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Materialien in der MikrosystemtechnikMaterialien in der Mikrosystemtechnik
Klassische MSTKlassische MST
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  • 2. Slide 2Mikrosysteme – Materialien Materialien in der MikrosystemtechnikMaterialien in der Mikrosystemtechnik Vielfalt an Anwendungen erfordert vielzahl an MaterialienVielfalt an Anwendungen erfordert vielzahl an Materialien
  • 3. Slide 3Mikrosysteme – Materialien Materialien - ÜbersichtMaterialien - Übersicht Mikrostruktur, Teilkristallinität, PorositätMikrostruktur, Teilkristallinität, Porosität Molekulare Struktur, ChemieMolekulare Struktur, Chemie PE, PMMA,PE, PMMA, Kristallsymetrie, ZusammensetzungKristallsymetrie, Zusammensetzung Amorphe Materialien (Glas)Amorphe Materialien (Glas) Makroskopisches ProduktMakroskopisches Produkt Verbund von MaterialienVerbund von Materialien KorngrenzeKorngrenze GefügeGefüge BeschichtungenBeschichtungen
  • 4. Slide 4Mikrosysteme – Materialien MikrofabrikationMikrofabrikation MaterialienMaterialien
  • 5. Slide 5Mikrosysteme – Materialien Materialien in der MikrosystemtechnikMaterialien in der Mikrosystemtechnik Klassische MSTKlassische MST SensorenSensoren MEMSMEMS Integrierte ElektronikIntegrierte Elektronik DLP (Beamer)DLP (Beamer) Optische SystemeOptische Systeme Biomedizinische MSBiomedizinische MS Kommt späterKommt später
  • 6. Slide 6Mikrosysteme – Materialien SubstratmaterialienSubstratmaterialien Silizium Glas Kunststoff / Polymere
  • 7. Slide 7Mikrosysteme – Materialien MetalleMetalle EigenschaftenEigenschaften KristallinKristallin Elektrische LeitfähigkeitElektrische Leitfähigkeit PlastizitätPlastizität AnwendungenAnwendungen Biokompatibilität (Ti, medizinische Stähle)Biokompatibilität (Ti, medizinische Stähle) Ferromagnetische Eigenschaften, zB EisenFerromagnetische Eigenschaften, zB Eisen KupferKupfer Messing MikrostrukturMessing MikrostrukturMessing MikrostrukturMessing MikrostrukturStahl MikrostrukturStahl Mikrostruktur
  • 8. Slide 8Mikrosysteme – Materialien Silizium - SiSilizium - Si Silizium ist ein Halbmetall und HalbleiterSilizium ist ein Halbmetall und Halbleiter Leitfähigkeit je nach DotierungLeitfähigkeit je nach Dotierung VorkommenVorkommen 25% w/w der Erdhülle25% w/w der Erdhülle in Form von Silikatischen Mineralenin Form von Silikatischen Mineralen Gewinnung aus MineralenGewinnung aus Mineralen Durch chemische ReduktionDurch chemische Reduktion Anwendung meist alsAnwendung meist als SubstratmaterialSubstratmaterial StrukturmaterialStrukturmaterial dotiert als n/p Regionendotiert als n/p Regionen MikrostrukturMikrostruktur ● EinkristallinEinkristallin ● PolykristallinPolykristallin ● poröses Siliziumporöses Silizium
  • 9. Slide 9Mikrosysteme – Materialien Siliziumwafers - EinkristallinSiliziumwafers - Einkristallin Czochralski processCzochralski process
  • 10. Slide 10Mikrosysteme – Materialien GlasGlas Amorphe Materialien auf SiO-BasisAmorphe Materialien auf SiO-Basis EigenschaftenEigenschaften TransparentTransparent Optische EigenschaftenOptische Eigenschaften Fast nur isotrope Ätzung möglichFast nur isotrope Ätzung möglich
  • 11. Slide 11Mikrosysteme – Materialien PolymerePolymere Klassen nach Molekularer StrukturKlassen nach Molekularer Struktur • Lineare PolymereLineare Polymere • Verzweigte PolymereVerzweigte Polymere • Vernetzte PolymereVernetzte Polymere Lineare PolymereLineare Polymere Verzweigte PolymereVerzweigte Polymere Vernetzte PolymereVernetzte Polymere Vernetzte Polymere 3DVernetzte Polymere 3D PolyethylenPolyethylen
  • 12. Slide 12Mikrosysteme – Materialien PolymerePolymere Klassen nach MikrostrukturKlassen nach Mikrostruktur • Amorphe PolymereAmorphe Polymere • Teilkristalline PolymereTeilkristalline Polymere • HydrogeleHydrogele amorphe Phaseamorphe Phase lamellarer Kristalllamellarer Kristall HydrogeleHydrogele
  • 13. Slide 13Mikrosysteme – Materialien PolymerePolymere Klassen nach VerarbeitungKlassen nach Verarbeitung • ThermoplasteThermoplaste • ElastomereElastomere • DuromereDuromere
  • 14. Slide 14Mikrosysteme – Materialien Polymere – Beispiele & KenngrössenPolymere – Beispiele & Kenngrössen BeispieleBeispiele • TTGG < Raumtemperatur< Raumtemperatur →→ EE ↓ (ca 0.1 Gpa)↓ (ca 0.1 Gpa) • TTGG > Raumtemperatur> Raumtemperatur →→ EE ↑↑ (ca 3 Gpa)(ca 3 Gpa) • KenngrössenKenngrössen GlastemperaturGlastemperatur SchmelztemperaturSchmelztemperatur ZersetzungZersetzung Mechanische EigenschaftenMechanische Eigenschaften PermeabilitätPermeabilität Im Buch: Kapitel 4 & Appendix AIm Buch: Kapitel 4 & Appendix A
  • 15. Slide 15Mikrosysteme – Materialien KeramikenKeramiken Verschiedene AnwendungenVerschiedene Anwendungen spontane Oxidespontane Oxide BeschichtungenBeschichtungen Oxide, Nitride, CarbideOxide, Nitride, Carbide KorrosionsschutzKorrosionsschutz IsolatorenIsolatoren Sensormaterialien !!Sensormaterialien !!
  • 16. Slide 16Mikrosysteme – Materialien Mit Piezoelektrizität (griechisch: Druckelektrizität) wird die Eigenschaft eines Werkstoffs bezeichnet, welcher elektrische Ladung an seiner Oberfläche zeigt, wenn mechanische Spannung auf ihn einwirkt oder umgekehrt ein Werkstück seine äusseren Abmessungen ändert, wenn an ihn ein elektrisches Feld angelegt wird. Wenn Zug oder Druck auf Quarz oder Turmalin einwirkt, treten Ladungen an den Oberflächen der Proben auf. Typische Materialien sind PZT (PbTiO3-PbZrO3), Blei Magnesium Niobate (Pb(Mg1/3Nb2/3)O3, PMN) Spezielle Keramiken - PiezoelektrikaSpezielle Keramiken - Piezoelektrika
  • 17. Slide 17Mikrosysteme – Materialien PiezoelektrizitätPiezoelektrizität
  • 18. Slide 18Mikrosysteme – Materialien Spezielle Keramiken - PyroelektrikaSpezielle Keramiken - Pyroelektrika • Der wahre pyroelektrische Effekt beruht auf der Änderung der spontanen Polarisation Ps eines polaren Materials mit der Temperatur. • Die Änderung der Polarisation hat eine Änderung der Oberflächenladung des Werkstückes zur Folge, die gemessen werden kann. • Der pyroelektrische Effekt setzt sich zusammen aus dem primären und dem sekundären Effekt. Der primäre Effekt wird durch die Temperaturabhängigkeit der dielektrischen Verschiebung D hervorgerufen. Den sekundären Effekt verursacht die thermische Ausdehnung. • Die wichtigsten pyroelektrischen Werkstoffe sind LiTaO3 und modifizierte PZT- Keramiken.
  • 19. Slide 19Mikrosysteme – Materialien Übersicht MaterialienÜbersicht Materialien Ganz unterschiedliche EigenschaftenGanz unterschiedliche Eigenschaften Probleme bei der IntegrationProbleme bei der Integration verschiedene Mechanische Eigenschaftenverschiedene Mechanische Eigenschaften Thermische AusdehnungThermische Ausdehnung
  • 20. Slide 20Mikrosysteme – Materialien Materialien - ÜbersichtMaterialien - Übersicht Mikrostruktur, Teilkristallinität, PorositätMikrostruktur, Teilkristallinität, Porosität Molekulare Struktur, ChemieMolekulare Struktur, Chemie PE, PMMA,PE, PMMA, Kristallsymetrie, ZusammensetzungKristallsymetrie, Zusammensetzung Amorphe Materialien (Glas)Amorphe Materialien (Glas) Makroskopisches ProduktMakroskopisches Produkt Verbund von MaterialienVerbund von Materialien KorngrenzeKorngrenze GefügeGefüge BeschichtungenBeschichtungen