit koaxialen Steckern bereit. Ein neuentwickeltes Bauelement für die Oberflächenmontage (SMD) kann im angestrebten Frequenzbereich von 10 bis 60 GHz nicht direkt mit Messkabeln verbunden werden. Ein ungeeigneter Signalübergang zwischen Bauteil und Messkabel beeinflusst das Messergebnis sehr stark. Da der Einfluss niemals ausgeschlossen, sondern nur minimiert werden kann, gilt es einen Aufbau zu verwenden, welcher unabhängig vom Bauteil charakterisiert und optimiert werden kann. Der somit bekannte, kleine Einfluss kann im Anschluss mathematisch eliminiert werden.

Die Aufgabenstellung kann in Teilproblem zerlegt werden und ist im Anspruch skalierbar, um den Anforderungen einer Studienarbeit, Bachelor-Arbeit, Master-Arbeit oder Diplomarbeit gerecht zu werden. Folgende Teilprobleme können bearbeitet werden:

- Untersuchung von Verbindungstechniken zwischen Chip und Platine (Kleben, Löten, Draht-Bonden)
- Layout der Leiterzüge auf der Platine zur Realisierung einer konkreten Funktion
- Verbindung der Platine mit einem Träger bzw. Gehäuse unter Berücksichtigung mechanischer (Keramik-Metall), thermischer (Entwärmung aktiver Komponenten) und elektrischer Aspekte (Resonanzen in engen Spalten)
- Untersuchung der Verbindung zwischen einem gehäusemontierbaren Stecker und der Keramikplatine. Diese Verbindung stellt ein Hauptproblem dar, da eine vergleichsweise große Komponente sehr genau platziert werden muss. Durch die Montage von Steckern von mehr als einer Gehäuseseite führen auch Fertigungstoleranzen zu Problemen. Die Verbindung zwischen sehr unterschiedlichen Materialien (Messing, Gold, Keramik, Zinn, Stahl) mittels Löt- oder Klebetechnik ist aufgrund von Haftungsproblemen oder entstehender mechanischer Spannungen ebenfalls nicht trivial.

Die Skalierung des inhaltlichen Anspruchs lässt sich durch Fokussierung auf Teilprobleme, Konzentration auf praktische Aspekte oder durch Erarbeiten einer umfassenden Lösung inklusive theoretischer Analyse und nummerischer Simulation in einem weiten Bereich gestalten.

Active and passive RF devices are tested with specialized equipment (vector network analyzers, spectrum analyzers, noise analyzers,...). Such devices provide test ports for coxial cables. A newly developed surface mount device (SMD) can not directly be connected with the test cables. The transition between the device and the test cable strongly influences the result. Since the influence can never be excluded totally it is desired to limit it and to understand it. The transition must be characterized and optimized individually. Finally, the known influence can be excluded mathematically from the measurement results obtained from the actual device under test.

The task can be split into sub tasks that allow scaling to the requirements of a Bachelor or Master thesis:
- Analyzing of a connection between chip and carrier substrate (bonding, soldering, wire bonding)
- Designing a layout to realize a particular functionality
- Development of a connection between the carrier and the housing under the considerations of mechanical (ceramic-metal), thermal (cooling of active components) and electrical aspects (resonances in narrow slots)
- Development of a suitable connection between carrier and connectors at the outside of a housing

Kontakt: Dr. S. Kurth
steffen.kurth@enas.fraunhofer.de
0371/45001-255

Möglich als: Studienarbeit, Bachelorarbeit

Themenbereich(e): Packaging, Hochfrequenz, Messtechnik / Analytik, Simulation

- Theorie Rauschen (Quellen, Noise figure)

- Aufbau Messverstärker (rauscharmer, hochomiger Verstärker)

- Messung der noise figure von MEMS

Kontakt: Sven Voigt
sven.voigt@enas.fraunhofer.de
0371/45001-268

Möglich als: Studienarbeit, Bachelorarbeit

Themenbereich(e): Sonstiges, Sonstiges

- Hardwareentwicklung und µC-Programmierung

- Entwicklung neuer Hardwarefunktionen (Messung der Anpassung mit Richtkoppler (S11), Temperatur- und Strommessung)

- Entwicklung neuer Softwarefunktionen (einstellbare Paketlänge, Vergleich der gesendeten und empfangenen Pakete, Auswertung der neuen Hardwarefunktionen)

Kontakt: Sven Voigt
sven.voigt@enas.fraunhofer.de
0371/45001-268
Sven Voigt
sven.voigt@enas.fraunhofer.de
0371/45001-268

Möglich als: Studienarbeit, Bachelorarbeit

Themenbereich(e): Elektronik, Mikrokontroller, Programmierung

Eine halbautomatische Probestation ist ein wichtiges Tool zur Gewinnung von Messdaten im Bereich der Mikrotechnologie. Der vorhandene Automat verfügt über einen in x-, y- und z-Richtung beweglichen Chuck (Waferauflage). Die Kontaktierung des Prüflings erfolgt mit frei-positionierbaren Nadeln. Die Software der Probestation erlaubt die Eingabe einer Wafermap. In dieser Karte ist die Position der einzelnen Chips hinterlegt, welche automatisch angefahren werden können. Die eigentlichen Messungen werden mit herkömmlichen Laborgeräten (Multimeter, Signalgeneratoren, Kapazitätsmessbrücken, steuerbare Quellen, usw.) durchgeführt. Es ist offensichtlich nützlich die Steuerung dieser Geräte mit der Steuerung der Probestation zu kombinieren. Es gilt einen Chip anzutasten, die Messungen auszulösen und die Messwerte zu speichern. Durch Hochsprachen wie C, oder gar grafisch zu editierende Programmierumgebungen wie LabView ist die Steuerung von Geräten relativ einfach aber immer noch zeitaufwändig. Müsste für jeden Wafer eine neue Testsequenz programmiert werden, wird der Vorteil der Automatisierung gänzlich aufgebraucht.


Eine mögliche Lösung des Problems ist die Entwicklung eines auf die Fragestellung spezialisierten modularen Softwarekonzepts. Einzelne Geräte sollten als Modul aktiviert bzw. deaktiviert werden können. Die Festlegung von Parametern (Signalamplitude, Frequenz, Anzahl der Messpunkte) sollte für unterschiedliche Geräte auf die gleiche Weise erfolgen. Die Speicherung von ein- oder mehrdimensionalen Daten sollte ebenfalls auf generische Weise implementiert sein. Das Ziel ist es, mit Hilfe der zu entwickelnden modularen Software, einen an der Entwicklung der Software nicht beteiligten Prüfingenieur in die Lage zu versetzen, einen Testplan für beliebige Chips effizient umzusetzen. Mit diesem Hintergrund kommt vor allem der Architektur der Software eine große Bedeutung zu.


Gegenstand der Aufgabe können folgende Aspekte sein:
- Analyse der Ist-Situation (welche Messungen werden wie durchgeführt)
- Konzeptionierung der Software
- Prüfen des Konzepts anhand von Beispielszenarien
- Implementierung von einzelnen Steuermodulen
- Durchführung von Testmessungen
- Erstellen einer professionellen Dokumentation


Wie im Detail ausgeführt steht das Softwarekonzept im Vordergrund der wissenschaftlichen Tätigkeit. Auf Basis von diesem lassen sich verschiedene kleinere Teilaufgaben für Studien- und Bachelorarbeiten ableiten. So ist die Erfassung von Oszilloskopdaten (Signal über Zeit) aufgrund der Vielfältigkeit ein eigenständiges Problem. Die Speicherung eines gesamten Datensatzes ist problemlos möglich, jedoch wäre im Anschluss eine zeitaufwändige Bewertung durch den Fachmann erforderlich. Eine flexible automatische Datenauswertung von Signalamplituden, Frequenzen, Zeitpunkten von Ereignissen mit Ableitung von binären Zustandsinformationen (geht/geht nicht) ist deutlich vorteilhafter. Derartige Informationen können auch für die Verzweigung bzw. für die Realisierung von adaptiven Prüfsequenzen verwendet werden.

A semi automatic probe station is an important tool for characterizing micro chips. The available machine provides a motorized chuck for movements in x-, y- and z-direction. The device under test is probed by probe tips connected to several micro positioners. The control software allows the input of a wafer map. This map contains information on the position of the chips. The actual measurements are performed by common laboratory measurement equipment. It is obviously useful to combine the control of the measurement devices with the control of the probe station. The common sequence is: moving the chuck to the chip position, probing the chip, performing measurement and saving the data. This task can easily be implemented using programming languages like C or even graphically edited software like LabView. However, the software usually has to be modified for each new project. This is time consuming and error-prone. Depending on the extend of the required modification it may even consume the advantage of the automatization.

The development of application-tailored software can be the solution. The software should consist of individual modules that can be activated or deactivated. The definition of parameters like signal amplitude, frequency or the number of measurement points should be the same for different measurement devices. The storage of one or multi dimensional data should be equally generic. The aim is to develop a modular program that can be used for all kind of chips. It should allow a test engineer that does not know details about the software to set up a test plan efficiently. Keeping this in mind, the architecture of the software is most important.

The task splits into the following sub-tasks:
- Analysis of the current situation (what measurements are performed in which way)
- Deriving a concept for the control software
- Test of the concept on the base of several application scenarios
- Implementing the individual modules
- Performing practical tests
- Creating a professional documentation

The concept of the software is in the focus of the scientific work. Several smaller tasks suitable for bachelor theses can be derived. For instance, dealing with oscilloscope data (signal vs. time) is an individual task due to the manifold expression of the data. The storage of the entire set of data would be possible. However, this would demand for time consuming post-processing by an expert. An automated processing of signal amplitudes, frequencies or the time of an event would be much better. Finally, simple status information like good/bad die can be saved. This information can also be used for controlling adaptive test sequences.

Kontakt: Dr. S. Leidich
stefan.leidich@enas.fraunhofer.de
0371/45001-256

Möglich als: Studienarbeit, Bachelorarbeit

Themenbereich(e): Elektronik, MEMS, Messtechnik / Analytik, Programmierung

Mikromechanische Bauteile gestatten wegen der äußerst niedrigen Werkstoffdämpfung des mechanisch belasteten Materials Silizium die Herstellung von mechanischen Resonatoren hoher Güte. Praktisch wird das in Sensoren für Drehrate, in resonanten Drucksensoren, in resonanten Vakuumsensoren, bei resonanten optischen Scannern und bei der Takterzeugung durch Siliziumresonatoren umgesetzt. Die mechanischen Schwinger aus Silizium werden bei den benannten Anwendungen auf einer ihrer Resonanzfrequenzen mechanisch angeregt. Die Resonanzfrequenz des Siliziumschwingers bestimmt die sich einstellende Schwingfrequenz. Zwei unterschiedliche Konzepte werden dabei oft verfolgt. Einerseits kann der Siliziumresonator als Bestandteil eines Oszillators eingesetzt werden, indem durch positive Rückkopplung eine die Schwingung anregende Kraft aus der aktuellen Schwingung des Siliziumresonators erzeugt wird. Diese Anordnung ähnelt prinzipiell dem Konzept elektrischer Oszillatoren. Andererseits kann die Schwingung des Siliziumresonators durch ein Signal angeregt werden, welches mit einem elektronischen Oszillator erzeugt wurde. Dabei muss die Frequenz dieses elektronischen Oszillators durch einen Phasenregelkreis (PLL) so geregelt werden, dass sie der Resonanzfrequenz des Siliziumschwingers entspricht.
Ein wichtiger Punkt beider Verfahren besteht in der Detektion der mechanischen Schwingung derart, dass sie durch die Antriebselektronik zur Erzeugung des Anregungssignal verwertet werden kann.
Ziel: Elektronische Schaltung zum Betrieb von MEMS-Resonatoren hoher Güte (z.B. Scanner) auf deren Resonanzfrequenz.

Teilprobleme
• Theoretische Analyse der elektronische Schwingungsdetektion (durch C/U-Wandler, komplexe Impedanz) im Zusammenhang mit typischen Siliziumresonatoren
• Quantitatives Systemkonezept
• Systemsimulation (Elektronik/Mechanik-Kosimulation) zur Ermittlung von Anschwingverhalten, Stabilisierung der Amplitude, Beeinflussung der Schwingfrequenz, Erregung unerwünschter Moden
• Realisierung eines Beispiels als Laboraufbau



Silicon as mechanically active material shows very low intrinsic damping due to the crystalline structure. High-Q resonators can be achieved and are applied for yaw rate sensors, resonating pressure gauges, friction vacuum gauges, optical scanners and as clock. The silicon resonators are excited at one of their mechanical resonant modes that defines the oscillation frequency. Two different approaches are regularly followed. A first one is to include a MEMS resonator as frequency selective positive feed-back of an electronic oscillator circuit. The exciting force is generated directly from the detected oscillation signal of the MEMS. This approach is very similar to the concept of an electronic signal generator. A second approach is to use an electronic oscillator to excite the MEMS whereby the frequency of the electronic oscillator is regulated that way that it corresponds to the MEMS resonators natural frequency (PLL-principle).
A crucial point of both approaches is the electronic detection of the vibration by an appropriate capacitance/voltage-converter or by making usage of the frequency dependent impedance of the MEMS capacitor.
Aim: Development of an electronic circuit for mechanical excitation of MEMS resonators at their resonant frequency

Topics:
• Theoretic analysis of the electronics for vibration detection on example of commonly used MEMS resonators
• Overview of the system concept and signal plan
• Simulation of the system including mechanics and electronic circuit in order to analyze the start conditions of oscillation, the amplitude stability, the influence of different parameters on the frequency and the damping of unwanted resonant modes.
• Practical tests of the solution in the lab.

Kontakt: Dr. S. Kurth
steffen.kurth@enas.fraunhofer.de
0371/45001-255

Möglich als: Masterarbeit, Diplomarbeit

Themenbereich(e): Elektronik, MEMS, Simulation

Um die Frequenzselektivität und die Empfindlichkeit einfacher Hochfrequenzempfänger zu verbessern, wurde in der Vergangenheit oft ein Rückkopplungsprinzip benutzt, wobei durch eine positive Rückkopplung ein Teil des verstärkten Signals auf das Filter (Schwingkreis) zurückgeführt wurde. Die Güte des Schwingkreises wird dadurch künstlich vergrößert. Durch eine periodische Steuerung dieser Rückkopplung konnte ein Betrieb um den Schwingungseinsatzpunkt herum erreicht werden, wobei periodisch für kurze Zeit die Schwingungen angefacht wurden. Dieses Prinzip soll auf mikromechanische Schwinger übertragen werden, die als Frequenzfilter eingesetzt werden.
Ziel: Prüfung des Konzeptes auf Anwendbarkeit

Teilprobleme
• Analyse möglicher Ansätze (Zweipol, Vierpol, diskrete/ integrierte Elektronik)
• Simulation zur Analyse der System- und Betriebsparameter auf Bandbreite und Empfindlichkeit
• Experimentelle Prüfung einer favorisierten Lösung

Super-regenerative amplifiers have been used for simple but highly sensitive radio receivers with improved frequency selectivity in the past. A part of the output signal power of an amplifier is directed to a LC resonator at its input by positive feed-back. Hence, the quality factor of the LC is enhanced. The feed-back intensity is controlled that way that periodically the LC starts to resonate in practical implementations. Hence, the oscillations are periodically started and the an optimum sensitivity and selectivity are achieved. The application of this principle using MEMS resonators as substitute of the LC has to be proofed.
Aim: Concept proof of super-regenerative amplifier for MEMS frequency selective filter

Topics:
• Analysis of possible approaches (single port, two ports, conventional / integrated electronics)
• Simulation of different configurations including electronics and MEMS regarding bandwidth selectivity and sensitivity
• Experimental proof of the concept in the lab.

Kontakt: Dr. S. Kurth
steffen.kurth@enas.fraunhofer.de
0371/45001-255

Möglich als: Studienarbeit, Diplomarbeit

Themenbereich(e): Elektronik, Simulation

Die Anwendung von MEMS-Technologien zur Herstellung klassischer variabler HF-Bauteile, insbesondere variable Kondensatoren (Varaktoren) gestattet das Erschließen neuer Anwendungsfelder, besonders wenn es darum geht, HF-Leistungen, die 20 dBm übersteigen, zu verarbeiten. MEMS-Varaktoren eignen sich beispielsweise dafür, Hochfrequenzfilter abstimmbar zu gestalten. Im Mikrowellenbereich werden für schmalbandige Filter oft Hohlraumresonatoren (cavity-filter), neuerdings auch Filter auf Basis von Ringresonatoren eingesetzt. Prinzipiell sind beide Filtertypen durch die Verwendung von Varaktoren abstimmbar. In dieser Arbeit sollen Möglichkeiten und Grenzen des Einsatzes von MEMS-Varaktoren für derartige Filter untersucht werden.
Ziel der Arbeit: Theoretische Analyse- und Untersuchungsergebnisse an einem Labormuster eines HF-Filters mit variabler Mittenfrequenz (Bandpass oder Bandsperre)

Teilprobleme:
• Systematische Analyse von Filterkonzepten auf Basis von Hohlraumresonatoren und Ringresonatoren
• Modellierung und Simulation der Selektionseigenschaften und der Verluste
• Einbeziehung von MEMS-Varaktoren in die theoretischen Modelle
• Praktischer Test an einem favorisierten Filteraufbau (Halbleitervaraktor, gegebenenfalls MEMS-Varaktor)



MEMS technologies for fabrication of RF devices (e.g. MEMS varactors) open the way for new application, particularly when RF power higher than 20 dBm hast o be handled. RF filters can be made tunable by MEMS varactors for instance. Cavity filters and filters based on planar ring resonators are often applied in the micro-wave frequency range to achieve high frequency selectivity. In general, both filter types can be made tunable by varactors. This work shall investigate the opportunities and the limits of the application of MEMS varactors in tunable RF filters.
Aim: Theoretic and experimental investigation results of the application of MEMS varactors in a tunable micro-wave filter.

Topics:
• Analysis of filter concepts for micro-wave frequencies based on cavity filters and ring resonators.
• Modelling and simulation of selectivity and loss
• MEMS varactors in the model
• Experimental investigations of one selected approach (using diode varactor or MEMS)

Kontakt: Dr. S. Kurth
steffen.kurth@enas.fraunhofer.de
0371/45001-255

Möglich als: Studienarbeit, Diplomarbeit

Themenbereich(e): MEMS, Hochfrequenz, Simulation

Steuerbare optische Filter für den Infrarot-Wellenlängenbereich werden gegenwärtig zur Stoffanalyse für Gase, Flüssigkeiten und IR-transparente Feststoffe, z.B. Kunststoffe eingesetzt. Fabry-Perot-Interferometer sind als Filter besonders geeignet und wurden am ZFM und am Fraunhofer ENAS in den vergangenen Jahren entwickelt. Zur weiteren Qualifizierung und Vorbereitung einer Fertigung sind die systematische Analyse von Fehlerbildern sowie die Ableitung von Maßnahmen daraus erforderlich. Dazu wird ein FMEA (failure mode and effects analysis) zur Klassifizierung eingesetzt. In der Arbeit soll ein solches FMEA aufgrund eigener Untersuchungen und Recherche angefertigt und durch die Untersuchungsergebnisse gründlich untermauert werden.

Ziel:
FMEA für ein steuerbares MEMS IR-Filter hinsichtlich Design und Fertigungstechnologie
Teilprobleme:
• Erarbeiten eines FMEA
• Analyse von FPI basierten IR Filtern durch unterschiedliche am Institut verfügbare Werkzeuge (FTIR, Weißlicht-Interferometer, elektrischer MEMS-Messplatz, FIB/REM…)
• Systematisierung der Ergebnisse und Verfeinerung des FMEA
• Ableitung von Maßnahmen für Design und Herstellung
Tunable optical IR filters are applied for chemical analysis for gases, liquids and solid materials, those are opaque in the IR wavelength range. Fabry-Perot interferometer based IR filters result in very compact set-ups and have been developed at ZFM and Fraunhofer ENAS during the past years. A systematic analysis of possible failure modes is necessary in order to improve the quality and to prepare a fabrication sequence. A FMEA (failure mode and effects analysis) shall be applied for classifying. Experimental analysis and investigation of already available data should be the data base.
AIM: FMEA for tunable IR filter

Topics:
• Set up of suitable FMEA
• Analysis of FPI IR filter samples by different methods (FTIR, white light interferometer, probe station for electric properties, FIB/REM…)
• Analysis of the results and FMEA enhancement
• Derivation of countermeasures

Kontakt: Dr. S. Kurth
steffen.kurth@enas.fraunhofer.de
0371/45001-255

Möglich als: Studienarbeit, Diplomarbeit

Themenbereich(e): MEMS, Optik

Die Basis der Aufgabenstellung bildet ein entwickeltes Miniaturspektrometer. Die Realisierung optischer Messgeometrien, die die technologische (Lichtausbeute, Messfleck, Sensitivität, etc.) und die klinische Funktionstüchtigkeit zur Anwendung im Bereich metabolischer Stoffwechselstörungen nachweisen stehen im Vordergrund. Entscheidungsgrundlage zum Aufbau verschiedener Geometrien bilden optische Simulationen. Nach abgeschlossener Modellierung sind zur Überprüfung der Ergebnisse mehrere Vormuster zu assemblieren, zu erproben und hinsichtlich wichtiger Systemparameter zu charakterisieren. Die daraus gewonnenen Erkenntnisse müssen in einem weiteren Schritt in geeigneter Weise hinsichtlich einer späteren Serienfertigung optimiert werden.

Kontakt: Alexander Weiß
alexander.weiß@zfm.tu-chemnitz.de
Tel.: 0371/531-35872

Ray Saupe
ray.saupe@enas.fraunhofer.de
Tel.: 0371/5397-1928

Möglich als: Studienarbeit, HiWi-Job, Bachelorarbeit, Masterarbeit, Diplomarbeit

Themenbereich(e): Sonstiges, Sonstiges

Kohlenstoffnanoröhren (engl. CNTs) finden vielversprechende Einsatzmöglichkeiten in elektronischen Bauelementen. Die Integration von CNTs als Leitbahnmaterial in zukünftige integrierte Schaltkreise wie Mikroprozessoren sowie verschiedene Sensoranwendungen erfordern CNTs mit definierten Eigenschaften und deren präzise Platzierung. Eine Methode zur Erzeugung von Kohlenstoffnanoröhren ist die chemische Gasphasenabscheidung (engl. CVD). Diese Methode erfordert die Abscheidung und Strukturierung eines Katalysators. Für grundlegende Untersuchungen aber auch Anwendungen in nanoelektronischen Systemen ist es oftmals erforderlich die Katalysatorgröße stark einzuschränken.

Ziel der Arbeit:
Zur Erzeugung von Katalysatornanodots soll das Nanoimprintverfahren evaluiert werden. Die so hergestellten Katalysatorstrukturen sollen als Keimschicht für das Wachstum von mehrwandigen CNTs dienen. Es soll geprüft werden inwiefern die Dichte und der Durchmesser von CNTs durch eine derartige Strukturierung eingestellt werden kann.

Aufgaben:
- Literaturrecherche
- Einarbeitung in die Rasterkraftmikroskopie
- Herstellung von Nanostrukturen und Technologievariation
- Charakterisierung der Nanostrukturen
- Zusammenfassung und Auswertung der Ergebnisse

Kontakt: Dipl.-Phys. Sascha Hermann
0371 531 35675
sascha.hermann@zfm.tu-chemnitz.de

Möglich als: Studienarbeit, Masterarbeit, Diplomarbeit

Themenbereich(e): Nanotechnologie, Messtechnik / Analytik, Prozesse / Technology, Recherche

Im Verdrahtungssystem moderner integrierter Schaltkreise wurde in den letzten Jahren Siliziumdioxid als Interlevel-Dielektrikum immer mehr durch Isolatormaterialien mit niedriger Dielektrizitätszahl (k-Wert), sog. low-k Diekelektra, ersetzt. Bei der Integration dieser derzeit meist SiCOH-basierten Materialien stellt deren Schädigung durch Plasmaprozesse, wie sie bei der Strukturierung des Dielektrikums zum Einsatz kommen, eine der größten technologischen Herausforderungen dar. Die Plasmaschädigung des low-k Dielektrikums geht einher mit dem Verlust an Kohlenstoff im Material, welcher wesentlich zur Reduzierung des k-Wertes beiträgt, sowie der Bildung von stark polaren Silanolgruppen. Beide Effekte führen zur Erhöhung des k-Wertes des Dielektrikums und sollen durch eine schädigungsarme Gestaltung der Strukturierungsprozesse und/oder durch nachträgliche Reparatur der Schäden so gering wie möglich gehalten werden.

Für die Reparatur der geschädigten Schichten werden derzeit vor allem Chemikalien auf Methylsilikatbasis als Precursoren verwendet. Durch eine Silylierungsreaktion sollen dabei die eingelagerten Hydroxilgruppen entfernt und durch Methylgruppen ersetzt werden, was auch den Kohlenstoffgehalt der Schicht erhöhen und damit positiv auf den k-Wert einwirken soll. In einem Industrieprojekt mit der Firma Globalfoundries wurden unter anderem nasschemische Reparaturprozesse und die Steigerung ihrer Effektivität durch thermische und UV-gestützte Vor- und Nachbehandlungen untersucht. Diese bisher grundlegenden Untersuchungen bedürfen einer Optimierung hinsichtlich der notwendigen Temperaturen und Prozesszeiten. Noch völlig unbeleuchtet ist die Fragestellung der Langzeitstabilität der erzielten Reparatureffekte. Dabei sollen neben den Auswirkungen längerer Lagerungszeiten auch die Einflüsse erhöhter Temperaturen und weiterer UV-Behandlungen, wie sie bei der fortlaufenden Prozessierung der Proben auftreten, untersucht werden.

Die Aufgabenstellung beinhaltet die experimentelle Durchführung nasschemischer Reparaturprozesse in Kombination mit verschiedenen Vor- und Nachbehandlungen sowie die anschließende Analyse der Materialeigenschaften des Dielektrikums. Ausgehend von bereits vorliegenden Ergebnissen soll der Prozess hinsichtlich des verwendeten Temperaturbereiches und einer UV-Nachbehandlung optimiert werden. Ziel der Untersuchungen ist die Erarbeitung eines Prozessschemas, welches eine effektive Reparatur plasmageschädigter Dielektrika bietet. Parallel zur Prozessoptimierung soll die Langzeitstabilität der erzielten Reparatureffekte untersucht werden. Dazu werden Versuche zur Lagerung der Proben an Raumluft und unter bestimmter Luftfeuchtigkeit, die Auswirkung thermischer Belastungen sowie von UV-Strahlung angestrebt. Die gewonnenen Ergebnisse sollen systematisch aufgearbeitet, in schriftlicher Form dargestellt und präsentiert werden.

Die Aufgabenstellung umfasst folgende Teilaufgaben:

• Kurzes Literaturstudium zu low-k Materialien, Analysemethoden, Plasmaschädigung und Silylierungsprozessen zur Reparatur geschädigter Dielektrika sowie Einarbeitung in die bislang erzielten Ergebnisse vorangegangener Versuchsreihen
• Selbständige Durchführung von nasschemischen Reparaturprozessen im Reinraum nach entsprechender Einarbeitung, Erarbeitung von Versuchsplänen zur Optimierung der Vor- und Nachbehandlungen der Proben
• Versuchsplanung und Durchführung der Untersuchungen zur Langzeitstabilität von Reparatureffekten
• Analyse der Materialeigenschaften der Dielektrika vor und nach den Reparaturprozessen: FTIR-Analyse, Kontaktwinkelmessung, elektrische Messungen, ggfs. weitere externe Analysen

Die Untersuchungen sollen im Rahmen einer Bachelor- oder Projektarbeit in einem Zeitraum von wenigstens 4 Monaten durchgeführt werden. Für das vorbereitende Literaturstudium sind entsprechende Englischkenntnisse erforderlich.

Weitere Fragen bzw. Ihre aussagekräftige Bewerbung senden Sie bitte an die u.g. Adresse.

Kontakt: nicole.ahner@enas.fraunhofer.de oder

Fraunhofer ENAS
Dipl.-Ing. Nicole Ahner
Technologie-Campus 3
09126 Chemnitz

Möglich als: Studienarbeit, Bachelorarbeit

Themenbereich(e): Sonstiges, Sonstiges

Ziel ist die Entwicklung einer kompakten, sehr flachen Elektronik zur Ansteuerung elektrochemischer Mikropumpen, die in miniaturisierten mikrofluidischen Systemen für die medizinische Diagnostik eingesetzt werden.

Dieses Thema ist für eine Bachelor-, Studien-, Projekt- oder Diplomarbeit geeignet. Alternativ ist auch die Bearbeitung als studentische Hilfskraft möglich.

Ihr Profil:
Sie sollten über Kenntnisse im Bereich der digitalen (ggf. auch analogen) Schaltungsentwicklung verfügen. Vorteilhaft sind auch Kenntnisse im Bereich Mikrokontroller-Programmierung.

Kontakt: Jörg Nestler
Tel.: (0371) 531-35642
eMail: joerg.nestler@zfm.tu-chemnitz.de

Möglich als: Studienarbeit, HiWi-Job, Bachelorarbeit, Masterarbeit, Diplomarbeit

Themenbereich(e): Sonstiges, Sonstiges

Ein großer Teil mikroelektronischer Fertigungsverfahren sind Prozesse unter reduziertem Druck im Plasma oder in definierter Gasatmosphäre, z.B. Plasmaätzen, PVD, ALD und CVD. Dabei kommt es zur Reaktion zwischen gasförmigen Komponenten im Reaktor und Materialien auf den Siliziumscheiben bzw. die gasförmigen Bestandteile reagieren auf der Scheibenoberfläche miteinander und bilden Schichten bestimmter Zusammensetzung. In der Regel entstehen dabei charakteristische gasförmige Reaktionsprodukte. Da die Zusammenhänge zwischen den eingestellten Prozessparametern und den erzielten Prozessergebnissen zum Teil sehr komplex und in der Regel nichtlinearer Natur sind, macht es sich erforderlich, die im Plasma ablaufenden chemischen und physikalischen Vorgänge genauer zu analysieren.

Die Fraunhofer Einrichtung für elektronische Nanosysteme hat die Aktivitäten im diesem Bereich in den letzten zwei Jahren sehr stark ausgebaut und zählt heute mit zu den führenden Gruppen im Feld der Diagnose von Prozessplasmen. In einigen Projekten, vorrangig mit dem Industriepartner AMD (jetzt Globalfoundries), konnte die Kompetenz im Bereich der Plasmadiagnostik bei der Entwicklung von Ätzprozessen für low-k-Dielektrika in der 45 nm-Technologie in die Praxis übertragen werden.

Momentan stehen an der Fraunhofer ENAS vier Analyseverfahren zur Bestimmung von Plasmaparametern zur Verfügung, wovon drei spektroskopische Verfahren sind. Mittels der optischen Emissionsspektroskopie (OES) können die spektralen Bestandteile des vom Plasma emittierten Lichtes bestimmt und einzelnen Spezies, Molekülen und Elementen, zugeordnet werden. Die Quadrupol-Massenspektrometrie (QMS) dient der Erfassung einzelner Spezies im Reaktorrestgas anhand ihres Molekulargewichts. Mit einer Langmuir-Sonde (LP) können radiale Potentialverteilungen im Plasma gemessen und daraus die Elektronendichte oder die Elektronentemperatur berechnet werden. Schließlich ist seit einiger Zeit das neuartige Analyseverfahren der Quantenkaskaden-Laser-Absorptionsspektroskopie (QCLAS) verfügbar, welches auf dem Prinzip der Abschwächung eines wellenlängenabhängigen Laserstrahls im Plasma basiert. Dieses Verfahren ist die einzige Methode, welche eine quantitative Ermittlung der Konzentration ausgewählter Spezies direkt im Plasma gestattet.

Ziel der Arbeit ist die Anwendung aller vier vorhandenen Verfahren zur Analyse ausgewählter Plasmaprozesse, wobei sich auf Ätzprozesse konzentriert werden soll. Die gewonnen Daten sollen aufbereitet und untereinander verglichen werden. Dabei sollen numerische und statistische Verfahren genauso zum Einsatz kommen, wie Tabellenwerke und Interpretationssoftware. Die Weiterentwicklung der verwendeten Messregimes und der eingesetzten Auswerteverfahren stellt eine weitere wichtige Aufgabenstellung dar.

Die Aufgabe kann auch als Diplomarbeit oder Industriepraktikum an der Fraunhofer ENAS bearbeitet werden.
Bei Interesse wenden Sie sich bitte an:

Kontakt: Dr.-Ing. Sven Zimmermann
Telefon: 0371 531 33671
sven.zimmermann@enas.fraunhofer.de


Assistenz:
Birgit Weber
0371 531 37219
birgit.weber@enas.fraunhofer.de

Möglich als: Studienarbeit, Bachelorarbeit, Masterarbeit, Diplomarbeit

Themenbereich(e): Sonstiges, Sonstiges

Zur Steigerung der Geschwindigkeit nanoelektronischer Schaltkreise kommt, neben dem Leitbahnmaterial, auch den Isolatorschichten zwischen den Leitbahnen eine große Bedeutung zu. Seit einiger Zeit ist SiO2 in diesem Bereich durch dichtes bzw. in einem späteren Technologieabschnitt poröses SiCOH, mit relativen Dielektrizitätskonstanten von < 3, ersetzt worden. Die Integration dieses neuartigen Materials ist mit einigen technologischen Anforderungen verbunden. Besonders bei der Strukturierung mittels Trockenätzen kommt es zur unerwünschten Kohlenstoffverarmung des SiCOH-Materials in den Seitenwänden der geätzten Strukturen. Weiterhin kommt es zur Abweichung der Ätztiefe in Abhängigkeit von der Strukturbreite bzw. zur lateralen Unterätzung der Maskierungsschicht.

Durch die Verwendung von Fluorkohlenwasserstoffplasmen, z.B.: CF4, CHF3, c-C4F8, kann parallel zur eigentlichen Ätzreaktion ein Abscheidemechanismus für CF-Polymerschichten genutzt werden. Diese Polymerschichten können unter anderem verwendet werden, um die Seitenwände während des Ätzens gegen eine Beschädigung zu schützen. Der Einfluss des Zusammenspiels aus Ätzchemie (Ätzgas mit Zusätzen, z.B. Ar, CO, O2), Schichtmaterial und einstellbaren Prozessparametern (Reaktordruck, Elektrische Leistung, Magnetfeldkonfiguratuion) auf den Ätz- bzw. Polymerisationsmechanismus und damit auf das Ergebnis der Ätzprozesse ist bis zum heutigen Tag nicht vollständig verstanden worden.

An der Fraunhofer Einrichtung für elektronische Nanosysteme werden seit einiger Zeit Ätzprozesse für die Integration dichter und poröser SiCOH-Materialien in bestehende 28 nm- und 22 nm-Technologien entwickelt. Die Fraunhofer ENAS arbeitet dabei eng mit dem Prozessorhersteller Globalfoundries (ehemals AMD) zusammen.

Ziel der Arbeit ist die Untersuchung der Wirkung verschiedener Fluorkohlenwasserstoffplasmen, Gaszusätze und physikalischer Prozessparameter auf das Ergebnis der Strukturierung dichter und/oder poröser SiCOH-Schichten. Dabei sollen auch Methoden erarbeitet werden, um wichtige Prozessergebnisse zahlenmäßig zu erfassen. Schließlich sollen die Ätzprozesse hinsichtlich eines Minimums an Seitenwandschädigung und Geometrieabweichung optimiert werden.

Die Aufgabe kann auch als Diplomarbeit oder Industriepraktikum an der Fraunhofer ENAS bearbeitet werden.
Bei Interesse wenden Sie sich bitte an:

Kontakt: Dr.-Ing. Sven Zimmermann
Telefon: 0371 531 33671
Email: sven.zimmermann@enas.fraunhofer.de


Assistenz:
Birgit Weber
Telefon: 0371 531 37219
Emai: birgit.weber@enas.fraunhofer.de

Möglich als: Studienarbeit, Bachelorarbeit, Masterarbeit, Diplomarbeit

Themenbereich(e): Sonstiges, Sonstiges

Im Gegensatz zur Mikrofluidik, in der Transportprozesse oft noch mit aus der Makrowelt abgeleiteten Modellen beschrieben werden können, verlieren in der Nanofluidik derartige Modelle zunehmend an Bedeutung. Zudem wird das Pumpen von Flüssikeiten durch einen angelegten Druckunterschied deutlich erschwert, während oberflächenbasierte Aktorprinzipien an Bedeutung gewinnen.
Die Arbeit soll sich in zwei Teile gliedern:
Am Anfang der Arbeit soll zunächst eine Recherche zu den Themen Nanofluidik, Transportprozesse in Nanokanälen sowie Elektroosmose/Elektrokinetische Pumpen stehen. Das hierdurch gewonnene fundamentale Verständnis des Themas soll anschließend im zweiten Teil der Arbeit an Kanälen < 1µm untersucht werden. Die Kanäle liegen bereits in einem Polymersubstrat vor und sollen zunächst charakterisiert werden. Anschließend soll ein geeignetes Antriebsprinzip ausgewählt werden, um den Transportprozess durch diese Nanokapillaren zu untersuchen.

Kontakt: Jörg Nestler
joerg.nestler@zfm.tu-chemnitz.de
0371-53971923

Möglich als: Studienarbeit, Bachelorarbeit, Masterarbeit, Diplomarbeit

Themenbereich(e): Fluidik, Sonstiges, Recherche

Energiegeneratoren sind „Vorrichtungen”, welche die Umgebungsenergie nutzen, um Systeme mit Elektrizität versorgen. Das „Ernten” dieser Energie kann aus unterschiedlichen Bezugsquellen erfolgen. So kann solare Energie mittels photovoltaischer Anlagen, thermische Energie aus thermoelektrischen Generatoren, mechanische Energie beispielsweise durch den Einsatz von piezo-elektrischen, elektromagnetischen oder elektrostatischen sowie elektromagnetische Energie über den Einsatz von Rf-Resonatoren gewonnen werden. Generell unterscheidet man zwischen „makroskopischen” (Dimension: ~ cm3) und „mikroskopischen” (Dimension: ~ mm3) Technologien zur Gewinnung dieser Energie.
Ziel der vorliegenden Arbeit ist eine der Methoden zur Energiegewinnung (elektrodynamisch, Rf-induziert) zur Versorgung eines optischen Sensors in einem Getriebe anhand zur Verfügung stehender Leistungen und unter Einbeziehung von Zuverlässigkeits-aspekten aufzubauen und zu charakterisieren.

Kontakt: Alexander Weiß
alexander.weiß@zfm.tu-chemnitz.de
0371/531-35872

Möglich als: Studienarbeit, HiWi-Job, Bachelorarbeit, Masterarbeit, Diplomarbeit

Themenbereich(e): Sonstiges, Sonstiges

Elektronik wird immer kleiner und billiger, Alltagsgegenstände werden „smart“. Der allgemeine Trend zur Vernetzung kann ebenfalls bei Mikrosystemen beobachtet werden. Dennoch sind einige existierende Kommunikationsprotokolle für viele Anwendungen unbefriedigend.
Ziel ist es, eine drahtlose Übertragung quasistatischer Daten zu einer zu entwickelnden Empfängerperipherie (Lab Windows CVI) zu realisieren. Das System sollte möglichst störunanfällig arbeiten und einen geringen Energiebedarf bei max. Reichweite (kostengünstig) ermöglichen. Dafür sind zuerst vorhandene Funk-Standards/Frequenzen (ISM Frequenzband) zu bewerten und auszuwählen, aufzubauen und in Betrieb zu nehmen. Favorisiert wird ein einfaches Übertragungsprotokoll, das es auch ermöglicht ein einfaches Sensornetzwerk (mehrere Sensoren mit Zusatzfkt.) zu betreiben. Als Funkfrequenzen werden 868MHz oder 2,4GHz bevorzugt. Weitere Aufgaben können die Entwicklung und Strukturierung von Antennenstrukturen auf Polymersubstraten umfassen.

Kontakt: Ray Saupe
ray.saupe@enas.fraunhofer.de
Tel.: 0371/5397-1928

Alexander Weiß
alexander.weiß@zfm.tu-chemnitz.de
Tel.: 0371/531-35872

Möglich als: Studienarbeit, HiWi-Job, Bachelorarbeit, Masterarbeit, Diplomarbeit

Themenbereich(e): Sonstiges, Sonstiges