Scientific work and thesis

Institute of Nano and Microelectronic Systems (INES)

Overview on current diploma and degree theses at INES

Scientific work and thesis

INES offers Bachelor, Masters and PhD theses in cooperation with Institut für Mikroelektronik Stuttgart (IMS CHIPS) that are usually embedded into interesting joint research and industrial projects.

Master Thesis

Motivation

A conventional image sensor is in a planar shape and due to the field curvature aberration, a flat object cannot be properly focused on a flat image plane. A flexible and curved image sensor, not having to correct this curvature, is considered a possible solution for producing a compactible optical system. 

Scope of Work

Using a previously developed and manufactured flexible HySiF (Hybrid System in Foil) patch, the effects and image sharpness depending on the curvature of the image sensor are to be examined. For this purpose, optical and electrical measurements on the foil/printed circuit board system should be planned, prepared and carried out in the laboratory. The structure of the optical system with chip film patch (CFP) and lens should be evaluated by simulation.

During the work, the following tasks should be scientifically examined and documented:

  • Literature review focusing on curved image sensors
  • Hardware and software solution for reading the image data from the CFP (board layout and control or data evaluation)
  • Optical simulation of optical paths
  • Optical design and construction
    • Evaluation of image depending on the curvature
    • Determine and investigate changes in sensor properties during bending

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Build up and characterization of an optical system with ultra-thin curved image sensors in foil

Working Area: ASIC Design

Motivation

Quantum sensors are a possible future technology, which are currently transferred from physical research into today's markets. High sensitivity is thereby one of the great advantages of quantum sensors. With this also a high precision signal processing is needed, where lock detectors play an important role.

With lock detectors it's possible to measure small signals in very noisy environments and that's why they are beneficial for the advanced signal processing of quantum sensors. Together with a phase-locked-loop (PLL), this lock detector is to be used for ODMR measurements on quantum pressure sensors.

Description
A PLL needed as an input for the lock detector can be either used from an existing circuit or from a simulation model. The focus of this master thesis is on the Lock-Detector, which shall be analyzed, simulated and transferred into a
concrete layout in a 0.18 μm CMOS technology. A general setup of a lock detector can be seen in the block diagram above.
The detailed tasks are summarized below:
✓ Literature study on Lock Detectors with PLL circuits for quantum sensors and ODMR measurement
✓ Conceptual design of a lock-detection circuit.
✓ Design and Simulation of the Lock-Detector with Cadence-Tools (schematic and layout)
✓ Establishing of a test environment to evaluate the design
✓ Thesis writing and final presentation

 
 

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Design of an integrated Lock-Detection circuit in 0.18 μm CMOS technology for quantum sensors

Bachelor, Scientific work or master thesis

ab 01.01.2023

Motivation

Viele Analyseverfahren in der Biomedizin sind heutzutage auf hochpreisige und unflexible Spektroskopielösungen angewiesen. Die Miniaturisierung solcher Systeme (Lab-on-Chip) würde in der biomedizinischen Forschung und Lebensmittelindustrie eine kosteneffiziente Echtzeit-Sensorik vor Ort ermöglichen. Dies motiviert die Entwicklung eines neuartigen Mikro-Spektrometersystems für den Nahinfrarot (NIR)-Bereich. Am IMS wurde bereits ein spektral sensitiver Photonikchip entwickelt, welcher in einem Mikro-NIRSpektrometersystem Einsatz finden soll. Im Rahmen dieser Arbeit soll aufbauend auf vorangegangenen Arbeiten ein miniaturisiertes Messsystem zum Analysieren einer Probe durch Absorptionsspektroskopie erarbeitet und die einzelnen Komponenten realisiert und aufgebaut werden.

Aufgabenstellung

  1. Literaturrecherche zu NIR Spektroskopie und damit verbundenen Messkonzepten
  2. Erarbeitung und Fortführung des optischen Systemaufbaus unter der Verwendung des vorhandenen optischen Detektors
    • Realisierung einer miniaturisierten Lichtquelle
    • Realisierung der optischen Schnittstellen und Wegstrecken
    • Adaption der Probe
  3. Aufbau des konzeptionierten Messaufbaus
    • Beschaffung von Bestandteilen
    • 3D Druck von Komponenten
    • Zusammenbau
  4. Durchführung und Auswertung von Messungen

 

Forschungsarbeit oder Masterarbeit (PDF)

ab 01.03.2022

Motivation

Siliziumnitrid eignet sich aufgrund seiner Materialeigenschaften für viele mikround nanotechnologische Anwendungen. Unter anderem auch für die Photonik. Hier können aus abgeschiedenen Siliziumnitrid-Schichten Wellenleiterstrukturen
zur Übertragung optischer Signale im Wellenlängenbereich von 300 nm bis 3000 nm erzeugt und mit Halbleiterbauelementen verschalten werden.

Aufgabenstellung

In dieser Arbeit soll der Einfluss unterschiedlicher PECVD-Prozessparameter beim Abscheiden von Siliziumnitrid untersucht und charakterisiert werden. 
Ausgehend von einer Literaturrecherche sind geeignete Versuchsreihen zu planen, durchzuführen und die erhaltenen Ergebnisse auszuwerten. Hierfür stehen Verfahren, wie die optische Mikroskopie, Rasterelektronenmikroskopie,
Ellipsometrie sowie taktile Profilometrie, bereit. Ziel der Arbeit ist es, zur Photonik-Fertigung geeignete Siliziumnitrid-PECVD-Prozesse zu identifizieren und zu optimieren. Die entsprechenden Prozesse können anschließend verwendet
werden, um Photonik-Chips zu fertigen.
Der größte Teil der Arbeit findet in einem Reinraum der Klasse ISO4 statt.

Voraussetzungen:    

Grundkenntnisse der Mikrotechnologie, Halbleiterfertigung oder vergleichbares

 

Ausschreibng studentische Arbeit (PDF)

Please note:

Beside the topics listed here, we also offer short-term theses that are connected to our current research areas.

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Ehrenfried Futterer

 

Student consulting & lectures

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