Modulbeschreibung

Photonik II

ECTS-Punkte:
12
Lernziele:

Die Studierenden

  • kennen die wesentlichen Verfahren der planaren Oberflächen-Strukturierung durch Lithografie und Ätzen.

  • kennen die einzelnen Prozessschritte der Fotolithografie, sowie die unterschiedlichen Belichtungsverfahren und Belichtungsapparaturen.

  • kennen die Grundregeln des Maskendesigns und können selbstständig regelkonforme Masken zeichnen.

  • verstehen die wichtigsten chemischen Vorgänge in der Ätztechnik und können die unterschiedlichen Ätztechniken mit ihrer Anwendbarkeit und Vor- und Nachteilen einsetzen.

  • kennen die grundlegenden Gerätetypen und physikalischen Vorgänge der Trockenätztechnik.

  • können eine gegebene Aufgabenstellung aus dem Bereich Mikrostrukturierung selbstständig bearbeiten, die Prozesse im Reinraum unter Anleitung durchführen und die Ergebnisse dokumentieren und präsentieren.

  •  kennen das Konzept diskreter Energieniveaus in Atomen und das Bändermodell in Festkörpern. 

  • verstehen die prinzipielle Funktionsweise von Halbleitern, insbesondere die Leitungsmechanismen.

  • kennen die verschiedenen Absorptions- und Emissionsprozesse in atomaren Systemen und in Halbleitern und können diese qualitativ beschreiben.

  • kennen wichtige Arten von Schichten, deren Eigenschaften und können diese beschreiben.

  • wissen, mit welchen Verfahren und mit Hilfe welcher Anlagen diese Schichten hergestellt werden.

  • können für spezifische Anwendungen geeignete Schichten und Abscheideverfahren sowie die zugehörige Anlagentechnik auswählen.

  • können eine gegebene Aufgabenstellung aus dem Bereich der Beschichtungstechnik selbstständig bearbeiten, die Prozesse im Reinraum sowie Messungen unter Anleitung durchführen und die Ergebnisse dokumentieren und präsentieren.

  • kennen die wichtigsten Materialien und biologischen Moleküle, sowie die grundlegenden Analyse- und Messverfahren in den Life Science. 

  • kennen Lab-on-Chip Konzepte mit Mikrofluidik-Komponenten, biochemische Sensoren und Beispiele von Systemen in Medizintechnik und Diagnostik. 

  • verstehen anhand ausgewählter Beispiele, wie Analyse- und Messsysteme mikrotechnisch umgesetzt und in den Life Science angewendet werden. 

  • verstehen anhand ausgewählter Beispiele, wie optische/photonische, elektrochemische Messsysteme und Sensoren in den Lifescience und der Medizinaltechnik eingesetzt werden. 

  • kennen das Konzept elektromagnetischer Wellen als Transversalwellen.

  • verstehen das Konzept der Polarisation, kennen die unterschiedlichen Polarisationsformen und die wichtigsten optischen Elemente zur Beeinflussung der Polarisation.

  • kennen das Konzept von Kohärenz und Interferenz.

  • können Beugungsphänomene (Fresnel- und Fraunhofer Beugung) erkennen, und beschreiben.

Kurse in diesem Modul

Mikrostrukturierung:

Lithografie

  • Prozessschritte
  • Belichtungsverfahren
  • Belichtungsapparaturen (Maskaligner, Stepper)
  • Resisttechnologien
  • Maskentechnologie
  • Alternative Lithografieverfahren


Ätztechnik

  • Chemische und physikalische Grundlagen des Ätzens
  • Nassätz-Prozess: Isotropes und anisotropes Ätzen von Silizium und metallischen Dünnschichten
  • Trockenätzen und die verschiedenen Prozessanlagen
  • Oberflächenmikromechanik mittels Opferschichtverfahren
  • Fotostrukturierbare Gläser
  • Herstellung und Eigenschaften von Siliziumsubstraten


Projektarbeit

  • Maskendesign
  • Entwurf eines Strukturierungsprozesses (Lithografie/Ätzen)
  • Durchführung eines Mikrostrukturierungsprozesses im Reinraum
  • Dokumentation der Projektarbeit / Bericht / Präsentation
Klassenunterricht mit 4 Lektionen pro Woche
Beschichtung:

Beschichtungsverfahren

  • Niederdruckplasma
  • Physikalische Gasphasenabscheidung (PVD)
  • Chemische Gasphasenabscheidung (CVD)


Projektarbeit

  • Beschichten unter Reinraumbedingungen
  • Messen charakteristischer Schichteigenschaften
  • Dokumentation und Präsentation der Ergebnisse
Klassenunterricht mit 2 Lektionen pro Woche
Wellenoptik:

Elektromagnetische Wellen:

  • Eigenschaften elektromagnetischer Wellen
  • Licht an Grenzflächen / Fresnelsche Gleichungen


Polarisation:

  • Polarisationsformen / Erzeugung von polarisiertem Licht
  • Mathematische Beschreibung der Polarisation 
  • Doppelbrechung
  • Polarisationsfilter, Halbwellenplatte, Viertelwellenplatte, LCD, Pockelszelle …


Interferenz:

  • Kohärenz und Interferenz
  • Interferometrie / Interferometertypen
  • Mehrstrahlinterferenz


Beugung:

  • Fraunhoferbeugung
  • Beugung an idealen und realen Beugungsgittern
  • Gitterspektrometer
  • Beugung an Phasengittern


Diffraktive Optik:

  • Fresnel-Beugung und Fresnel-Zonen, Zonenplatte
  • Einsatzmöglichkeiten diffraktiver optischer Elemente
Klassenunterricht mit 2 Lektionen pro Woche
Halbleiter:

Quantenmechanik Grundlagen

  • Photoeffekt, Comptoneffekt, Materiewellen
  • Schrödingergleichung / Wellenfunktion / Unschärfe
  • Elektronen im unendlichen & endlichen Kastenpotential


Energiezustände in Atomen, Molekülen und Festkörpern

  • Das Wasserstoffatom und seine Spektren
  • Einelektron-, Mehrelektronatome, Periodensystem
  • Moleküle, Festkörper


Atom-Photon Wechselwirkung

  • Absorption, Emission, induzierte Emission


Halbleiter

  • Halbleitermaterialien (Dotierung)
  • Leitungsmechanismen und Bandstruktur
  • Energie-Impulsbeziehung und effektive Masse
  • Ladungsträgerkonzentration und Ladungsträgertransport 
  • Quantenwirkungsgrad
  • Wechselwirkung von Licht mit Halbleitern
  • Beispiele: Si-Photodiode, LED, …
Klassenunterricht mit 2 Lektionen pro Woche
Biosensorik:

Grundlagen der Biochemie / Life Science

  • Proteine, Enzyme, Antikörper und ihre Struktur und Funktionsweise 
  • DNA und RNA Aufbau und Funktion 
  • Zellen, Bakterien und Viren 


Standard Medizinaldiagnostik und klassische Tests 

  • Standardverfahren in den Life Science zur molekularen Diagnostik und Analyse biologiescher Systeme 
  • Schnelldiagnostik-Verfahren (PoC) 
  • Grundlagen der klinischen Chemie und Diagnostik (Konzentration der relevanten Blutwerte und weiterer Parameter) 


Moderne Mikrosysteme für die Life Science (BioMEMS)

  • Lab-on-Chip und Total Analysis System (uTAS) 
  • Mikrofluidik in der Medizinaltechnik 
  • Nanobiosensorik 


Optische Sensoren und Messsysteme 

  • Fluoreszenz, Lumineszenz 
  • Sensorik zum Monitoring von Vitalparametern 
Klassenunterricht mit 2 Lektionen pro Woche
Disclaimer

Diese Beschreibung ist rechtlich nicht verbindlich! Weitere Informationen finden Sie in der detaillierten Modulbeschreibung.