Laufende Arbeiten

– Betreuer:

Dr.-Ing. Michael Jank
Martin März (Prof. Dr.-Ing.)

– Beschreibung:

Ziel der Arbeit ist die Herstellung und Charakterisierung von resistiven Temperatur- und kapazitiven Drucksensoren für die ortsaufgelöste Messung auf flexiblen Substraten. Als Basistechnologien kommen Vakuum-Prozesstechniken und Photolithographie- sowie Ätzverfahren zum Einsatz. Für die Handhabung der flexiblen Substrate soll ein vorhandenes Konzept mit Trägerscheiben eingesetzt werden.

Nach der Definition von Zielanforderungen mit den Betreuern sollen eine Literaturrecherche zu möglichen Umsetzungen durchgeführt und Bauelementekonzepte entwickelt werden. Besonderes Augenmerk ist hier bereits auf die Auswahl der Dünnschichtmaterialien hinsichtlich Verfügbarkeit, Volumen- und Grenzflächeneigenschaften sowie Integration zu Schichtstapeln zu legen. Vorhandene messtechnische Möglichkeiten und Ausleseelektronik sollen weitgehend einbezogen werden.

Im experimentellen Teil der Arbeit sollen Sensorstrukturen entworfen, angefertigt und charakterisiert werden, wobei zunächst auf bestehende Maskensätze zurückgegriffen werden kann. Die Strukturen sind anschließend hinsichtlich Verkapselung, thermischer und mechanischer Anbindung sowie der elektrischen Funktionalität zu optimieren.

– Betreuer:

Zörner, Alicia (FHG-IISB, Tel. 09131 / 761-188 , E-Mail: alicia.zoerner@iisb.fraunhofer.de)
Oertel, Susanne (FHG-IISB, Tel. 09131 / 761-192 , E-Mail: susanne.oertel@iisb.fraunhofer.de)
Martin März (Prof. Dr.-Ing.)

– Beschreibung:

Im medizinischen Bereich und für Fitnessanwendungen werden tragbare Geräte (sog. Wearables) immer beliebter. Hierbei kommt die gedruckte Elektronik oft zur Anwendung, auf Grund der Vorteile wie kostengünstige Herstellung, Flexibilität, Tragbarkeit und Miniaturisierbarkeit.
Zur kontinuierlichen und nicht-invasiven Überwachung von Vitalparametern verwendet man unter anderem ionenselektive Elektroden. Um diese tragbar und möglichst klein herstellen zu können, kommen sogenannte „all-solid-state“-Elektroden zum Einsatz. Im Gegensatz zu konventionellen Glaselektroden, die einen flüssigen inneren Elektrolyten besitzen, besteht die ionenselektive Festkörperelektrode nur aus festen Komponenten.
Neben der selektiven Membran einer solchen Elektrode spielt vor allem der Ionen-zu-Elektronen Wandler (Transduktion) eine wichtige Rolle. Hier wird die ionische Ladung der gemessenen Probe in eine elektrische Ladung gewandelt. Bei einer gedruckten ionenselektiven Elektrode besteht dieser Wandler meist aus einer gedruckten Kohlenstoffschicht. Zur Verbesserung der Eigenschaften dieser Schicht werden häufig poröse Materialien oder auch sog. Carbon Nanotubes (Kohlenstoffnanoröhrchen) sowie Graphen verwendet. Hiermit kann neben der Reproduzierbarkeit auch die Langzeitstabilität und die Ansprechzeit des Sensors verbessert werden.
Im Rahmen dieser Masterarbeit sollen verschiedene Transduktionsschichten für ionenselektive Elektroden hergestellt und untersucht werden. Dabei werden verschiedene Herstellungsverfahren für die jeweiligen Schichten entwickelt und untersucht. Die entwickelten Verfahren sollen dabei auf die bestehenden Prozesse zur Herstellung der ionenselektiven Elektroden angepasst werden. Die neu hergestellten Schichten werden anschließend hinsichtlich Oberflächenrauheit und –porosität mittels optischer Verfahren charakterisiert. Zudem sollen die elektrochemischen Eigenschaften wie Grenzflächenpotentiale mittels Zyklovoltammetrie und elektrochemischer Impedanzspektroskopie analysiert werden. Die Auswirkungen auf die Reproduzierbarkeit, Langzeitstabilität und Ansprechzeit von ionenselektiven Elektroden werden mit Hilfe von potentiometrischen Messungen in Standardlösungen untersucht.

– Betreuer:

Dr.-Ing. Michael Jank
Martin März (Prof. Dr.-Ing.)

– Beschreibung:

Aufgrund der niedrigen Herstellungskosten pro Fläche werden großflächige Bildschirme (engl. Displays) mittels Dünnschichttransistor-Technologien (TFT) angesteuert. So genannte Aktiv-Matrix-Backplanes stellen für jeden Leuchtpunkt eine Ansteuerschaltung aus möglichst wenigen Bauelementen bereit. Die grundlegende Funktionalität besteht in der Speicherung einer Helligkeitsinformation, zumeist einer Spannung, die wiederum als Steuergröße für einen Treiber-TFT herangezogen wird.

Ziel der Arbeit ist die grundlegende Charakterisierung vorhandener Pixelzellschaltungen hinsichtlich ihrer Leistungsfähigkeit sowie parasitärer Effekte. Für die Untersuchung stehen Schaltungstopologien mit unterschiedlichen Steuerprinzipien, Kompensationselementen gegen Parametervariationen oder Variation der Schaltungsauslegung zur Verfügung. Hierfür sollen sowohl statische Strom-Spannungs-Messungen angewandt als auch dynamische Verfahren auf Basis von Funktionsgeneratoren und digitalen Speicheroszilloskopen neu etabliert werden. Zur detaillierten Untersuchung parasitärer Effekte stehen darüber hinaus Bauelementemesstechniken wie die Kapazitäts-Spannungs-Messung zur Verfügung.

Aus den Untersuchungen soll abgeleitet werden, in wie weit sich Bauelemente- und Schaltungsparameter auf typische Zielgrößen wie Schreibgeschwindigkeit, Speicherhaltezeit, Treiberfähigkeit, Auflösung der Treiberschaltung oder Toleranz gegenüber Parameterschwankungen der Bauelemente auswirken. Idealerweise werden die Untersuchungen hierfür durch Schaltungssimulationen auf Basis bestehender Spice-Modelle unterstützt. Der Vergleich der Zellschaltungen soll abschließend Empfehlungen für eine Optimierung der bisherigen Topologien und Schaltungsparameter liefern.

– Betreuer: Marhenke, Julius (LEB, Tel. 09131 / 85-28659 , E-Mail: julius.marhenke@fau.de)
Martin März (Prof. Dr.-Ing.)

– Beschreibung:

Das Ziel dieser Arbeit ist es, die Trenngüte von Deterministic Lateral Displacement-Systemen zu bestimmen. Dazu werden im Rahmen der Arbeit die Mikrofluidiksysteme gefertigt und mit Testpartikeln betrieben. Für die Mikrofluidiksysteme stehen mehrere Designs zur Verfügung, welche unterschiedliche Separationsgrenzen besitzen. Als Testpartikel werden fluoreszierende Polystyrolpartikel (PS-Partikel) unterschiedlicher Größe (0.5, 1, 1.5, 2 und 2.5 µm) verwendet. Die gewonnen Probenlösungen sollen dann mit Hilfe eines Fluoreszenzmikroskops analysiert werden.
Im Rahmen der Untersuchungen sollen zunächst die unterschiedlichen Mikrofluidiksysteme hinsichtlich ihrer Separationsgrenze und Trenngüte untersucht werden. Darüber hinaus soll der Einfluss unterschiedlicher Parameter auf die Trenngüte der Systeme analysiert werden. Dabei sind sowohl Probenparameter wie Partikel- und Tensidkonzentration als auch Betriebsparameter wie Flussraten und Betriebsdauer von besonderem Interesse.

– Betreuer: Marhenke, Julius (LEB, Tel. 09131 / 85-28659 , E-Mail: julius.marhenke@fau.de)
Martin März (Prof. Dr.-Ing.)

– Beschreibung:

Das Ziel dieser Arbeit ist es, einen Lift-off-Prozess auf PDMS-Substraten zu entwickeln. Dabei sind die unterschiedlichen Prozessschritte eines Lift-off-Prozesses für die Anwendung auf PDMS-Substraten zu optimieren. Die Prozessschritte umfassen unteranderem das Aufbringen des Photolacks auf das PDMS (Spin-on), Ausheizen und Belichten des Photolacks sowie Entwickeln. Anschließend sollen die Parameter zur Abscheidung des Elektrodenmaterials optimiert werden. Dabei sollen leitfähige Elektrode hergestellt werden, welche während des Lift-off-Prozesses auf dem PDMS-Substrat zurückbleiben. Dabei sind die herstellbaren Elektrodendicken und -dimensionen zu untersuchen. Zum Abschluss der Arbeit soll zudem eine Ausrichtung der Elektroden zu zuvor hergestellten Strukturen auf den PDMS-Substraten erfolgen.

– Betreuer:
Julius Marhenke (M. Sc.)
Christian Martens (M. Sc.)
Martin März (Prof. Dr.-Ing.)

– Beschreibung:

Motivation
Die Detektion von Partikeln spielt in der Mikrofluidik eine wichtige Rolle. Häufig wird in der Mikrofluidik dabei auf die Partikeldetektion durch externe Mikroskope und Bilderarbeitung zur Analyse der Partikel zurückgegriffen. Diese Detektionsansätze sind allerdings nicht für einen portablen Einsatz umsetzbar. Diese Limitierung könnte mit elektrischen Messverfahren umgangen werden. Dabei ist besonders der Coulter-Zähler, welcher die Änderung der Leitfähigkeit aufgrund eines Partikels in einem Elektrolyten zwischen zwei Elektroden misst, von besonderem Interesse. Dies bietet die Möglichkeit einer einfachen Integration des Detektoraufbaus in ein Mikrofluidiksystem. Die Funktionsfähigkeit eines mikrofluidischen Coulter-Zählers wurde bereits in einer früheren Arbeit am LEB gezeigt. Jedoch konnte auch gezeigt werden, dass die zeitliche Auflösung des verwendeten Messaufbaus nicht ausreichend zur zuverlässigen Detektion aller Partikel im Fluid ist. Deswegen ist das Ziel dieser Arbeit die Auslegung einer Schaltung, welche zuverlässig alle Partikel beim Durchlaufen der Elektroden in vorhandenen mikrofluidischen Coulter-Zählern detektieren kann.

Ziel und Inhalt
Das Ziel dieser Arbeit ist es, eine Schaltung zur Partikeldetektion in einem Coulter-Zähler auszulegen und zu charakterisieren. Dabei soll zunächst eine Literaturrecherche zu möglichen Schaltungen durchgeführt werden. Eine entsprechende Schaltung soll dann mittels Eagle ausgelegt und in LTSpice simuliert werden. Anschließend soll eine Leiterplatte entworfen, bestückt und charakterisiert werden. Zum Abschluss soll die exemplarische Detektion von Partikel gezeigt werden.

– Literaturrecherche zur Partikeldetektion in Coulter-Zählern
– Auslegung und Simulation der Schaltung
– Entwurf, Bestückung und Charakterisierung einer Leiterplatte
– Exemplarische Detektion von Partikeln in einem Coulter-Zähler