Sonderforschungsbereich 379 Mikromechanische Sensor- und Aktorarrays

Transkript

1 Sonderforschungsbereich 379 Mikromechanische Sensor- und Aktorarrays Einführung und Überblick Berichtszeitraum Finanzierungszeitraum Prof. W. DötzelD Abschlusspräsentation 1

2 Wissenschaftliche Zielstellung des Sonderforschungsbereiches Entwicklung geeigneter Modelle und Simulationswerkzeuge beim Komponentenentwurf Verhaltensbeschreibung von Arrays und abstraktere Beschreibung eines übergeordneten Systems (Makromodellierung( Makromodellierung), Beiträge zum Systementwurf Entwicklung und Bewertung verschiedener Materialien und Technologien für r Gesamtsysteme Entwicklung effizienter Methoden zur experimentellen Charakterisierung von Arrays und Systemen Beiträge zur Erhöhung hung der Zuverlässigkeit mikromechanischer Siliziumbauteile Analyse der Wirkfunktionen und des Systemtests anhand von Demonstratoren Interdisziplinäre re Zusammenarbeit Abschlusspräsentation 2

3 Applikation Warum Arraystrukturen? verschieden dimensionierte Einzelelemente (Sensoren und/oder Aktoren) verbesserte Funktionalität t durch Parallelisierung verbesserte Funktionalität t durch Miniaturisierung Multifunktionelle Systeme verbesserte Performance neuartige Systemkonzepte Technologie Nutzung mikroelektronik-kompatibler kompatibler Prozesse Volumen- und oberflächennahe Technologie AIM (Airgap( Isolation of Microstructures) monolithische Integrationsmöglichkeit glichkeit Abschlusspräsentation 3

4 Teilprojektübersicht Antragszeitraum Zahl der Teilprojekte (ohne Z) bewilligt 8 bewilligt 11 bewilligt 11 bewilligt, 1 Transferprojekt davon: Projektbereich A Entwurf und Applikation 6 Projektbereich B Verhaltensbeschreibung, 5 Werkstoffe, Zuverlässigkeit Projektbereich C Technologie Abschlusspräsentation 4

5 Projektbereich A Teilprojektübersicht A1: Komponentenentwurf A2: Systementwurf A4: Adaptive Mehrbereichs-Sensorarrays zur Vibrationsanalyse Projektbereich B B2: Experimentelle Charakterisierung, Modelladaption - Zuverlässigkeit B5: Beugungsgitter-Mikrosystem als Sensorarray für f r eine spektrale Bildscanner-Technologie B6: Kraftsensorarrays Projektbereich C C2: Neue Technologieplattform für f r die Oberflächennahe Silizium-bulk bulk- Mikromechanik C4: Niedertemperaturbonden für rekonfigurierbare Resonatorarrays Abschlusspräsentation 5

6 Vision 2010: MST-Schl Schlüsselanwendungen* Medizin Biomedizin Fahrzeug Druck & Multi-Media Media Telekommunikation Industrieautomation Haushalttechnik Luft- und Raumfahrt Navigation/Positionierung Mikrolaboranalyse,, implantierbare Medikamentendosierung, mikrofluidische Systeme, DNA-Diagnose Diagnose... Implantierbare Organe, Interface zu Nerven/Muskeln... Radar, optische Bilderkennung, autonomous & guided driving, biometrische, Öl-,, Luftsensoren... Düsenarrays für f r Druckköpfe, Datenspeicherung, Spiegelarrays für f r Displays... HF-Schalter für f Dense Wave Division Multiplexing (DWDM), RF MEMS... IR-Sensoren, Gassensoren, Drucksensoren... Inertial-, Druck-,, Temperatur-, Flußsensoren... MOEMS, RF MEMS... Applikationen mit hohem Array-Potential Neuer Demonstrator: : UBAS Abschlusspräsentation 6 *Quelle: NEXUS task force report 2002

7 Zielstellungen des SFB 379 Komponenten- entwurf Demonstrator (Applikation) Werkstoffe/ Charakterisierung/ Zuverlässigkeit Systementwurf Technologie Abschlusspräsentation 7

8 Zielstellungen des SFB Systementwurf Beschreibung des Gesamtsystems eines Scannerarrays für f r die Laserablenkung Technologie Bulk-Mikromechanik Komponenten- entwurf Entwicklung von Ent- wurfswerkzeugen auf physikalischer Ebene (multiple domain problems) Alternativer Langrange/Hamilton- Ansatz für f r MEMS Werkstoffe/ Charakterisierung/ Zuverlässigkeit Test veschiedener Funktionselemente (Kammstrukturen, bulk- mikromechanische Grund- strukturen) Modifizierte SCREAM- Technologie (Kombination mit der Mikroelektronik demonstriert) Abschlusspräsentation 8

9 Komponenten- entwurf Systementwurf Zielstellungen des SFB Parameterreduktion von Komponentenmodellen (Makromodelle: Schnittstelle zum Systementwurf) Synthese von MEMS mittels Langrange/ Hamilton-Ansatz (Makromodelle) Beschreibung verschiedener Gesamtsysteme (Demonstratoren) Synthesansätze tze mit High-Level Level-Modellen Werkstoffe/ Charakterisierung/ Zuverlässigkeit Test der Array Elemente Technologie Verbesserung der Zuverlässigkeit bei bewegten Si-Teilen (insbesondere AIM) Bulk-Mikromechanik Oberflächennahe Technologie mit neuem Ansatz (metallfrei, AIM) Mikroelektronikkompatibles Niedertemperaturbonden Neuer Ansatz für f oberflächennahe Technologie (Vertikal( Vertikal-FET) Abschlusspräsentation 9

10 Übersicht zu Demonstratoren Auswahl (1) Spiegelarray Zeitraum 1. Phase Beschleunigungssensor/ Resonatorarray mit Mikroelektronik Ultraschallsensorarrays 1./2. Phase 1./2./3. Phase Positioniersystem Resonatorarrays/ Vibrationssensoren 2. Phase/Trans Trans- ferprojekt 2./3./4. Phase Abschlusspräsentation 10

11 Übersicht zu Demonstratoren Auswahl (2) Zeitraum Scanner/Phasengitter Phasengitter- arrays Universelles Bewegungsanalyse- system UBAS Rastersonden- anordnung Resonator mit schaltbarer Steifigkeit (Federarray) Beschleunigungssensor mit Vertikal-FET 3./4. Phase 3./4. Phase 3./4. Phase 4.Phase 3./4. Phase Abschlusspräsentation 11

12 Zusammenarbeit im SFB L M G T L S S E I f M L A F O L O F E L M T L E B L H P F G W E T L S L P M T FhG IZM L M F T ZfM FhG IWU FhG IZM MDE A1 A2 A4 A6 B2 B5 B6 C2 C4 C5 C7 Mitarbeit im Teilprojekt Teilprojektsprecher Abschlusspräsentation 12

13 Zusammenarbeit der Teilprojekte am Demonstrator UBAS Inertialsensorarray (A1, B2, C2, C5) UBAS Digitale Signalverarbeitung Analogelektronik, A/D-Wandlung, zusätzl tzl. Inertial- sensoren (A2, C5) Korrektur- verfahren (A1) Implementierung, Applikation (A2) Umgebungs- modelle (A6) Abschlusspräsentation 13

14 Oberflächen chen-mikromechanik Volumen-Mikromechanik Herstellungstechnologien der Silizium- Mikromechanik Opferschicht- technologie Anodisches Wafer-Bonden mit anisotropem Naßä ßätzen Silicon-Fusion Wafer-Bonden Hochtemperatur Niedertemperatur mit hohem Aspektverhältnis (HARMST) SCREAM AIM* SOI Aktivitäten ten des ZfM *Airgap Isolation of Microstructures DE , PCT/DE01/ Abschlusspräsentation 14

15 Wissenschaftliche Ergebnisse in Zahlen (nur 4. Förderperiode F ) Begutachtete Veröffentlichungen Vorträge, Artikel Studien- und Diplomarbeiten Monografien Dissertationen/Habilitationen Abschlusspräsentation 15

16 Wissenschaftliche Ergebnisse in Zahlen 120 (alle Förderperioden F ) FP 2.FP 3.FP 4.FP VÖ begutachtet Diss./Habil. Artikel/Vorträge Diplom- und Studienarbeiten Abschlusspräsentation 16

17 Sonderforschungsbereich 379 Mikromechanische Sensor- und Aktorarrays Demonstratoren Abschlusspräsentation 17

18 Demonstrator Spiegelarray (1. Phase) Abschlusspräsentation 18

19 Demonstrator Beschleunigungssensor/ Resonatorarrays (1./2. Phase) Abschlusspräsentation 19

20 Demonstrator Ultraschallsensorarray (1./2./3. Phase) Abschlusspräsentation 20

21 Demonstrator Positioniersystem (2. Phase/Transferprojekt) Zeilenarray des Sensor-Aktor Aktor-Systems (schematisch), Tastspitzenabstand < 1 mm, Eigenzustellbereich bis 20 μm Abschlusspräsentation 21

22 Resonatorarrays/Vibrationssensoren (2./3./4. Phase) Abschlusspräsentation 22

23 Mikrospiegelarray für Hadamard- Spektrometer (Nutzung des Niedertemperaturbondens) Scanner/Phasengitterarrays (3./4. Phase) Mikrospiegelarray mit integrierter Elektronik REM-Aufnahme des Mikrospiegelarrays Abschlusspräsentation 23

24 Resonator mit schaltbarer Steifigkeit (Federarray) Anwendung: frequenzselektive Inertialsensoren (4. Phase) Drahtbondanschlüsse (Al) Federn im eingeschalteten Zustand: U SiO 2 Interface Si Si Si-Schicht Rahmen Federarray (10 Federpaare) Masse Aufbau und REM-Aufnahmen der Resonatorstrukturen (Detail: Federn) Abschlusspräsentation 24

25 Bewegungssensor für f r UBAS (4. Phase) Abschlusspräsentation 25

26 Rastersondenanordnung (3./4. Phase) REM-Aufnahme der Spitzen Träger (wird entfernt) Bruchkante 4 μm Bondflächen 1 mm Aktor 2 Sensor 2 Aktor 1 Sensor Abschlusspräsentation 26

27 Beschleunigungssensor mit Vertikal-FET (3. Phase) Abschlusspräsentation 27

28 Bedeutung des SFB 379 für f r die TU Chemnitz Impulse für f r die Vertiefung der interdisziplinären ren Zusammenarbeit Ausbildung und Qualifikation der beteiligten Wissenschaftler Ausbildung: Vorlesungen, Praktika, Diplom- und Studienarbeiten nachhaltige Unterstützung tzung von MST-Aktivit Aktivitäten ten im Raum Chemnitz (z. B. GEMAC mbh, AMTEC GmbH/InnoRegio InnoRegio-Verbund) Einrichtung neuer Professuren - Mikrosystemtechnik für f r die Medizin - Mikrofertigungstechnik Fokussierung der Professur Mess- und Sensortechnik auf MST Beiträge für f r die MST-Entwicklung in Deutschland neue Systemansätze tze und Technologien der Si-Mikromechanik Technologie- u. Absolvententransfer: Bosch, Siemens, Litef MST-Absolventenverbleibsstudie des VDI/VDE-IT IT 2002: Jeder 6. MST-Absolvent in Deutschland kommt aus Chemnitz Litef, microparts Abschlusspräsentation 28

29 Mikrosystemtechnik MST Oktober 2007 Dresden Chair: Co-Chair: Prof. Dr. Thomas Geßner (FhG-IZM, ZfM der TU Chemnitz) Prof. Dr. Helmut Seidel (Universität Saarbrücken) Prof. Dr. Hubert Lakner (FhG-IPMS Dresden, TU Dresden) Call for Papers : Deadline 7. März Abschlusspräsentation 29

30 Mikrosystemtechnik in Chemnitz Chair: Prof. Dr. W. Dötzel (TU Chemnitz) Prof. Dr. D. Müller (TU Chemnitz) Call for Papers: Deadline Abschlusspräsentation 30