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Integration und Einsatz metallischer Nanodrahtarrays in Mikrosysteme für die Gasfluss-Sensorik

Quednau, Sebastian (2010):
Integration und Einsatz metallischer Nanodrahtarrays in Mikrosysteme für die Gasfluss-Sensorik.
Technische Universität Darmstadt, [Diploma Thesis or Magisterarbeit]

Abstract

Zusammenfassung:

Diese Arbeit beschäftigt sich mit der Integration von Nanodrahtarrays in ein Mikrosystem, das zur Gasflussmessung eingesetzt werden soll. Dabei liegt der Fokus mehr auf der Entwicklung eines Prozesses zur Integration als auf der Optimierung der Funktion des Mikrosystems als Gasflusssensor. Der Vergleich der verschiedenen Messprinzipien für mikrotechnische Gasflusssensoren setzt das hier verwendete kalorimetrische Messprinzip in Kontext. Als Temperaturmesselemente kommen Nanodrahtarrays wegen ihres hohen Oberflächen/Volumenverhältnis vom und der dadurch erwarteten Verringerung der Ansprechzeit des Gasflusssensors zum Einsatz. Anschließend werden die Nanodrahtarrays beschrieben und mit Hilfe geometrischer Abschätzungen charakterisiert. Die Gegenüberstellung einer Vielzahl verschiedener Prozesse zur Integration von Nanodrahtarrays mündet im Konzept für ein entsprechendes Mikrosystem. Mit Hilfe numerischer Berechnungen wird das System für seine Funktion als Gasflusssensor optimiert. Ein besonderes Augenmerk dieser Arbeit liegt auf der Modellierung des Gasflusses durch die Nanodrahtarrays und dem Temperaturaustausch zwischen Gas und Nanodrähten. Dabei wird der verwendete Finite Volumen Methode (FVM) Algorithmus speziell an Gasflüsse in nanoskaligen Strukturen angepasst. Die Ergebnisse der Betrachtung zeigen das Potential der Nanodrähte in der Gasflusssensorik auf. Die Simulationsergebnisse legen nahe, dass die derzeitige Form der Nanodrahtarrays nicht das volle Potential der Nanodrähte ausschöpft. Die Reaktionszeit auf einen Temperatursprung liegt bei einzelnen Nanodrähten im Bereich von < 1 µs. Die Reaktionszeit des Arrays ist mit etwa einer Millisekunde wesentlich höher. Die Durchführung des entwickelten Integrationsprozesses resultiert in der erfolgreichen Herstellung des konzipierten Mikrosystems. Den Abschluss der Arbeit bilden eine kritische Betrachtung der erzielten Ergebnisse sowie ein Ausblick darauf, wie die Eigenschaften der Nanodrähte in zukünftigen Generationen von Gasflusssensoren besser genutzt werden können.

Item Type: Diploma Thesis or Magisterarbeit
Erschienen: 2010
Creators: Quednau, Sebastian
Title: Integration und Einsatz metallischer Nanodrahtarrays in Mikrosysteme für die Gasfluss-Sensorik
Language: German
Abstract:

Zusammenfassung:

Diese Arbeit beschäftigt sich mit der Integration von Nanodrahtarrays in ein Mikrosystem, das zur Gasflussmessung eingesetzt werden soll. Dabei liegt der Fokus mehr auf der Entwicklung eines Prozesses zur Integration als auf der Optimierung der Funktion des Mikrosystems als Gasflusssensor. Der Vergleich der verschiedenen Messprinzipien für mikrotechnische Gasflusssensoren setzt das hier verwendete kalorimetrische Messprinzip in Kontext. Als Temperaturmesselemente kommen Nanodrahtarrays wegen ihres hohen Oberflächen/Volumenverhältnis vom und der dadurch erwarteten Verringerung der Ansprechzeit des Gasflusssensors zum Einsatz. Anschließend werden die Nanodrahtarrays beschrieben und mit Hilfe geometrischer Abschätzungen charakterisiert. Die Gegenüberstellung einer Vielzahl verschiedener Prozesse zur Integration von Nanodrahtarrays mündet im Konzept für ein entsprechendes Mikrosystem. Mit Hilfe numerischer Berechnungen wird das System für seine Funktion als Gasflusssensor optimiert. Ein besonderes Augenmerk dieser Arbeit liegt auf der Modellierung des Gasflusses durch die Nanodrahtarrays und dem Temperaturaustausch zwischen Gas und Nanodrähten. Dabei wird der verwendete Finite Volumen Methode (FVM) Algorithmus speziell an Gasflüsse in nanoskaligen Strukturen angepasst. Die Ergebnisse der Betrachtung zeigen das Potential der Nanodrähte in der Gasflusssensorik auf. Die Simulationsergebnisse legen nahe, dass die derzeitige Form der Nanodrahtarrays nicht das volle Potential der Nanodrähte ausschöpft. Die Reaktionszeit auf einen Temperatursprung liegt bei einzelnen Nanodrähten im Bereich von < 1 µs. Die Reaktionszeit des Arrays ist mit etwa einer Millisekunde wesentlich höher. Die Durchführung des entwickelten Integrationsprozesses resultiert in der erfolgreichen Herstellung des konzipierten Mikrosystems. Den Abschluss der Arbeit bilden eine kritische Betrachtung der erzielten Ergebnisse sowie ein Ausblick darauf, wie die Eigenschaften der Nanodrähte in zukünftigen Generationen von Gasflusssensoren besser genutzt werden können.

Uncontrolled Keywords: Elektromechanische Konstruktionen, Mikro- und Feinwerktechnik, Finite Volumen Methode, Mikrofluidik, Mikrokontaktierung, Mikromontage, Mikro-Nano-Integration, Nanodraht
Divisions: 18 Department of Electrical Engineering and Information Technology
18 Department of Electrical Engineering and Information Technology > Institute for Electromechanical Design
18 Department of Electrical Engineering and Information Technology > Institute for Electromechanical Design > Microtechnology and Electromechanical Systems
Date Deposited: 05 Sep 2011 14:04
Additional Information:

EMK-spezifische Daten:

Lagerort Dokument: Archiv EMK, Kontakt über Sekretariate,

Bibliotheks-Sigel: 17/24 EMKD 1721

Art der Arbeit: Diplomarbeit

Beginn Datum: 27-07-2009

Ende Datum: 19-02-2010

Querverweis: keiner

Studiengang: Elektrotechnik und Informationstechnik (ETiT)

Vertiefungsrichtung: Mikro- und Feinwerktechnik (MFT)

Abschluss: Diplom (MFT)

Identification Number: 17/24 EMKD 1721
Referees: Greiner, Dipl.-Ing. Felix and Schlaak, Prof. Dr.- Helmut Friedrich
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