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Dünnfilmtechnik

 

Der Bereich der Dünnfiltechnik des IMPT umfasst den Entwurf und die Fertigung von Mikrosystemen/MEMS (Sensoren, Aktoren). Der den meisten dieser Systeme zugrundeliegende Effekt ist hierbei der Elektromagnetismus. 

Entwurf

Der Entwurf der Systeme erfolgt im Groben durch analytische und netzwerkbasierte Methoden. Der Feinentwurf wird im Anschluss daran unter Verwendung von FEM-Simulationen durchgeführt. Hierfür steht das Multiphysik-Simulationstool ANSYS® zur Verfügung, womit Simulationen z.B. in den Bereichen der Strukturmechanik und der Elektromagnetik sowie thermische und fluiddynamische Simulationen durchgeführt werden können. 

Aktorik

Die am IMPT hergestellten Aktoren nutzen Magnetfelder, um Bewegungen zu erzeugen. Die Aktoren können dabei je nach Funktionsprinzip z.B. in Synchron-, (Variabel) Reluktanz- und Hybridaktoren unterschieden werden. Es werden sowohl lineare und rotierende Mikromotoren hergestellt, als auch die Nutzung dieser magnetischen Miroaktoren z.B. im Bereich der Mikrooptik, der Manipulation von magnetischen Nanopartikeln und der Implantologie untersucht.

Sensorik

Neben Sensoren, die auf Basis von elektromagnetischen Prinzipien beruhen, wie z.B. Wirbelstromsensoren, Dehnungssensoren und GMR-Sensoren (ultradünn, für Hochtemperaturanwendungen) wird am IMPT im Bereich modularer Sensoren für gentelligente Anwendungen geforscht, was unter anderem auch Temperatursensoren umfasst.

Fertigung

Für die Herstellung der Mikroaktoren und -sensoren wird für gewöhnlich eine Kombination aus Fotolithografie und galvanischer Abscheidung genutzt. Mittels Fotolithografie wird auf Si- oder Al2O3-Substraten eine temporäre Form aus Fotoresist erzeugt und diese durch galvanische Abscheidung mit Funktionswerkstoffen gefüllt. Als Funktionswerkstoffe werden Cu für Spulen und Zuleitungen genutzt. Für Flussführungen kommen NiFe45/55, NiFe81/19, CoFe und Ni zum Einsatz. Ferner wird das Epoxidharz SU-8™ und Polyimid als Einbettungsmaterial und Material für Membranen eingesetzt. Als Isolation werden Schichten aus Si3N4 und SiO2 verwendet, die mitels PECVD (Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition) hergestellt werden. Zur Strukturierung werden zusätzlich Ionenstrahlätzen und Lift-off angewendet. Die Herstellung von mechanischen Komponenten (Membranen, Biegebalken, Federstrukturen...) erfolgt durch die Kombination von Fotolithografie und Ätzprozessen. Hierfür stehen Trockenätzprozesse (z.B. DRIE, Plasma) sowie nasschemische Ätzprozesse (z.B. KOH, HF) zur Verfügung.