Technologielabor für Nano- und Mikrosysteme

Innovationen auf Nanoskala

In Schutzkleidung gekleidete Forscher bei der Arbeit am Computer

Im Technologielabor für Nano- und Mikrosysteme (TNM) werden innovative miniaturisierte Systeme entwickelt.

Nano- und Mikrosysteme vereinen mechanische, optische, biologische und elektrische Elemente, um innovative Funktionen für Sensoren und Aktoren zu realisieren. Diese Systeme haben in der Medizin, Energieversorgung und Materialwissenschaft eine herausragenden Bedeutung.

Studierende, Mitarbeiter und Promovierende, können im Labor praktische Kenntnisse erwerben und ihr Wissen in aktuellen Forschungsprojekten anwenden. Der Zugang zu modernster Technologie und aktuellen Forschungsthemen qualifiziert sie für zukunftsträchtige Berufe in vielfältige Branchen.

Im Rahmen von Verbundprojekten arbeiten wir eng mit Unternehmen und anderen Forschungseinrichtungen zusammen. Beispiele unserer Forschungsaktivitäten finden sie unter: Link öffnet sich im gleichen Fenster:Institut für Mikrosystemtechnik.

Laborfunktion

Biosensensor aus porösem Silizium mittels Anodisierung

Abstimmbare Lichtquelle für photoakustische Sensorik

Super hydrohobe Oberfläche aus porösem Silizium mittels Anodisierung

Das Technologielabor für Nano- und Mikrosysteme bietet ein vielfältiges Spektrum an Möglichkeiten für Studierende, Promovierende und Forschende. Hier können Studierende in den Studiengängen: Link öffnet sich im gleichen Fenster:Smart Systems und: Link öffnet sich im gleichen Fenster:Mikromedizintechnik in verschiedenen Praktika grundlegenden Fähigkeiten der Mikrosystemtechnik und Charakterisierung im Reinraum erwerben und in Hilfskraftstellen sowie Abschlussarbeiten vertiefen.

Nach dem Studium eröffnen sich spannende Möglichkeiten: In drittmittelfinanzierten Forschungsprojekten können Absolventen als Projektmitarbeitende direkt an innovativen Forschungs- und Entwicklungsprozessen teilnehmen. Viele nutzen die Chance, an unserer Hochschule zu promovieren und damit den Grundstein für eine erfolgreiche wissenschaftliche Karriere zu legen, da wir das Promotionsrecht besitzen. Mehr dazu findet man hier: https://www.hs-furtwangen.de/zukunft-forschen/promotion

Zusammen mit dem Link öffnet sich im gleichen Fenster:Forschungszentrum Rottweil bilden wir das Link öffnet sich im gleichen Fenster:Institut für Mikrosystemtechnik (iMST).

Sensoren und Aktoren (Micro-Electro-Mechanical-Systems, MEMS)
Optische Systeme (Micro-Opto-Electro-Mechanical Systems, MOEMS)
Elektrochemische Ätzprozesse / Anodisierung
Flexible Elektronik
Mikromedizin
Intelligente Implantate
Embedded Systems
3D Mikro- und Nanostrukturierung
Selbstorganisierte Systeme in der Mikro- und Nanotechnologie

Projektplanung und –beantragung
Technologieberatung
Systemanalyse / Konzeptvalidierung
Multiphysics - Simulation
Prozessentwicklung und –Durchführung in der Mikro- und Nanotechnologie
Fertigung von Prototypen
Charakterisierung

Technische Ausstattung

Als eines der ersten Mikrosystemtechniklabore Deutschlands wurde das damalige „Mikrolabor“ im Jahre 1984 eröffnet. Seitdem wird die Ausstattung des Labors kontinuierlich mit innovativen Technologien ergänzt. Auf über 300 m² Fläche betreiben wir in mehreren Reinräumen eine umfangreiche Siliziumtechnologielinie und Charakterisierungseinrichtung. Als Mitglied des Link öffnet sich im gleichen Fenster:iMST haben wir die Möglichkeit, die Einrichtungen des Link öffnet sich im gleichen Fenster:Forschungszentrums Rottweil zu nutzen und kooperieren mit anderen Forschungsinstituten.

Zur Analyse von Mikrosystemen stehen verschiedene Geräte zur Verfügung, wobei das FIB-SEM-Gerät aufgrund seiner Vielseitigkeit besonders hervorzuheben ist.

FIB-SEM: Rasterelekronenmikroskop mit fokussiertem Ga⁺-Ionenstrahl
- Detektoren: Inlens (SE und RE), SESI, sTEM, BSE
- Mit Materialcharakterisierung: ToF-SIMS, EDX, EBSD
- Strukturierung mittels Präkursoren
FT-IR mit Mikroskop
Optischer 3D-Profiler (Laserscanning Mikroskop & Weißlichtinterferometer)
Rastertkraftmikroskop (AFM)
Kontakt Profilometer
Optische Schichtdickenmessung mittels Ellipsometer und Spektrometer
Kapazitäts-Spannungs-Messung (4-Punkt-Methode)
Oberflächen- und Porengrößenmessung mittels Physisorption
Kontaktwinkelmessung
Schwingungs- und Abstandsmessung mittels Laserinterferometer und Triangulation
Sowie mehrere Mikroskope und weitere Kleingeräte

Mikrotopographie mittels Stereo SEM Bilder und MountainsSPIP

Bilder 1,3,6,7,8,9 © Hochschule Furtwangen Alexander Filbert | Bilder 2,10 © Hochschule Furtwangen Bernd Müller | Bild 5 © Hochschule Furtwangen Silicya Roth & Ribeiro Martins

Es gibt eine große Vielfalt an Beschichtungsanlagen die für die den Aufbau von Mikrosystemen genutzt werden

Atomlagenabscheidung (thermisch oder plasmaunterstützt). Die Vakuumkammer ist eingebunden in einer Clusteranlage mit RIE und PECVD.
Aufdampfen verschiedenster Materialien
Chemische Gasphasenabscheidung (CVD): PECVD (Si₃N₄mit steuerbarer Spannung, SiC und amorphes Si, SiO₂)
Sputteranlage (Pt, Si₃N₄, Ti, Al/Cu...)
Mikrogalvanik: ein Fontaine- sowie ein Rack-System

Bilder © Hochschule Furtwangen Bernd Müller

Die Fotolithografie spielt eine entscheidende Rolle bei der Herstellung von Mikrosystemen und ist eine wichtige Technik zur Strukturierung. Im Labor gibt es verschiedene fotolithografische Verfahren, die sich im einem Gelbraum befinden.

Graustufenbelichtung zur Erzeugung von 3D Strukturen
Laserdirektbelichtung für Strukturen bis 600 nm
Eigene Herstellung von Masken
Kontaktbelichtung / Maskaligner
Justagegenauigkeit bis 200 nm, IR Justierung, Vorderseite zu Rückseitenjustierung

Bild 1 © Hochschule Furtwangen Silicya Roth & Ribeiro Martins | Bilder 2,3,4,5 © Hochschule Furtwangen Bernd Müller

Oxidation © Hochschule Furtwangen Bernd Müller

Im Reinraum sind mehrere Rohröfen installiert, die für verschiedene Anwendungen in der Halbleitertechnik genutzt werden.

Oxidation
Dotierung mit Bor und Phosphor
Diffusion
Tempern

Ätzbänke © Hochschule Furtwangen Silicya Roth & Ribeiro Martins

Wir verfügen über mehr als 25 unterschiedliche nasschemische Ätzbecken und mehrere Trockenätzsysteme, die es ermöglichen, verschiedenste Schichten zu strukturieren. Besonders in der Anodisierung von porösem Silizium haben wir umfassende Erfahrungen gesammelt.

Elektrochemisches Ätzen: Anodisierungsanlagen für poröses Silizium in Flusssäurelösungen
Trockenätzen mit Plasma (RIE für viele Schichten geeignet)
Nasschemisches Ätzen (HF, Caro, KOH; Huang A/B...)

Im Backend-Bereich erfolgt die Trennung der Chips, gefolgt von der Verarbeitung zu einsatzbereiten Systemen.

Laserschneiden
Wafersäge
Chipbonder
Drahtbonder

Zur Konzeptbewertung sowie zur Analyse der Mikrosysteme arbeiten wir mit:

FEM-Simulation mittels COMSOL Multiphysics®
Prozesssimulation mittels IntelliSuite
Verschiedene CAD-Design-Programme
Tomographie (von FIB-SEM-Bildern) mit Dragonfly 3D World
Mountain SPIP®

FEM Simulation eines Miniaturisierten Inchworm aktuator

SolidWorks-Konstruktion eines Aktor System, inch-worm

Bild 2 © Hochschule Furtwangen Hussam Kloub | Bild 3 © Hochschule Furtwangen Bernhard Müller | Bild 4 © Hochschule Furtwangen Sonja Müller | Bild 5 © Hochschule Furtwangen Isman Khazi