Laufende Projekte

iCampus 2 (BMBF, 16ME0420K)

Innovationscampus Elektronik und Mikrosensorik Cottbus - iCampus2Thema: »Environmental Sensors« ; Teilprojekt: »Sensorik für fluide Kraftstoffe«

Kurzbeschreibung
Im Rahmen der Energiewende wandelt sich die Lausitz als traditionelle Energieregion strukturell vom Kohlerevier zur Modellregion der Wasserstoffstrategie, wobei (Kohlen-)Wasserstoffe (synthetische Kraftstoffe) als wichtige Energieträger der Zukunft für stationäre und mobile Anwendungen gelten. Dadurch entsteht ein enormer Bedarf an leistungsfähigen Sensoren für die sicherheitsrelevante Überwachung während des Transports und der Lagerung der fluiden Kraftstoffe sowie deren Nutzung beim Endkunden.
Das Ziel dieses Teilprojektes ist ein auf die Zusammenführung zweier Technologien (IHP, IPMS) beruhendes kombiniertes Sensorarray zur zukünftigen synchronen Erfassung von Wasserstoff und Kohlenwasserstoffen, das sich selbst kalibrieren und an bestehende Sensornetze angekoppelt werden kann.
Dafür sollen die in der ersten Phase des iCampus entwickelten Sensorkonzepte für resistive und optische Sensoren auf Siliziumbasis in der zweiten Phase zunächst durch Design- und Materialoptimierungsschritte verstetigt werden. Parallel dazu werden zunächst die technologischen Ansätze zur Realisierung von Matrixanordnungen geschaffen, die perspektivisch die Grundlagen einerseits für die Verbindung mehrerer Sensoren (z. B. elektronische Nasen) und andererseits für eine intelligente Signalaufbereitung bilden. Anschließend sollen die beiden Sensorprinzipien in eine CMOS-kompatible Plattform, inklusive digitaler Schnittstelle mit generischer Funktionalität,  zusammengeführt werden. Dabei soll eine konfigurierbare Mehrzweckplattform zur Signal- und Datenverarbeitung mit der Möglichkeit zur Ankopplung an verkabelte und drahtlose Standardindustrienetze und an eine 5G-Standardplattform entwickelt werden.

Kooperationspartner

  • Fachgebiet Experimentalphysik und Funktionale Materialien
    Brandenburgische Technische Universität Cottbus - Senftenberg
    Prof. Dr. rer. nat. habil. Inga Fischer
    Erich-Weinert-Straße 1
    03046 Cottbus
  • Fachgebiet Mikro- und Nanosysteme
    Brandenburgische Technische Universität Cottbus - Senftenberg
    Prof. Dr.-Ing. Dr. rer. nat. habil. Harald Schenk
    Konrad-Zuse-Straße 1
    D-03046 Cottbus

  • IHP GmbH – Leibniz Institut für innovative Mikroelektronik
    Prof. Dr. rer. nat. habil. Christian Wenger
    Im Technologiepark 25
    15236 Frankfurt (Oder)
  • Fraunhofer-Institut für Photonische Mikrosysteme (IPMS)
    Institutsteil »Integrated Silicon Systems«
    Dr. Sebastian Meyer
    Konrad-Zuse-Straße 1
    03046 Cottbus
  • Fachgebiet Technische Informatik
    Brandenburgische Technische Universität Cottbus - Senftenberg
    Prof. Dr.-Ing. Michael Hübner
    (Dr.-Ing. Marc Reichenbach, Vertretungsprofessor)
    Konrad-Wachsmann-Allee 5
    03046 Cottbus

Projektleiter:
Prof. Dr. rer. nat. habil. Jan Ingo Flege

Laufzeit:
01.01.2022 – 31.12.2026

Förderkennzeichen:
16ME0420K

Fördernde Institution:
Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF)
innerhalb des Rahmenprogramms der Bundesregierung für Forschung und Innovation 2021-2024
»Mikroelektronik. Vertrauenswürdig und nachhaltig. Für Deutschland und Europa.«

Schlagworte:
Gassensoren, Mikrostrukturierung, Atomlagenabscheidung, Sensorplattform, intelligente Signalaufbereitung

Weitere Informationen:

ALD auf Perowskitschichten (BMWi, ZIM, KK5087602BR1)

Al2O3-ALD auf hybriden Perowskitschichten Teilprojekt: Herstellung der Perowskitschichten sowie spektroskopische Charakterisierung der ALD- und Perowskitschichten

Kurzbeschreibung
Das Gesamtziel des Vorhabens besteht in der Weiterentwicklung eines Verfahrens zur Atomlagenabscheidung (ALD) von hochqualitativen ultradünnen Aluminiumoxidschichten für deren Niedrigtemperaturbeschichtung (~80°C) auf großflächigen organisch-anorganischen Perowskitschichten. Die Herstellung der Perowskitschichten soll innerhalb des Vorhabens ebenfalls entwickelt werden. Das ALD-Verfahren auf Perowskitschichten soll vordergründig für Passivierungsschichten in Perowskitsolarzellen (PSZ) angewendet werden, aber auch für andere optoelektronische Bauelemente und z.B. Sensoren und Batterien ist es von hoher Relevanz. PSZ haben innerhalb kürzester Zeit eine immense Steigerung des Wirkungsgrades erfahren, einer Markteinführung steht aber vor allem ihre geringe Langzeitstabilität entgegen. Zur Erhöhung dieser dient die ALD-Passivierungsschicht, die bei geringen Prozesstemperaturen, ultradünn und sehr kontrolliert hergestellt wird, wodurch die thermisch empfindlichen Perowskitschichten nicht degradieren sowie der notwendige Transport der durch die lichtelektrische Wandlung generierten Ladungsträger durch die Passivierungsschicht zur Elektrode sichergestellt wird.

Kooperationspartner:
SENTECH Instruments GmbH
Schwarzschildstraße 2
12489 Berlin

Projektleiter:
Prof. Dr. rer. nat. habil. Jan Ingo Flege
Dr. rer. nat. Małgorzata Kot

Laufzeit:
01.07.2021 – 31.12.2023

Förderkennzeichen:
KK5087602BR1

Fördernde Institution:
Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) im Rahmen des Zentralen Innovationsprogrammes Mittelstand (ZIM)

Schlagworte:
Atomlagenabscheidung, Perowskitsolarzellen

MOVPE-AlGaO-Schichten (DFG, FL 548/13-1)

MOVPE-Wachstum und Charakterisierung dünner (AlxGa1-x)2O3-Filme für Hochleistungsbauelemente

Kurzbeschreibung:
Beta-Galliumoxid (β-Ga2O3) bietet aufgrund der deutlich höheren dielektrischen Durchbruchfestigkeit als die derzeit eingesetzten Materialien vielversprechende Perspektiven für die Hochleistungselektronik. β-Ga2O3-Schichten können zu geringeren Kosten und großflächiger als andere potentielle Materialien und zusätzlich auf Volumenkristallen mit kontrollierter n-Dotierung hergestellt werden. Die Performance von Hochleistungselektronikbauelementen ist direkt proportional zur dritten Potenz der Durchbruchsfeldstärke sowie zur Ladungsträgerbeweglichkeit. Der Einbau von Aluminium in β-Ga2O3 ermöglicht die Feineinstellung seiner Bandlücke und infolgedessen der Durchbruchsfeldstärke. Hierzu ist eine probate Methode notwendig, die das Wachstum hochqualitativer binärer Dünnschichtoxide mit optimierter Bandlücke unter Beibehaltung der sonstigen Materialeigenschaften gewährleistet.

Wir verfolgen in diesem Projekt einen neuartigen Ansatz zum Wachstum von dünnen β-(AlxGa1-x)2O3-Schichten (AlGaO) auf gitterangepasstem (100)-orientierten β-Ga2O3, der auf der metallorganischen Gasphasenepitaxie (MOVPE) beruht und Wachstumstemperarturen oberhalb 800°C mit damit verbundener höherer Aluminiumlöslichkeit ermöglicht. Zu diesem Zweck werden wir zunächst Aluminium-dotierte β-Ga2O3-Einkristalle mit minimaler Gitterfehlanpassung zur angestrebten AlGaO-Schicht wachsen. Anschließend wird die MOVPE-basierte Quasi-Homoepitaxie von hochqualitativen AlGaO-Dünnschichten auf diesen Substraten entwickelt und auf Basis ausgeklügelter Materialuntersuchungen optimiert. Dabei nutzen wir Methoden der Atomkraft-, Elektronen- und Photoemissionsmikroskopie, der in situ Röntgen- und Elektronenbeugung, der spektroskopischen Ellipsometrie sowie der Photoelektronenspektroskopie, um detaillierte Erkenntnisse über den Wachstumsmodus, die Morphologie und Zusammensetzung sowie die strukturellen, elektronischen, elektrischen und optischen Eigenschaften der AlGaO-Dünnschichten zu erhalten.

Insbesondere werden die limitierenden Faktoren für die Aluminiumverteilung und den maximal möglichen -einbau ohne Phasenseparation in β-Ga2O3 bestimmt. Außerdem werden wir die Möglichkeiten des Bandlücken- und Strain-Engineerings im AlGaO-Materialsystem ausloten, die Oberflächenmorphologie sowie die Grenzfläche zwischen AlGaO-Schicht und β-Ga2O3-Substrat untersuchen sowie elektrische und spektroskopische Analysen zum Verständnis der Defektbildung und zur Rolle von Verunreinigungen durchführen.

Unsere Strategie  gliedert sich wie folgt: (1) Präparation von Aluminium-dotierten (bis zu 15%) β-Ga2O3-Kristallen (bis zu 2 Zoll) als Substrate für die nachfolgende Quasi-Homoepitaxie von AlGaO-Dünnschichten und Charakterisierung der hergestellten Schichten, um (2) das Wachstum zu optimieren und (3) die anwendungsspezifischen Eigenschaften zu evaluieren. Insbesondere fokussiert das Projekt auf den maximal erreichbaren Aluminiumanteil in den AlGaO-Schichten, der zur höchstmöglichen Bandlücke und Durchbruchfeldstärke führt.

Kooperationspartner:

  • Dr. Andreas Popp und Dr. Zbigniew Galazka
    Leibniz-Institut für Kristallzüchtung (IKZ)
    Abteilung Schichten und Nanostrukturen
    Max-Born-Straße 2
    12489 Berlin
  • Dr. Vedran Vonk
    Deutsches Elektronen-Synchrotron (DESY) Standort Hamburg DESY
    Research Group X-ray Physics and Nanoscience
    DESY Nanolaboratory
    Notkestr. 85
    D-22607 Hamburg

Projektleiter:
Prof. Dr. rer. nat. habil. Jan Ingo Flege

Laufzeit:
2022-2024 (3 Jahre)

Förderkennzeichen:
FL 548/13-1

Projektnummer:
491040331 (GEPRIS)

Fördernde Institution:
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG)

Schlagworte:
Galliumoxid, Metallorganische Gasphasenepitaxie, Materialcharakterisierung, Photoelektronenspektroskopie, Röntgenbeugung

In-situ Prozesskontrolle (MWFK, EFRE, 85053620)

In-situ Prozesskontrolle in Echtzeit zur optimierten Dünnschichtherstellung funktionaler Oxide

Kurzbeschreibung:
Das Vorhaben zielt auf die Stärkung der Materialforschungsinfrastruktur für innovative Anwendungen in der Sensorik und Mikroelektronik, der Photovoltaik, in „Power to X to Power“-Anwendungen, der Sektorenkopplung und der nachhaltigen Mobilität.
Dafür sollen am Fachgebiet vorhandene Materialbeschichtungs- und -charakterisierungssysteme modular flexibilisiert werden. Insbesondere sollen dabei Aufbauten für die Atomlagenabscheidung (ALD) und die physikalische Dampfphasenabscheidung (PVD) durch operando (bzw. Echtzeit) bzw. in-situ Charakterisierungsmethoden der Ellipsometrie, der Quadrupol-Massenspektrometrie (QMS) und der niederenergetischen Elektronenbeugung (LEED) für die anwendungsnahe und grundlagenorientierte Forschung erweitert werden.

Projektleiter:
Prof. Dr. rer. nat. habil. Jan Ingo Flege

Laufzeit:
17.08.2021 - 31.03.2023 (Bewilligungszeitraum)
01.09.2021 - 30.09.2022 (Durchführungszeitraum)

Antragsnummer:
85053620

Fördernde Institution:
Europäischer Fond für regionale Entwicklung (EFRE) in der Bewirtschaftung des Ministeriums für Wissenschaft, Forschung und Kultur (MWFK)

Förderprogramm:
"Förderung der Infrastruktur für Forschung, Entwicklung und Innovation aus dem EFRE (InfraFEI)"
Allgemeine Informationen zum Europäischen Fonds für Regionale Entwicklung.

Schlagworte:
Ellipsomtrie, Quadrupol-Massenspektrometrie (QMS), niederenergetische Elektronenbeugung (LEED), Atomlagenabscheidung (ALD), physikalische Dampfphasenabscheidung (PVD)

T-Cell (BMWi, 03EWS002A)

TurboFuelCell - Multidisziplinäre Komponentenentwicklung für hybride Mikrogasturbinen - SOFC SystemeTeilvorhaben: Peripherieentwicklung zur Integration von druckaufgeladenen Hochtemperatur-Brennstoffzellen in ein MGT-SOFC-Gesamtsystem

Teilprojekt: Afterburner/Reformer Einheit

Kurzbeschreibung
Das Projekt "Turbo Fuel Cell F&E" umfasst die Entwicklung einer hybriden Energiewandlereinheit aus Mikrogasturbine (MGT) und Hochtemperaturbrennstoffzelle (SOFC). Dabei liegt der Schwerpunkt auf der Komponentenentwicklung sowie der Systemintegration für den Bau eines Prototypen. Im Gesamtvorhaben arbeiten 10 Lehrstühle der BTU Cottbus-Senftenberg in Kooperation mit dem Fraunhofer Institut IKTS.
In dem Teilvorhaben Afterburner/Reformer wird ein kombiniertes System aus Reformer und Afterburner für eine energetische Optimierung der Wärmebilanz entwickelt. Für die katalytische Dampfreformierung von Methan und Wasser zu Wasserstoff und Kohlendioxid muss ein Temperaturniveau von ca. 1000°C bei einem Einsatz von nickelbasierten Katalysatoren eingestellt werden, welches durch die Nachverbrennung des Abgases von SOFC und MGT erreicht werden soll. Dabei werden die Abhängigkeit von Eduktgaszusammensetzung und -durchfluss, Temperatur und Druck aus dem Experiment als Grundlage zur Modellentwicklung herangezogen. Das zu entwickelnde Modell dient im nächsten Schritt als Grundlage für die Simulation komplexer Geometrien der Afterburner/Refomer-Einheit.

Kooperationspartner

  • Lehrstuhl Thermodynamik/Thermische Verfahrenstechnik
    Brandenburgische Technische Universität Cottbus - Senftenberg
    Prof. Dr.-Ing. Fabian Mauß
    Siemens-Halske-Ring 8
    03046 Cottbus
  • Lehrstuhl Verbrennungskraftmaschinen und Flugantriebe
    Brandenburgische Technische Universität Cottbus - Senftenberg
    Prof. Dr.-Ing. Heinz Peter Berg
    Siemens-Halske-Ring 14
    03046 Cottbus

  • Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme - IKTS
    Dr. Stefan Megel
    01277 Dresden

Projektleiter:

Laufzeit:
01.01.2020 – 31.12.2021

Förderkennzeichen:
03EWS002A

Fördernde Institution:
Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi)
im Rahmen des 7. Energieforschungsprogramms der Bundesregierung

Schlagworte:
 

Weitere Informationen:

ForLab FAMOS (BMBF, 16ES0935)

Forschungslabor Mikroelektronik Cottbus-Senftenberg für siliziumbasierte Optoelektronik

Motivation
In der forschungsintensiven Mikroelektronik stellen Hochschulen einen zentralen Innovationsfaktor dar. Forschung auf internationalem Spitzenniveau soll durch Investitionen in modernste Geräte und Anlagen an Hochschulen verstärkt ermöglicht werden. Zwölf „Forschungslabore Mikroelektronik Deutschland“ sollen neue Forschungsfelder für die Mikroelektronik der Zukunft erschließen und den wissenschaftlichen Nachwuchs mit hochmoderner Ausstattung ausbilden. Die „Forschungslabore Mikroelektronik Deutschland“ vernetzen sich untereinander und mit externen Partnern für einen besseren wissenschaftlichen Austausch und stärkere Kooperation.

Ziele und Vorgehen
Die neuen Anlagen im ForLab FAMOS werden  zur Integration neuer Materialien (die Halbleiter GeSn und SiGeSn, Oxide, zweidimensionale Materialien und Polymere) in eine ausgereifte Silizium-Plattform genutzt. Durch diese Integration neuer Materialien sollen innovative optoelektronische Bauelemente entstehen, insbesondere Sensoren und integrierte Lichtquellen, für optische Datenübertragung oder Biosensoren. Das ForLab FAMOS wird so die BTU Cottbus-Senftenberg auch international auf Spitzenniveau im Forschungsbereich der optoelektronischen Bauelemente bringen.

Innovation und Perspektiven
Elektrooptische Technologien können für eine schnellere und energieeffizientere Datenübertragung eingesetzt werden, und optische Biosensoren können spezifisch auf die Anwendungen konfiguriert werden. Die Einsatzmöglichkeiten reichen von Schnell- bzw. Vor-Ort-Tests in der Notfallmedizin (zur Erkennung einer Sepsis) über Self-Monitoring (Messung von Hormonwerten im Speichel) bis hin zu industrieller Prozessüberwachung (etwa der Nahrungsmittelqualität).

Kooperationspartner:

  • Fachgebiet Experimentalphysik und Funktionale Materialien
    Brandenburgische Technische Universität Cottbus - Senftenberg
    Prof. Dr. rer. nat. habil. Inga Fischer
    Erich-Weinert-Straße 1
    03046 Cottbus
  • Fachgebiet Allgemeine Elektrotechnik
    Brandenburgische Technische Universität Cottbus - Senftenberg
    Prof. Dr. rer. nat. Michael Beck
    Universitätsplatz 1
    01968 Senftenberg

Projektleiter:
Prof. Dr. Inga Fischer

Laufzeit:
01.01.2019 – 31.12.2022

Förderkennzeichen:
16ES0935

Fördernde Institution:
Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF)
im Rahmen des Programmes
"Forschungslabore Mikroelektronik Deutschland (ForLab)"

Schlagworte:
GeSn, SiGeSn, Oxide, 2D-Materialien, optische und Biosensoren

Weitere Informationen: