• Medientyp: Buch; Hochschulschrift
  • Titel: Adaptive Spiegelschichten auf Basis metallisierter Silikongele
  • Beteiligte: Franke, Markus [VerfasserIn]
  • Körperschaft: Technische Universität Dresden
  • Erschienen: Dresden, 07. Mai 2020
  • Umfang: XVII, 221 Seiten; Illustrationen, Diagramme
  • Sprache: Deutsch
  • Entstehung:
  • RVK-Notation: VK 8007 : Dissertationen, Habilitationsschriften, wertvollere und umfangreichere Sonderdrucke
  • Schlagwörter: Hochschulschrift
  • Beschreibung: Mikrooptoelektromechanische Systeme (MOEMS) sind adaptive und miniaturisierte optische Bau-elemente mit integrierten Mikroaktoren, welche in der Sensorik, Display- und Telekommunikations-technik breite Anwendung finden. Ihr Aufbau beinhaltet jedoch einen Luftspalt und eine bewegliche Membran, welcher in kostspieliger Hybridbauweise durch Lithografie und Ätzprozesse gefertigt wird. In dieser Arbeit wird ein neues Konzept zu adaptiven Spiegelschichten mit kompaktem, monolithischem Multischichtaufbau aus metallisierten Silikongelfilmen mit integrierten dielektrischen Elastomeraktoren vorgestellt, mit der die Spiegelposition und -form für optische Anwendungen angepasst werden kann. Zur Realisierung dieser Dünnfilmaktoren wird die Elektrodenmetallisierung des Silikongels dahin-gehend optimiert, zugleich reflektierend, leitfähig und flexibel zu sein. Hierzu werden Dünnfilme ge-fertigt und durch UV/Ozon bzw. O2-Plasma oberflächenaktiviert. Infrarot-, Röntgen-Photoelektronen-Spektroskopie (XPS) und Kontaktwinkelmessungen zeigen den Einfluss der Aktivierung anhand der atomaren Zusammensetzung des Silikongels hin zu höheren Sauerstoff- und geringeren Kohlenstoff-gehalten, der Bildung von Si−OH- und Si−O−Si-Gruppen sowie höheren Oberflächenenergien, welche zur Metallisierung notwendig sind. XPS und Rheologie bestätigen eine stärkere Tiefenwirkung des UV/Ozon, verbunden mit einer Tiefenvernetzung und mechanischer Versteifung des Silikongels. Die Metallisierung des Gels wird über physikalische Gasphasenabscheidung eines 50 nm Schichtverbundes (Ti, Ag, Au) realisiert. Der Einfluss der Aktivierungsart und -dauer auf die Morphologie des Metalls wird über Rasterelektronenmikroskopie gezeigt und spiegelt sich in variierender Reflektivität bzw. Flächenwiderstand wider. Diese Erkenntnisse erlauben, Testaktoren mit unterschiedlichen Parametern zu fertigen, um folgend deren Einfluss auf die spannungsinduzierte Aktuation mittels Konfokalmikros-kopie zu untersuchen. Die Änderung der Gelsteifigkeit durch Wahl des Geltyps, des Vernetzungsgrades, der Art und Dauer der Aktivierung, der Schichtdicke sowie der flächigen Strukturierung der oberen Metallschicht führt zu einer variablen Elektrodendeformation von konkav bis konvex. Auch die Dicken-änderung wird beeinflusst, wobei Aktoren mit einer Dicke z0 = 14 ± 1 μm Stellwege von sz,Ø = -30 % bei 100 V erzielen. Simulationen und dynamische Messungen der Kapazität ermöglichen ein System-verständnis und die Aufstellung eines viskoelastischen Modells zur Ermittlung des Frequenz-übertragungsverhaltens. Aufbauend auf die Testaktorfertigung wird deren Anwendbarkeit anhand einer adaptiven optischen Mikrokavität und varifokaler Mikrospiegel demonstriert. Die Mikrokavität (Dicke z0) besteht aus einer unteren transparenten Elektrode, einem dielektrischen Bragg-Spiegel, dem Silikon-gel mit integriertem Farbstoff als aktives Medium für Laseranwendungen, sowie der flexiblen Silber-elektrode als oberer Spiegel. Die Mikrokavität erzielt Q-Faktoren bis 1450 und ermöglicht Änderungen der Emissionswellenlänge bis 40 nm bei 70 V. Weiterhin sind die Spiegelschichten in der Lage, durch Variation ihrer Wölbung die Fokuslänge zu variieren und als varifokale Mikrospiegel zu fungieren. Die Ergebnisse zeigen, dass das Konzept adaptiver Spiegelschichten aus metallisierten Silikongelen neue Anwendungsmöglichkeiten optischer Mikrosysteme mit signifikanter Fertigungsvereinfachung bietet.
  • Anmerkungen: Das Erscheinungsdatum ist der Tag der Verteidigung
    Sprache der Kurzfassung: Deutsch, Englisch

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  • Signatur: 2020 4 005296
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