Universität Duisburg-Essen

Fakultät für Ingenieurwissenschaften

Nanostrukturtechnik (NST)

Laborausstattung

	Standort Duisburg Die Laboratorien des Fachgebietes Nanostrukturtechnik befinden sich in der zweiten und dritten Etage des BA-Gebäudes an der Bismarckstraße in Duisburg. Auf einer Laborfläche von mehr als 450 m² arbeiten zur Zeit mehr als 20 Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler an der Entwicklung neuer funktionaler Schichten und Bauelementen. Eine Auswahl einiger Messplätze und Methoden wird im Folgenden gezeigt.
JEOL JSM-7500F hochauflösendes Feldemissions-Rasterelektronenmikroskop Auflösung: 1 nm Vergrößerung: x25 bis x1.000.000 Beschleunigungsspannung: 0.1 kV bis 30 kV Transmissionselektronendetektor Bruker EDX Detektor
	Stickstoff Glovebox (MB 200 B, MBRAUN) Eine Glove Box ist ein Bereich, der hermetisch und gasdicht zum umgebenden Labor abgeschlossen ist. Im Innern wird eine definierte Atmosphäre aufrechterhalten, die aus Inertgasen wie Stickstoff (oder Argon) besteht. Ein Glovebox wird dazu genutzt um Proben und Materialien vor der Reaktion mit Sauerstoff oder Wasser aus der Laborluft zu schützen. Größe: 2x 1250x780 mm 1 T-Schleuse , 2 Minischleusen (Probenschleusen)
Vakuum - Aufdampfanlage Bei dieser Aufdampfanlage handelt es sich um eine Hochvakuum-Anlage. Diese dient dazu, Materialien (Metalle, Dielektrika, Halbleiter) auf Substrate aufzubringen. Der Aufdampfprozess findet im Hochvakuum statt.
	Magnetron-Sputter-Cluster-Anlage, Aurion Anlagentechnik Diese Anlage nutzt das Prinzip des Sputterns ("Kathodenzerstäubung"), um vollautomisch Substrate mit Metallen, Halbleitern oder Isolatoren zu beschichten. Ar-Atome werden ionisiert und auf ein Festkörpertarget beschleunigt, wo sie durch Impulsübertrag Atome aus dem Target lösen, die sich auf dem Substrat abscheiden und dort homogene Dünnfilme im Nanometer- bis Mikrometer-Bereich erzeugen. Darüber hinaus erlaubt Plasma-unterstütztes Ätzen den Materialabtrag von z.B. Fotolack-Schichten.
Gepulster KrF-Excimer Laser ATLEX-300SI, ATL Lasertechnik GmbH Der Excimerlaser ATLEX-300SI ist ein kompakter, luftgekühlter, gepulster UV-Laser. Um diesen für die Probenbearbeitung nutzen zu können, ist er in ein Gesamtsystem der Firma Lissotschenko Mikrooptik GmbH (LIMO) integriert. Sowohl der Fokus (z-Achse) als auch der Bearbeitungsbereich in der x-y-Ebene können über eine Verfahreinheit eingestellt und während des Laserprozesses gesteuert werden. Der Laser wird in unserer Arbeitsgruppe zur Lasermodifikation von dünnen Silizium-Nanopartikel (Si-NP) Schichten verwendet, durch welche es zu einer selbstorganisierten Bildung von kristallinen, kegelförmigen Si µ-Strukturen kommt. Technische Daten Emissionswellenlänge: 248 nm Max. Pulsenergie: 14 mJ Max. Durchschnittliche Leistung: 4 W Max. Rep. Rate: 300 Hz Pulsdauer: 6,2 ns Strahl Dimensionen: 10mm x 29µm (Top-Hat x Gauß)
	Inkjet-Drucker PiXDRO LP50, Meyer Burger Der PiXDRO LP50 ermöglicht die Mikrometer-genaue Deposition funktionaler Materialien. Eine Reihe von unterschiedlichen Druckköpfen werden eingesetzt, um den Anforderungen an Tinten mit verschiedenen rheologischen und chemischen Eigenschaften gerecht zu werden; so können z.B. Dispersionen aus metallischen oder halbleitenden Nanopartikeln auf wenige Pikoliter (10^-12 Liter) genau verdruckt werden.
Halbleiter-Charakterisierungssystem Vier-Spitzen Messplatz mit Messeinheit (System-Source Meter Unit, SMU) Keithley 2612. Das Halbleiter-Charakterisierungssystem (4200-SCS) ist ein automatisiertes Messsystem, mit Hilfe dessen IU-, gepulste IU- und CV-Charakterisierungen von Halbleiterbauteilen durchgeführt werden können. Keithley 4200-SCS mit Prüfspitzenanordnung 4 x SMU (davon 2 x High Power SMU) Ultra-Low-Current Switch Matrix 8x12 Dual-channel digital oscilloscope Dual-channel pulse generator
	Profilometer (XP-200 High Resolution Stylus-Type Surface Profilometer, Ambios Technologies) Mit Hilfe eines Profilometers können Topografien von Probenoberflächen auf mikroskopischer Ebene bestimmt werden. Dazu wird eine dünne Diamantspitze an einem Hebelarm im Kontaktmodus über die Probe gezogen. Die Auslenkung des Hebelarms wird mit Hilfe eines Laserstrahls detektiert. Über die Auslenkung kann auf die Rauheit der Probenoberfläche zurückgeschlossen werden. Bei Messungen an Kanten können auch Schichtdicken bestimmt werden. Scanlänge: 55 mm Probendi >Vertikale Auflösung: 0.38 Å Laterale Auflösung: 100nm Vertikaler Bereich: 1200μm max. Radius der Messstiftspitze: 2 μm & 0,2 μm auswechselbar Druckkraft des Messstiftes: 0.03-10mg (programmierbar)
Ar-Glovebox und Batterietestsysteme Linke Seite: "UNIlab pro" Glovebox von MBraun mit Argon Atmosphäre zur Herstellung von Batterien/elektrochemischen Testzellen und zur Lagerung von Batteriekomponenten, wie z. B. Lithium, Elektrolyt, Kathoden- und Anodenmaterial. Rechte Seite: Messaufbau zum Testen von Batterien/elektrochemischen Testzellen bestehend aus einem PAT-Tester-x-8 von der Firma EL-CELL und einem BTS-4000 Testsystem von der Firma NEWARE.
	PAT-Tester-x-8 von EL-CELL mit sechs Messkanälen Mögliche Messungen: Galvanostatisches/potentiostatisches Zyklisieren, zyklische Voltammetrie, elektrochemische Impedanzspektroskopie (PEIS, GEIS), PITT, GITT Spannung: ± 7 V Stromstärke: ± 100 mA Frequenzbereich: 100 µHz bis 100 kHz Drei Elektroden Setup
BTS-4000 Messsystem von NEWARE mit 48 Messkanälen Sechs Messmodule mit jeweils acht Kanälen Mögliche Messungen: Galvanostatisches/potentiostatisches Zyklisieren Spannung: ± 5 V Stromstärke: ± 10 mA (vier Module), ± 50 mA (zwei Module) Zwei Elektroden Setup zur Messung von Knopfzellen
	Planetenzentrifugalmischer ARM-310, Thinky Corporation Der Planetenzentrifugalmischer ARM-310 ermöglicht das Mischen verschiedener Komponenten ohne Rührer. Durch eine Überlagerung aus Zentrifugal- und Eigenrotationsbewegung wird ein hocheffiziente Durchmischung erreicht. Durch die wirkenden Zentrifugalkräfte kommt es zu einer effektiven Entgasung der Mischung. Der ARM-310 wird bei uns zur Herstellung hochviskoser Batterieslurries für siliziumbasierte Anoden in Lithium-Ionen-Batterien genutzt. Probenbehälter: 3 – 250 ml Max. Drehzahl: 2000 rpm
Tischzentrifuge Sigma 2-7, Sigma Laborzentrifugen GmbH Mit Hilfe von Zentrifugen können Bestandteile von Dispersionen und Emulsionen unter Ausnutzung der Zentrifugalkraft getrennt werden. Max. Drehzahl: 4000 min^-1 Maximale Kapazität: 4 x 100 ml
	LFA 457 Microflash, NETZSCH-Gerätebau GmbH Mit Hilfe der NETZSCH LFA Microflash 457 kann die Wärmeleitfähigkeiten von Materialien bestimmt werden. Es handelt sich hierbei um eine kontaktfreie, transiente Messmethode. Mit einem kurzen Infrarot-Laserpuls wird die Vorderseite der zu untersuchenden Probe erwärmt, während die Temperaturentwicklung auf der Rückseite der Probe zeitabhängig mittels eines flüssig-stickstoffgekühlten Infrarotstrahlungsdetektor aufgenommen wird. Aus dem zeitaufgelösten Temperaturprofil lassen sich Temperaturleitfähigkeit und spezifische Wärmekapazität (Referenzprobe nötig) bestimmen und mit Hilfe der Dichte auf die Wärmeleitfähigkeit zurückschließen. Die Probe wird zur gleichmäßigen Absorption und Emission der Laserstrahlung beidseitig mit Graphit beschichtet. Es können bis zu 3 Proben gleichzeitig in einem Temperaturbereich von 25°C bis 1000°C vermessen werden. Verfügbare Messatmosphären: Stickstoff, Argon, 5% Wasserstoff in Argon, Helium, synthetische Luft Verfügbare Probenhalter: Ø 12,7 mm, 10 mm, 6 mm und eckig 10x10 mm Heizraten: 0,1 - 20 K/min Verfügbare Referenzproben: Inconel, Rostfreier Stahl, Eisen, Pyroceram, Graphit
3D-Drucker (LITHOZ-CeraFab 7500) Der CeraFab 7500 ist ein Lithographie-basierter 3D-Drucker. Während des Drucks wird ein dünner Film einer Keramiksuspension selektiv durch eine UV-Quelle nach dem DLP-Prinzip (Digital Light Processing) vernetzt, so dass ein grünes 3D-Werkstück entsteht. Die Hauptmerkmale des CeraFab 7500 Druckers sind folgende: XY-Auflösung: 25 Mikrometer, Z-Auflösung: 10 Mikrometer, Verfügbare Slurries: Aluminiumoxid, Zirkoniumdioxid, Trikalziumphosphat, Siliziumdioxid, Hydroxylapatit, Siliziumnitrid, Maximale Größe des Grünlings: 60x40x100 mm. Ein separater Wärmebehandlungsschritt ist erforderlich um, den hergestellten Grünkörper in ein dichtes Keramikteil umzuwandeln.
	Sinterofen Nabertherm HT16/17 DB50 Der Ofen Nabertherm HT 16/17 DB50 ist ein Hochtemperaturofen, der für verschiedene Zwecke eingesetzt werden kann, z. B. zum Sintern/Vorsintern keramischer Körper, zur Synthese von Festkörpern, zur Herstellung verschiedener Glasphasen usw.. Darüber hinaus eignet er sich aufgrund seiner Entbinderungsfunktion für die Wärmebehandlung von 3D-gedruckten keramischen Grünlingen. Die wichtigsten Merkmale des Ofens Nabertherm HT 16/17 DB50 sind: Maximale Betriebstemperatur: 1700 C Atmosphäre: Luft Kammervolumen: 16 Liter Heizelemente: MoSi2 Steuerung: bis zu 50 verschiedene Programme Fähigkeit der kontrollierten Kühlung
Scanning Mobility Particle Sizer (SMPS) TSI mit DMA 3085 Das Scanning Mobility Particle Sizer Spektrometer ist ein Nanopartikelgrößenmessgerät, das die Anzahlgrößenverteilung luftgetragener Partikel im Submikrometer-Bereich mit Genauigkeit und Präzision bestimmen kann. Es kombiniert die Größenbestimmung über elektrische Mobilität mit der Zählung einzelner Partikel und gibt die Konzentrationen der Nanopartikel in diskreten Größenkanälen aus. Das SMPS kann Partikeldurchmesser bis zu 64 Kanälen pro Dekade auflösen und hat somit gesamt bis zu 109 Kanäle.