Mikrosensorik (ab WS 2014/15 im WS)

Vorlesung: Mo. 14 - 16 Uhr, Geb. A5 1, Hörsaal tbd
Übung: nach Vereinbarung
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Dozent: A. Schütze

Umfang: V2 + Ü1 = 3SWS, Wintersemester (ab WS 2014/15), 4 ECTS-Punkte

Unterrichtssprache: deutsch

Studiensemester: 2 (Master Mechatronik)

Regelstudiensemester: 2

Turnus: jährlich

Dauer: 1 Semester

Zuordnung zum Curriculum:
Diplom-Studiengang Mechatronik, Pflicht in der Vertiefung MST;
Master Mechatronik, Modul des Kernbereichs Mikrosystemtechnik;
Master Maschinenbau, Teil des Moduls Messsysteme in der Vertiefung Mikro- und Feinwerktechnik;
Wahlpflicht im Studiengang MuN (Bachelor oder Master)

Zulassungsvoraussetzungen: Keine formalen Voraussetzungen

Leistungskontrollen / Prüfungen: Mündliche Prüfung, zusätzlich benoteter Seminarvortrag

Modulnote: Endnote wird berechnet aus Note der mündlichen Prüfung und Seminarnote (70:30)

Lernziele/Kompetenzen:

  • Kennenlernen verschiedener Mikrosensorprinzipien einschließlich spezifischer Vor- und Nachteile sowie prinzipbedingter Grenzen für Messunsicherheit etc.;
  • Kennenlernen von Sensorsystemlösungen inkl. Aufbauprinzipien und technologischer Aspekte;
  • Einschätzen der Vor- und Nachteile in Abhängigkeit von der Applikation.

Bemerkungen:

  • Vorlesungsunterlagen (Folien) und Übungen werden begleitend im Internet zum Download bereit gestellt;
  • Übungen werden z.T. direkt an den Messapparaturen des Lehrstuhls für Messtechnik durchgeführt.
  • Schwerpunkt der Veranstaltung sind moderne Mikrosensoren, insbesondere für chemische Größen sowie magnetische Sensoren; in den Seminarvorträgen werden auch weitere Mikrosensoren behandelt, wobei die Interessen der Teilnehmer berücksichtigt werden.

Inhalt:

  • Chemische Mikrosensoren
    • IR-Absorption
      • Grundlagen: Wechselwirkung von Licht mit Materie
      • IR-Gasmesstechnik
      • IR-Mikrosensor für Flüssigkeitsanalyse
    • Gas-FET
      • Grundlagen: Wechselwirkung von Adsorbaten mit Feldeffekttransistoren
      • Klassischer Wasserstoff-FET
      • Suspended Gate und Perforated FET
    • Mikro- und nanostrukturierte Metalloxid-Gassensoren
      • Grundlagen: Widerstandsänderung durch Redox-Reaktionen an Oberflächen
      • Technologie mikrostrukturierter Sensoren
      • Nanotechnologie für die Gassensorik
  • Magnetische Mikrosensoren
    • Grundlagen: magnetische Felder und magnetische Materialien
    • Hall-Sensoren:
      • Grundlagen
      • Realisierung in CMOS-Technik inkl. Signalverarbeitungsansätze
      • Ansätze für mehrdimensionale Messungen (vertical hall sensors, integrated magnetic concentrators, pixel cell)
    • Magnetoresistive Sensoren:
      • Grundlagen von AMR-, GMR- und TMR-Sensoren
      • Herstellungsprozesse
      • Funktionsverbesserung durch Layout-Optimierung
      • Anwendungsbeispiele z.B. aus den Bereichen Automatisierung, Automobil, Consumer Anwendungen
  • Seminarvorträge zu aktuellen Mikrosensortrends und -entwicklungen
  • Weitere Mikrosensoren (nach Interesse und verfügbarer Zeit)

Empfohlene Literatur:

  • begleitendes Material zur Vorlesung (http://www.lmt.uni-saarland.de)
  • U. Dibbern: Magnetoresistive Sensors, in: W. Göpel, J. Hesse, J.N. Zemel (Eds.):
    SENSORS - a comprehensive Survey; Volume 5: Magnetic Sensors, VCH Verlag, 1989.
  • R. Popović, W. Heidenreich: Magnetogalvanic Sensors, ebenda
  • S. Tumanski: Thin Film Magnetoresistive Sensors, IoP Series in Sensors, 2001.
  • T. Elbel: Mikrosensorik, Vieweg Verlag, 1996.
  • R.S. Popovic: Hall effect devices, Adam Hilger, 1991.
  • P. Gründler: Chemische Sensoren – eine Einführung für Naturwissenschaftler und Ingenieure, Springer, 2003.
  • T.C. Pearce, S.S. Schiffman, H.T. Nagle, J.W. Gardner (eds.): Handbook of Machine Olfaction - Electronic Nose Technology, WILEY-VCH, 2003.
  • E. Comini, G. Faglia, G. Sberveglieri (Eds.), Solid State Gas Sensing, Springer, 2009.

Alle Bücher können am LMT eingesehen werden.