NanoP -Zentrum für Nanotechnik und Photonik der THM. Dr. U. Ricklefs

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1 NanoP Zentrum für Nanotechnik und Photonik der THM Dr. U. Ricklefs

2 Inhaltsangabe 1. Vorstellung Zentrum für Nanotechnik und Photonik 2. Plasmatriebwerke 3. Modellbildung 4. Mixed Signal CMOS 5. Optik 6. Optische Messtechnik 7. Optoelektronische Sensorik 8. EMV Ricklefs 2

3 Nanotechnik und Photonik Angewandte Optik und Mikrosystemtechnik Dr. U. Ricklefs Dr. W. Bonath Dr. A. Klös Dr. T. Sure EI EI EI MMEW Dr. R. Thüringer PhD K. Leitis EI IEM derzeit ca. 8 Kandidaten für PhD und Promotion

4 2. Plasmatriebwerk Dr. U. Ricklefs 4

5 V Xe RF Backup Radiofrequency ion thrusters 5

6 RITSAT W3Fair

7 EMC / EMI Motivation Equivalent circuit derivation 7 Control engineering / component design

8 Simulation Results and Verification RIT4 Plasma Parameters and Impedance 8 Short coil geometry; i.e., d c l c No analytic solution possible for induced fields; numerically solved in 3D Simulation task: f rf = 5 MHz Î c = 6 A p = 2 Pa No external losses considered Perfect matching assumed Simulation results: n e = m 3 P abs = W R s = 5.27Ω L s = 0.81 µh Unignited case: R c = 56.3 mω L c = 1.25 µh Impedance change: L = 0.44 µh 64.8 % R = 5.21 Ω 7352 % New resonance criterion for matching!

9 Conclusion and Outlook 9 Next steps Consideration of capacitive coupling (important for low plasma densities) Incorporation of ion extraction > fully qualified RIT model Experiments to obtain plasma density and temperature (Langmuir probe diagnostics)

10 3. Modellbildung 10

11 Research Group Nanoelectronics / Device Modeling URV (Spain) Coordinator THM Partners in EU network UniK (Norway) EPFL (Switzerland) TU Crete (Greece) Unistra (France) UCL (Belgium) EU FP7 Research Project Universities TU Ilmenau (Germany) ITE (Poland) Infineon Austria Microsystems AdMOS Compact Modeling Network Industry Melexis Dolphin AIM Software

12 Analytical compact models of devices

13 Research Group Nanoelectronics / Device Modeling Steps in compact model development: FEM simulation of devices to gain physical insight Simplification of fundamental semiconductor equations (Matlab) Implementation in circuit simulators (VerilogA) Comparison of compact model with measurements

14 Project: TunnelFET Motivation: leakage current increase in conventional shortchannel MOSFETs degradation of subthreshold slope steep slope devices needed for lowvoltage applications TunnelFET: slope < 60mV/dec possible bandtoband tunneling at source junction Researcher: Michael Gräf Partners: Funding: Ingenieur Nachwuchs 2014 (pending) Duration:

15 Lab for Organic Electronics at THM: DIMATIX Material Printer DMP2831 (resolution approx. 30 µm) Spin coater Wafer prober Project: OFETModeling & Technology B1500 Parameter Analyzer Linux HighPerformanceCluster TCAD Sentaurus Framework Researchers: Franziska Hain Christian Lammers Partners: Funding: Duration:

16 4. Mixed Signal CMOS 16

17 Ziele: Treiber für hohe Ströme LD Ankopplung LD Stabilisierung LDSchutzschaltung Hochempfindlicher, stabiler IU Wandler für den PDStrom Thermisch stabile Spannungsreferenz Full Custom Layout MixedMode Simulation Methoden: Layout Design Techniken Guard Techniken System Modellierung Elektronik und System Simulation Layout Extraktion Schaltungsdesign Full Custom Layout

18 5. Optik 18

19 Reflexbildgerät OptikLayout aufgebautes Reflexbildgerät Seite 19

20 Beleuchtung/Streulichtanalyse TracePro Seite 20

21 Testaufbauten Aufbau und Verifikation klassisch: Interferometer alternativ: Messung der Punktbildfunktion als f(z) Phase retrieval Algorithmus Berechnung der Wellenfront Fitten der ZernikeKoeffizinten Seite 21

22 Messdaten Bildverarbeitung Beispiel: Algorithmus für eine Zentriermaschine Alignment in µm Alignment with in ±0.2 µm can be done Frame The work was mainly done by Sebastian Schiffner (PhDStudent) Seite 22

23 6. Optische Messtechnik 23

24 lokale optoel. Empfindlichkeit LD/LED fibre field stop switchable mirror lightspot 24

25 Bewertung Ricklefs 25

26 7. Optoelektronische Sensoren Locherkennung für Blister Tränenfilmmessung Drehgeber Faserbasierte Gittersensorik Korrelationsgeschwindigkeitssensoren Kantenerkennung Kamerastabilisierung Doppelstrahlinterferometer Rohnenerkennung 26

27 1. Messprinzip d PD 1 PD 2 signal PD1, PD2 t PD 1 PD 2 ᵝ = 1 Δ Δ Das Signal von PD1 wird verglichen (korreliert) mit dem Signal von PD2 Korrelations Geschwindigkeitssensor t W3 Fair 27

28 Oberflächen Dr. J. Haus, ehem. Corrsys3D 1 = = 2 25 = 1: 1 = 10 / = 5 W3 Fair = 5 = 1 = 2 = 2,5 / 28

29 Frequenzanalyse 10 5 SingleSided Amplitude Spectrum of Diodes Das Messsignal wird durch niedrige OrtsFrequenzen dominiert. Diese müssen über elektronische Bandpass Filter entfernt werden. (TrackingFilter) Y(f) Frequency /pixel Auswirkung Herkömmliche Sensoren können nicht bei Geschwindigkeit null messen. Die indirekte Wegmessung durch Integration der Geschwindigkeit ist nur bei ausreichender Geschwindigkeit möglich. Schmalbandige Trackingfilter haben eine geringe Dynamik periodische Strukturen können zu Fehlmessungen führen W3 Fair 29

30 Korrelationssensoren 10 5 SingleSided Amplitude Spectrum of Diodes Ortsfrequenz Bandpassfilter 120 verschaltete Dioden gn: Ausgangsspektrum rt: Spektrum mit Ortsfrequenzfilter Y(f) Frequency /pixel W3 Fair 30

31 Signalanalyse Am Testaufbau mit neuen Filtern (ohne TrackingFilter) aufgenommenes Signal Phasensprung Typischer Burst 31

32 4. Testaufbau Filter und Summations Leiterplatte Teststand zur Erreichung höherer Geschwindigkeiten Leiterplatte mit DiodenArray und darunter montierter Optik Austauschbare Testoberflächen 32

33 8. EMV 33

34 Impedanzkontrollierte LP Beratung LP als High Tech Bauteil : bis zu 30 Lagen µm Leiterbahnbreiten Durchbohrungen bis Ø 0,2 mm Sackbohrungen bis Ø 75 µm (Laser gebohrte Mikrovias) Impedanz kontrollierte Signalleitungen Ohm 34

35 GTEMZelle* im EMVLabor GTEMZelle für HF Emissions und Störfestigkeitsmessung (30 MHz 2,5 GHz) * GTEM = GigaHertz Transversal ElektroMagnetisch (Feld in der Zelle)

36 Kooperationen JustusLiebig Universität Gießen, 4 kooperative Promotionen PhilippsUniversität Marburg, 2 kooperative Promotionen Universität Kassel, 2 kooperative Promotionen FH Darmstadt University Graduate Center Kjeller (Norwegen) Universitat Rovira i Virgili (Tarragona, Spanien), 2 kooperative Promotionen CityUniversity London, 1 kooperative Promotion Optomit

37 Zusammenfassung Am Zentrum für Nanotechnik und Photonik werden umfangreiche Entwicklungsarbeiten aus den Bereichen der Elektronik, Optik und Bildverarbeitung durchgeführt. Systemdesign optischer/optoelektronischer Sensoren Optik (klassische Linsensysteme) Algorithmenentwicklung Bildverarbeitung Plasmatechnik Messtechnik Baugruppendesign (HighSpeedLeiterplatten, EMV) (OPTO) ASICs Simulation, Design und Test Nanoelektronik / Bauelementmodellierung Printed Electronic Ricklefs 37

38 Nanotechnik und Photonik (NanoP) Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit 38

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