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Plasmonische NEMS/MEMS-Bauteile auf der Basis von Vanadiumdioxid (VO2)

Plasmonische NEMS/MEMS-Bauteile auf der Basis von Vanadiumdioxid (VO2)
Type:Masterarbeit
Supervisor:

M.Sc. Sanaz Rastjoo

Field of Study:

Physik, Elektrotechnisch oder einer vergleichbaren Fachrichtung

Links:Smart Materials and Devices

Tätigkeitsbeschreibung

Das Institut für Mikrostrukturtechnik (IMT) entwickelt Mikro- und Nanoaktoren für optische und biomedizinische Anwendungen durch Einsatz neuartiger‚ intelligenter Materialien (Smart Materials). Zu dieser Materialklasse zählen keramische Formgedächtnislegierungen (FGL) auf der Basis von Vanadiumoxid (VO2), die multifunktionale Eigenschaften und ausgeprägte Effekte zeigen, wie z. B. einen Metall-Isolator-Übergang und Thermoelastizität. Dies ermöglicht die Entwicklung neuartiger Bauelementansätze für Aktor- und Sensoranwendungen. Die einzigartigen optischen Eigenschaften von VO2 sind insbesondere hinsichtlich sogenannter plasmonischer Bauteilansätze interessant: Oberflächenplasmon-Polaritonen (surface plasmon polaritons, SPP) sind elektromagnetische Wellen, die kohärent an Elektronendichtewellen an Metall-Dielektrischen Grenzflächen gekoppelt sind. SPP ermöglichen es Lichtwellen auf kleinstem Raum unterhalb der Beugungsgrenze zu konzentrieren. Plasmonische Bauteile lassen sich so auf der Nanometerskala realisieren.

   
Abb. 1 Struktur eines hergestellten plasmonischen Bauteils (links) und Simulation der optischen Eigenschaften (rechts). Das dargestellte Bauteil wurde für Photodetektionsanwendungen bei höchsten Schaltfrequenzen entwickelt [1]. Die Struktur dient als Ausgangspunkt der Studie.   Abb. 2 Messung der Temperatur/ Widerstandscharakteristik verschiedener VO2 Schichten. Der Widerstand zeigt bei der Übergangstemperatur einen schlagartigen Übergang vom isolierenden Zustand in den metallischen Zustand. [2]

[1] S. Muehlbrandt et al., "Silicon-Plasmonic Internal-Photoemission Detectors for 40 Gbit/s data reception" Optica, 2016.
[2] S. Rastjoo et al., "Fabrication of Vanadium Dioxide-Based Film Nanostructures for Nanoactuation" MNE17, 2017.

 

Aufgaben

Ziel der Masterarbeit ist die Qualifizierung von VO2 Schichten für verschiedene plasmonische Bauteilkonzepte. Dazu sollen folgende Aufgaben bearbeitet werden:

  • Computer-aided Design (CAD) und numerische Simulation der Bauteile mit Hilfe von Multiphysik-Simulationstools
  • Unterstützung der Bauteilherstellung mit Hilfe einschlägiger Halbleiterprozesstechniken (wie Reaktivem Ionen Ätzen (RIE), Elektronenstrahllithographie (e-beam))
  • Experimentelle Charakterisierung der hergestellten Bauteile

 

Eintrittstermin: Nach Vereinbarung

Vertragsdauer: 6 - 12 Monate

Persönliche Qualifikation:
Wir suchen ambitionierte, kreative und selbstmotivierte Personen, die gerne in einem multidisziplinären und internationalen Team arbeiten. Grundkenntnisse in der Materialwissenschaft, Optik und Photonik, CAD und FEM-Simulation (Comsol) sind vorteilhaft.

Fachliche Auskünfte

M.Sc. Sanaz Rastjoo
Karlsruher Institut für Technologie
Institut für Mikrostrukturtechnik
Postfach 3640
76021 Karlsruhe

Telefon: +49 721 608-22759
E-Mail: sanaz rastjooHrn1∂kit edu