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Piezoelektrische Aluminiumnitrid-Dünnschichten für mikroelektromechanische Systeme
No full textIn der vorliegenden Arbeit werden der Entwurf, die Technologie und die Parameteridentifikation von Silizium basierten mikroelektromechanischen Systemen (MEMS) mit piezoelektrischen Dünnschicht-Aluminiumnitrid (AlN) vorgestellt. Auf Basis des AlNs als elektromechanischer Wandler erfolgt die Fertigung eines MEMS Technologiedemonstrators für energiearme Inertialsensoren.
Das AlN wird über einen reaktiven Sputterprozess auf einer Wachstumsschicht abgeschieden. Durch Parametervariation des reaktiven Sputterprozesses und der Wachstumsschicht werden die piezoelektrischen Eigenschaften des AlNs optimiert. Die Entwicklung einer Gesamttechnologie führt zu einer Integration des Dünnschicht-AlNs in Silizium-Mikromechaniken.
Die Röntgenbeugung (XRD) ermöglicht die Kristallstruktur des AlNs zu qualifizieren. Darüber hinaus werden weitere Analysemethoden vorgestellt, die eine hoch genaue und reproduzierbare messtechnische Bestimmung der piezoelektrischen Koeffizienten aus mikromechanischen Messstrukturen ermöglichen. Die Determination der piezoelektrischen Koeffizienten des Dünnschicht-AlNs aus den Messstrukturen erfolgt mittels analytischen und FE Modellen sowie der Laser-Doppler-Vibrometrie (LDV). Der Fokus der Arbeit liegt hierbei auf der Identifikation der longitudinalen und transversalen piezoelektrischen Ladungskoeffizienten des AlNs.
Als Technologiedemonstrator wird ein einachsiger Inertialsensor mit integriertem piezoelektrischen Dünnschicht-AlN vorgestellt. Das MEMS generiert aufgrund des piezoelektrischen Wandlers intrinsisch elektrische Ladungen bei Einwirkung einer mechanischen Energie. Dadurch ist keine elektrische Energiezufuhr für die Messung eines inertialen Ereignisses notwendig. Der vorgestellte Demonstrator wird hinsichtlich seiner Ladungs- und Spannungssensitivität optimiert. Zur theoretischen Beschreibung der Funktionsweise werden analytische, sowie FE und SPICE Modelle genutzt. Eine Charakterisierung des MEMS Bauelements erfolgt hinsichtlich der mechanischen und elektrischen Eigenschaften.The thesis includes the design, the technology and the parameter identification of silicon-based microelectromechanical systems (MEMS) with piezoelectric thin film of aluminum nitride (AlN). A low-energy inertial sensor as technology demonstrator based on AlN as an electromechanical transducer a MEMS manufacturing process is shown.
The AlN is deposited via a reactive sputtering on a growth layer. By varying parameters of the reactive sputtering and the growth layer of AlN, the piezoelectric properties can be optimized. The development of an overall technology results to an integration of the thin film AlNs in silicon micromechanics.
X-ray diffraction (XRD) allows to qualify the crystal structure of AlN. Further methods are developed that enable a highly accurate and repeatable metrological determination of piezoelectric coefficients measurement structures. The determination of piezoelectric coefficients of the thin film AlN from the measurement structures is resulting from analytical methods and FE models and the laser Doppler vibrometry (LDV). The identification of the longitudinal and transverse piezoelectric charge coefficient of AlN is one main focus of this work.
A uniaxial inertial sensor with an integrated piezoelectric thin film of AlN is presented as technology demonstrator. The piezoelectric transducer of the MEMS is generating electric charges intrinsically as reaction of mechanical stress. Thus, no electric power supply for the measurement of an inertial event is necessary. The presented demonstrator has been optimized with respect to its charge and voltage sensitivity. For a theoretical description analytical and FE and SPICE models are used. A characterization of the MEMS device is carried out with regard to the mechanical and electrical properties
Mehrlingspolymerisation in Substanz und an Oberflächen zur Synthese nanostrukturierter und poröser Materialien
Get PDFDie vorliegende Arbeit befasst sich mit der Synthese und Charakterisierung von unterschiedlichen nanostrukturierten Hybridmaterialien ausgehend von nur einem Monomer. Dabei wird ein neuartiges Monomer vorgestellt, welches in einem Prozessschritt ein Hybridmaterial bestehend aus drei Polymeren bilden kann. Dies erweitert das Konzept der Zwillingspolymerisation, bei der zwei Polymere aus einem Monomer erhalten werden. Aus diesem Grund wurde der Überbegriff „Mehrlingspolymerisation“ für die Synthese von zwei oder mehr Polymeren aus nur einem Monomer eingeführt. Ein weiterer Schwerpunkt lag auf der gezielten Beschichtung verschiedener Partikeloberflächen mit nanostrukturierten Hybridmaterialien mittels Zwillingspolymerisation. Dabei wird der Einfluss der Oberfläche auf die Polymerisation verschiedener Zwillingsmonomere untersucht. Durch Nachbehandlung sind daraus poröse Kompositmaterialien zugänglich. Je nach Beständigkeit der Substrate sind diese in den Nachbehandlungsschritten stabil oder werden entfernt und dienen nur als Template zur Strukturierung der porösen Materialien. Es wurden unterschiedliche poröse Kohlenstoffe und Kohlenstoffkompositmaterialien hergestellt und charakterisiert. Ausgewählte Materialien wurden mit Schwefel verschmolzen und in Lithium-Schwefel-Zellen untersucht (Kooperation Dr. S. Choudhury, Leibniz-Institut für neue Materialien Saarbrücken).
Die Charakterisierung der Proben erfolgte unter anderem mithilfe der Festkörper-NMR-Spektroskopie, Elektronenmikroskopie, dynamischen Differenzkalorimetrie, Röntgenpulver-diffraktometrie, Infrarotspektroskopie, Raman-Spektroskopie, Thermogravimetrie und Stickstoffsorption
Secure Communication in a Multi-OS-Environment
No full textCurrent trend in automotive industry is moving towards adopting the multicore microcontrollers in Electronic Control Units (ECUs). Multicore microcontrollers give an opportunity to run a number of separated and dedicated operating systems on a single ECU. When two heterogeneous operating systems run in parallel on a multicore environment, the inter OS communication between these operating systems become the key factor in the overall performance. The inter OS communication based on shared memory is studied in this thesis work. In a setup where two operating systems namely EB Autocore OS which is based on AUTomotive Open System Architecture standard and Android are considered. Android being the gateway to the internet and due to its open nature and the increased connectivity features of a connected car, many attack surfaces are introduced to the system. As safety and security go hand in hand, the security aspects of the communication channel are taken into account. A portable prototype for multi OS communication based on shared memory communication with security considerations is developed as a plugin for EB tresos Studio
Erarbeitung einer Fertigungstechnologie und Charakterisierungsmethodik für die Herstellung hochsensitiver Vibrationssensoren unter Nutzung des Mikroschweißprozesses
Get PDFDie vorliegende Arbeit beschreibt einen neuartigen Ablauf zur Herstellung eines Vibrationssensors auf Waferebene. Die Besonderheit des Sensors liegt in der Reduktion des Spaltmaßes der kapazitiven Elektroden im Anschluss an die Strukturerzeugung. Dies gelingt unter Nutzung des Mikroschweißprozess von Siliziumelementen. Hierbei sieht die innovative Fertigungstechnologie eine Strukturhöhe von 100 μm vor. Zusätzlich wird die Erarbeitung einer Struktur für die Durchführung eines Mikrozugversuchs auf Waferebene beschrieben. Dieser dient der Bestimmung der maximal ertragbaren Zugkraft mikromechanischer Schweißverbindungen und ermöglicht die fertigungsbegleitende Prozesskontrolle. Auf Basis der Messwerte lassen sich Rückschlüsse auf die Geometrie der Schweißstruktur ableiten als auch ein zerstörungsfreies Modell für die Vorhersage der Verbindungsfestigkeit entwickeln. Die Ergebnisbewertung umfasst die qualitative als auch quantitative Charakterisierung der Mikroschweißverbindung sowie die Bewertung des Vibrationssensors in Form eines Funktionsdemonstrators.The Ph.D. thesis focuses on a novel approach for the fabrication of a MEMS accelerometer on wafer level. The technology relies on the micro welding process of silicon, which is utilized for fixing one component of the capacitive electrode system at a deflected position. Consequently, the gap width of the variable capacitor is reduced below 1 µm for a structure height of 100 µm. The silicon micro welding process is reviewed and investigated. By utilizing a micro tensile test, the maximum bearable load is deduced for different welding geometries. Following these results, a model for predicting the strength of the micro welding site is introduced, allowing for non destructive process monitoring. Finally, the characteristics of the MEMS accelerometer are measured on wafer level and chip level after hermetic packaging respectively
Absolventenbefragung 2013 Fakultät für Wirtschaftswissenschaften: Ergebnisbroschüre
Get PDFIm Jahr 1996 führte der Lehrstuhl Personal und Führung erstmals eine Befragung von Absolventen der Fakultät für Wirtschaftswissenschaften durch. Auch in den Jahren 1998, 2001, 2005 und 2009 konnte jeweils eine Absolventenbefragung an der Fakultät für Wirtschaftswissenschaften realisiert werden. Inhalt dieser Ergebnisbroschüre bildet die nunmehr sechste Erhebungswelle 2013, wobei eine Gegenüberstellung der Daten zu den früheren Absolventenbefragungen im Sinne eines Längsschnittvergleichs möglich ist
Deploying contrail forecasting service to reduce the impact of aviation on Environment: Deploying contrail forecasting service to reduce the impact of aviation onEnvironment
No full textThe principal objective of this thesis is to propose a Contrail forecasting Service for Aviation(ConSA) and a ConSA client to demonstrate the service. The subject is motivated by the fact that Contrails have a very harmful effect on the environment and it has been researched thoroughly by scientists. But still we do not have an infrastructure to include these researches in the Aviation industry.
This thesis has been conducted at Airbus Defence and Space, Friedrichshafen, Germany.
The first part of the thesis investigates the existence of contrails. The object of interest i.e. Contrails is caused by the passage of aeroplanes in ice-saturated areas. The algorithm which is used by the service is a part of the research conducted by Prof. Dr. Ulrich Schumann. The input dataset provided by Meteo France is a 4D weather cube. The algorithm computes a threshold temperature and ice supersaturation condition. When both of these conditions are satisfied Contrail formation is certain.
In the second part we explain the architecture and solution used i.e. OGC (Open Geospatial Consortium) and LuciadLightspeed to develop Web Services to deploy contrail forecasting methods. Such an architecture fast forwards and eases the task of developer by having inbuilt methods and interfaces. The OGC web services infrastructure has defined web feature service and client interface which ease development of geoinformatics solutions.We also use certain standards like WXXM for exchange of contrail information which will be stated in this chapter.
The third part is about the detailed implementation of the ConSA service and client. In this chapter we explain the service and client with uml diagrams to clarify the development concepts.
The final part of the thesis explains the results of ConSA service and client, operational benefits of ConSA and concludes the thesis
Electromechanical Behavior of Chemically Reduced Graphene Oxide and Multi-walled Carbon Nanotube Hybrid Material
Get PDFIn this paper, we propose strain-sensitive thin films based on chemically reduced graphene oxide (GO) and multi-walled carbon nanotubes (MWCNTs) without adding any further surfactants. In spite of the insulating properties of the thin-film-based GO due to the presence functional groups such as hydroxyl, epoxy, and carbonyl groups in its atomic structure, a significant enhancement of the film conductivity was reached by chemical reduction with hydro-iodic acid. By optimizing the MWCNT content, a significant improvement of electrical and mechanical thin film sensitivity is realized. The optical properties and the morphology of the prepared thin films were studied using ultraviolet-visible spectroscopy (UV-Vis) and scanning electron microscope (SEM). The UV-Vis spectra showed the ability to tune the band gap of the GO by changing the MWCNT content, whereas the SEM indicated that the MWCNTs were well dissolved and coated by the GO. Investigations of the piezoresistive properties of the hybrid nanocomposite material under mechanical load show a linear trend between the electrical resistance and the applied strain. A relatively high gauge factor of 8.5 is reached compared to the commercial metallic strain gauges. The self-assembled hybrid films exhibit outstanding properties in electric conductivity, mechanical strength, and strain sensitivity, which provide a high potential for use in strain-sensing applications
Detection of circular bounding box in video streams
Get PDFThe production line of industries are getting more efficient and having very high throughput. Different kinds of machineries are being used to make the production safe, fast, precise and reliable. Robot arm is such a machine which helps the production line to be more efficient and productive. Nowadays, many manufacturing industries are using robot-arms to get a competitive edge in manufacturing and can be outfitted for multiple applications like welding, material handling, thermal spraying, painting, drilling and so on. They are widely used to increase product quality and production demand and over all, to ensure safer, faster and efficient production. It is very important to control and maintain these machines very accurately. As a simple mistake of robot arm can cause excessive destructions and bring financial losses to the industries, the robotarms must be very accurate when they are functioning in their production settings
Scientific Reports on Measurement and Sensor Technology
No full textWissenschaftliche Schriftenreihe, die Dissertationen der Professur Mess- und Sensortechnik beinhaltet.Scientific series containing dissertations of the Professorship of Measurement and Sensor Technology
Automation Trust in Conditional Automated Driving Systems: Approaches to Operationalization and Design: Automation Trust in ConditionalAutomated Driving Systems: Approachesto Operationalization and Design
Get PDFSysteme zum automatisierten Fahren erlauben es, die Fahrzeugf\u7führung in einem gewissen Maß vom Fahrer an das Fahrzeug zu \u7fübertragen. Da der Fahrer auf diese Weise unterstützt, entlastet oder sogar ersetzt werden kann, werden Systeme zum automatisierten Fahren mit einem großen Potential f\u7für Verbesserungen hinsichtlich Straßenverkehrssicherheit, Fahrkomfort und Effizienz verbunden - vorausgesetzt, dass diese Systeme angemessen benutzt werden. Systeme zum hochautomatisierten Fahren stellen in diesem Zusammenhang eine besondere Herausforderung f\u7für die Mensch-Maschine-Interaktion dar: So wird es dem Fahrer bei diesem Automatisierungsgrad zwar zum ersten mal erm\u7föglicht, das System nicht mehr permanent \u7füberwachen zu m\u7füssen und somit die Fahrtzeit potentiell f\u7für fahrfremde T\u7fätigkeiten zu nutzen. Es wird jedoch immer noch erwartet, dass der Fahrer nach einer vorherigen angemessenen Übernahmeaufforderung die Fahrzeugf\u7führung im Bedarfsfall gew\u7fährleisten kann. Angemessenes Automatisierungsvertrauen stellt daher eine zentrale Komponente f\u7für die erfolgreiche Kooperation zwischen Fahrern und Systemen zum hochautomatisierten Fahren dar und sollte bei der Gestaltung derartiger Systeme ber\u7fücksichtigt werden. Fr\u7fühere Befunde weisen beispielsweise bereits darauf hin, dass unterschiedliche Informationen \u7füber automatisierte Systeme ein m\u7föglicher Ansatz sein k\u7fönnten um das Automatisierungsvertrauen des Fahrers aktiv zu gestalten. Automatisierungsvertrauen als Variable in der Gestaltung von Fahrzeugtechnologie zu berücksichtigen erfordert jedoch zun\u7fächst auch in der Lage zu sein, Automatisierungsvertrauen ad\u7fäquat messen zu können. In diesem Sinne war die Zielsetzung dieser Arbeit einerseits die Untersuchung verschiedener Methoden zur Messung des Automatisierungsvertrauens des Fahrers sowie andererseits die Identifikation, prototypische Umsetzung und Bewertung potentieller Ans\u7fätze zur Gestaltung von Automatisierungsvertrauen im Kontext von Systemen zum hochautomatisierten Fahren. Zu diesem Zweck wurden drei Fahrsimulatorstudien mit insgesamt N = 280 Probanden durchgef\u7führt. Die vorliegenden Ergebnisse weisen darauf hin, dass (i) sowohl Selbstberichtsverfahren als auch Verhaltensmaße prinzipiell dazu verwendet werden k\u7fönnen um das Automatisierungsvertrauen des Fahrers in Systeme zum hochautomatisierten Fahren zu operationalisieren, (ii) eine vorherige Auseinandersetzung mit funktionalen Grenzen von Systemen zum hochautomatisierten Fahren einen nachhaltigen Effekt auf das Automatisierungsvertrauen des Fahrers in das System haben kann und (iii) insbesondere Informationen über die Funktionsweise von Systemen zum hochautomatisierten Fahren das Automatisierungsvertrauen des Fahrers in derartige Systeme verbessern k\u7fönnen. Damit liefert die vorliegende Arbeit sowohl wertvolle Ans\u7fatze zur Messbarmachung als auch Hinweise f\u7für die Gestaltung von Automatisierungsvertrauen im Kontext des hochautomatisierten Fahrens. Dar\u7füber hinaus k\u7fönnen die Befunde dieser Arbeit in gewissem Maße auch auf andere Arten von Fahrzeugautomatisierung sowie unterschiedliche Dom\u7fänen und Anwendungen von Automatisierung \u7fübertragen werden.Automated driving systems allow to transfer a certain degree of vehicle control from the driver to a vehicle. By assisting, augmenting or even supplementing the driver, automated driving systems have been associated with enormous potential for improving driving safety, comfort, and efficiency - provided that they are used appropriately. Among those systems, conditional automated driving systems are particularly challenging for human-automation interaction: While the driver is no longer required to permanently monitor conditional automated driving systems, he / she is still expected to provide fallback performance of the dynamic driving task after adequate prior notification. Therefore, facilitating appropriate automation trust is a key component for enabling successful cooperation between drivers and conditional automated driving systems. Earlier work indicates that providing drivers with proper information about conditional automated driving systems might be one promising approach to do this. Considering the role of automation trust as a variable in the design of vehicle technology, however, also requires that drivers` automation trust can be viably measured in the first place. Accordingly, the objectives of this thesis were to explore difffferent methods for measuring drivers` automation trust in the context of conditional automated driving as well as the identification, implementation and evaluation of possible approaches for designing drivers` automation trust in conditional automated driving systems. For these purposes, three driving simulator studies with N = 280 participants were conducted. The results indicate that (i) both self-report measures and behavioral measures can be used to assess drivers` automation trust in conditional automated driving systems, (ii) prior familiarization with system limitations can have a lasting effffect on drivers` automation trust in conditional automated driving systems and (iii) particularly information about the processes of conditional automated driving systems might promote drivers` automation trust in these systems. Thus, the present research contributes much needed approaches to both measuring and designing automation trust in the context of conditional automated driving. In addition, the current findings might also be transferred to higher levels of driving automation as well as other domains and applications of automation