Modulbeschreibung

Die Studierenden

• können Orientierungen und Orientierungsbeziehungen erkennen und angeben.
• kennen die wesentlichen Parameter und Effekte bei der Abscheidung von Kristallfilmen aus der Gasphase; im Speziellen: Epitaxie, Vorzugsorientierungen und typische Baufehler in Kristallfilmen.
• kennen Messabläufe zur röntgenographischen Messung von Vorzugsorientierungen in Kristallfilmen.
• können einfache tensorielle Werkstoffeigenschaften (mechanisch, optisch, thermisch) mit Hilfe von Materialdaten und Kristallsymmetrien berechnen.
• können die an Kunststoff-Verpackungen gestellten, vielseitigen Anforderungen (u.a. Schutz gegenüber diversen Einflüssen, Lebensmittelechtheit, usw.) formulieren und die hierfür geeigneten Materialien und Prozesse beschreiben und auswählen.
• kennen ausgewählte Fragestellungen und Probleme bei der Entwicklung und Fertigung von mikroelektronischen und mikromechanischen Bauteilen und Systemen.
• kennen Herstellverfahren und relevante Eigenschaften von Elastomeren.

Arbeitstechniken und Werkstoffe in den Mikrotechniken

• Messung und Beschreibung von Orientierungen und Orientierungsbeziehungen mittels Stereographischer Projektion und röntgenographischer Texturmessungen.
• Keimbildung, Keimwachstum, Korngefüge und typische Defekte in Kristallfilmen: Entstehung, Eigenschaften und Einflussparameter.
• Band-gap- und Strain-Engineering bei (III-V) Halbleiterstrukturen und mikromechanischen Bauteilen
• Tensorielle Eigenschaften von Werkstoffen am Beispiel von Quarz

Verpackungstechnik mit Kunststoffen

• Funktionen der Verpackungen
• Eigenschaftsprofile von Verpackungen
  - Polstereigenschaften,
  - Permeation und Migration von Stoffen, Sensorik, etc.
• Verfahren zur Herstellung von Verpackungen
  - Multilayer-Folien, Schweissen und Siegeln, Schaumstoffe
  - Beschriftungs- und Bedruckungstechniken
  - Verpackungsmaschinen

Elastomerwerkstoffe

• Typisierung von Elastomeren
• Chemie und messtechnische Charakterisierung der Vernetzung
• Verfahrenstechnik: Compoundierung, Vulkanisation
• spezifische Eigenschaftsprofile
• mechanische Elastizität
• Chemikalien-Beständigkeit und -Durchlässigkeit

Die Studierenden

• verstehen was ein Plasma ist, wie es erzeugt und aufrechterhalten wird.
• verstehen welche Prozesse in einem technischen Plasma ablaufen.
• verstehen wie mit Hilfe eines Plasmas ein Substrat mit energiereichen Ionen beschossen werden kann.
• verstehen wie in einem Plasma chemisch aktive Stoffe für die Ätzung oder Abscheidung erzeugt werden können.
• verstehen welche Anlagentypen existieren.
• wissen wie man Stoffe thermisch verdampft und auf einem Substrat abscheidet.
• wissen welche Verdampfungsquellen existieren.
• kennen Aufbau und Funktionsweise wichtiger Sputterquellen.
• kennen den Unterschied zwischen Gleichspannungs- und Wechselspannungsentladungen.
• kennen die Wirkung eines Magnetfeldes zur Erhöhung der Sputtereffizienz.
• kennen die Phänomene, die beim Ionenbombardement von Oberflächen auftreten.
• kennen ein grundlegendes Modell zum Wachstum dünner Schichten.
• kennen die Problematik, eine gleichförmige Schichtabscheidung sicherzustellen.
• kennen typische Anwendungen des Sputterns in der Prozesstechnik.
• verstehen wie man durch thermische oder anderweitige Aktivierung aus geeigneten chemischen Ausgangsstoffen Schichten auf einem Wafer aufwachsen kann.
• verstehen welche Prozesse in der Gasphase und an Oberflächen ablaufen.
• verstehen grundlegende Phänomene des Gastransports im Reaktor.
• verstehen wie man mit Hilfe eines einfachen Reaktormodells Aussagen über das Wachstumsverhalten machen kann.
• kennen den Unterschied zwischen transport- und reaktionskontrolliertem Wachstum.
• kennen den Aufbau wichtiger CVD-Anlagen anhand von Beispielen.
• kennen wichtige Abscheidungsprozesse für Silizium, Siliziumoxid und Siliziumnitrid.
• kennen die Atomic Layer Deposition (ALD) als Beispiel einer modernen Weiterentwicklung der CVD-Methode.
• kennen gängige Dotierverfahren wie Diffusion und Implantation.
• kennen grundlegende Verfahren zur Charakterisierung dünner Filme.
• kennen Aufbau und Funktionsweise gebräuchlicher Analysegeräte.
• kennen Anregungsmechanismen im Festkörper, die für die Analytik eine Rolle spielen.
• wissen wie man bei der Analyse von Schichtsystemen vorgeht, um die erforderlichen Informationen über den Schichtaufbau und dessen Eigenschaften zu erhalten.

Beschichtungstechnik:

• Plasma
  - Grundlagen der Plasmaphysik
  - Aufbau wichtiger Plasmaquellen
• Phyikalische Gasphasenabscheidung (PVD)
  - Thermisches Verdampfen
  - Sputtern
• Chemische Gasphasenabscheidung (CVD)
  - CVD-Reaktoren
  - CVD-Prozesse
  - Modell der Abscheidungsrate

Analytik:

• Dotierverfahren
  - Diffusion
  - Implantation
• Bildgebende Verfahren
• - Rasterelektronenmikroskop (SEM)
  - Transmissionselektronenmikroskop (TEM)
• Spektroskopische Verfahren basierend auf dem Nachweis von Röntgenstrahlung
  - Röntgenfluoreszenz (XRF)
  - Energiedispersive Röntgenspektroskopie (EDX)
• Spektroskopische Verfahren basierend auf dem Nachweis von Elektronen
  - Fotoelektronenspektroskopie durch Röntgenanregung (XPS)
  - Augerelektronenspektroskopie (AES)
  - Elektronenenergieverlustspektroskopie (EELS)
• Spektroskopische Verfahren basierend auf dem Nachweis von Ionen und Atomen
  - Sekundärionenmassenspektroskopie (SIMS)
  - Sekundärneutralteilchenmassenspektroskopie (SNMS)
  - Rückstreuionenspektroskopie (RBS)

Skriptum

Plasma und PVD: B. Chapman, Glow Discharge Processes, John Wiley & Sons, 1980

CVD: D. Dobkin und M. Zuraw (Ed.), Principles of Chemical Vapor Deposition, Kluwer, 2003

Analytik: H. Bubert und H. Jenett (Ed.), Surface and Thin Film Analysis, Wiley-VCH, 2003

Analytik: M. Henzler und W. Göpel, Oberflächenphysik des Festkörpers, Teubner, 1991

Die Studierenden

• kennen die wesentlichen Verfahren der planaren Oberflächen und 3D-Strukutrierung.
• verstehen die unterschiedlichen Ätztechniken und ihre Anwendbarkeit und die jeweilgen Vor- und Nachteile.
• kennen die Grundlegenden Gerätetypen und physikalischen Vorgänge der Trockenätztechnik.
• verstehen die wichtigsten chemischen Vorgänge in der Ätztechnik.
• kennen die Opferschicht-Technologie zur Herstellung von Hohlräumen und freitragenden Strukturen.
• verstehen das Photostrukturieren, Ätzen und Keramisieren von speziellen Gläsern.
• kennen die galvanische Herstellung von Mastern für die Abformtechnik und die LIGA-Technik.

• Chemische Grundlagen des Ätzens
• Nassätzen: Isotropes und anisotropes Ätzen von Silizium
• Geometrische Kontrolle im Silizium
• Trockenätzen und die verschiedenen Prozessanlagen
• Plasmaätzen (Barrelätzen, Plattenreaktor)
• Sputterätzen (Reaktives Ionenätzen, Ionenstrahlätzen)
• Deep Reactive Ion Etching (DRIE)
• Opferschichtverfahren (sacrificial layers)
• Photostrukturierbare Gläser
• Galvanik für den LIGA-Prozess

Skriptum

Empfohlene weiterführende Literatur

• Madou: Fundamentals of Microfabrication, CRC Press (2002)
• VölkleinEinführung, Vieweg Verlag (2000)
• Ehrfeld: Handbuch Mikrotechnik, Hanser Verlag (2002)
• Menz/Mohr: Mikrosystemtechnik für Ingenieure, Wiley-VCH (2005)

Die Studierenden

• können grundsätzliche Funktionsprinzipien von physikalischen Sensoren verstehen.
• können Systeme mittels moderner Technologien als innovative Bauelemente entwerfen.
• können ein Projekt von der Idee bis zum Prototyp abwickeln.
• können die Möglichkeiten und Grenzen einer Integration abschätzen.

Sensorik

• Kapazitive Sensoren
• Piezoresistive Sensoren
• Resonante Sensoren
• Magnetische Sensoren
• Thermische Sensoren
• Standard Prozesse von integrierten Schaltungen (Bipolar, CMOS)

Die Phasen einer Konzeption (Entwurf, Berechnung, Simulation, Prozessentwicklung, Herstellung, Messung) anhand von Beispielen