Elektronenoptische und Optoelektronische Systeme

Ultrahochvakuumkammer
Ultrahochvakuumkammer

Der neue Forschungsschwerpunkt "Elektronenopti­sche und Optoelektronische Systeme (LEOS)" ist der erste wichtige Schritt auf dem Weg zur Reali­sie­rung eines Applikationszentrums, da damit die grund­le­gen­den Strukturen für die fakultäts- und hochschul­über­greifende Zusammenarbeit auf diesem Forschungs­ge­biet geschaffen werden.

Ziele / Schwerpunkte

Unser Ziel ist es, mittelfristig ein Applikationszentrum "Optoelektronik-Technologie" zu entwickeln.

Fakultäts- und hochschulübergreifend und in Kooperation mit unseren Partnern aus der Industrie soll damit eine Symbiose zwischen grundlagenorientierter und anwendungs­naher Forschung geschaffen werden.

Kooperationen

Probenmessaufbau
Probenmessaufbau

Wir freuen uns über Kooperationen mit der Industrie, Hochschulen sowie Master- und Bachelorstudieren­den. Bei Fragen können Sie jederzeit mit unseren An­sprechpartnern Kontakt aufnehmen.

Aktuelle Kooperationspartner:

  • OSRAM Opto Semiconductors GmbH
  • Infineon Technologies AG
  • KETEK GmbH
  • Thyracont GmbH
  • Airbus SE
  • Continental Automotive GmbH
  • Dr. Sellmair NanoElektroTechnik GmbH
  • Forschungscluster NanoChem (OTH Amberg-Weiden)
  • Technische Universität Braunschweig
  • Bergische Universität Wuppertal
  • Leibniz Universität Hannover
  • Universität Augsburg
  • Institut Jožef Stefan Ljubljana

Forschungsthemen

  • Halbleitertechnologie, Nano und Mikrostrukturen - Prof. Dr. Rupert Schreiner (OTH Regensburg)
  • Laserprozesstechnik - Prof. Dr. Peter Bickel (OTH Regensburg), Prof. Dr. Jürgen Koch (OTH Amberg-Weiden)
  • Messung von optischen Eigenschaften - Prof. Dr.-Ing. Roland Schiek (OTH Regens­burg)

FuE-Projekte


Miniaturisierte, elektrisch-pulsbare Feldemissionselektronenquelle mit gerin­ger Stromfluktuation für die Anwendung in einem Ionisationsvakuummeter (FEMION)

Herkömmliche Ionisationsvakuummeter funktionieren nach dem Prinzip der Glüh­emis­sion. Dabei führen die durch das Erhitzen eines Drahtes emittierten Elektronen zur Ioni­sa­tion der im Vakuum verbliebenen Restgasteilchen; so wird ein Ionenstrom mess­bar. Diese Glühkathode hat jedoch beträchtliche Nachteile: Sie kann nicht gepulst be­trie­ben werden, hat einen hohen Energiebedarf und eine geringe Lebensdauer. Deshalb soll bei FEMION die Glühkathode durch eine Feldemissionselektronenquelle mit einer Betriebs­spannung von weniger als 300 V ersetzt werden. Ein vereinfachtes Herstel­lungs­verfahren soll zudem die Kosten senken. Grundsätzlich basiert der FEMION-Ansatz auf der Feld­emission aus Halbleitern, insbesondere auf dem vergleichsweise preiswerten Sili­zium.


Entwicklung eines Flugzeit-Ionenmobilitätspektrometers mit einer miniaturisierten schnell pulsbaren Feldemissionselektronenquelle (FE-ToF-IMS)

Ionenmobilitätsspektrometer (IMS) werden aufgrund der hohen Empfindlichkeit, kurzen Messzeit und guten Trennleistung in vielen sicherheitstechnischen Anwendungen eingesetzt. Allerdings lassen sich durch chemische Querempfindlichkeiten nicht alle Substanzen sicher detektieren (falsch negativ). Ein prominentes Beispiel ist der Nachweis von Benzol bei Anwesenheit von Toluol. Zudem ist eine Substanzidentifikation nicht immer möglich (falsch positiv). Mit dem hier vorgeschlagenen Verfahren einer gepulsten Ionisation sollen beide Probleme behoben werden. Grundlage ist die Entwicklung eines baukleinen IMS mit einer miniaturisierten, schnell pulsbaren, nicht-radioaktiven Elektronenquelle auf Basis von Feldemissionskathoden, die sich durch einen geringen Energiebedarf auszeichnen, wie für den tragbaren Einsatz erforderlich. Substanzen wie Benzol können so trotz Anwesenheit von Toluol ohne zeitliche Vortrennung direkt detektiert werden. Durch eine variable Verzögerungszeit zwischen Ionisation und Aufnahme des Spektrums lässt sich zudem die ionenspezifische Lebensdauer als orthogonaler Analyseparameter einführen. Damit kann die Sicherheit bei der Substanzidentifikation weiter erhöht werden.


Neue Materialien in der additiven Fertigung (BTHA-FV9)

Laseradditive Fertigungsverfahren stoßen, nicht zuletzt aufgrund der Möglichkeiten, Ziele der Industrie 4.0 umzusetzen, branchenübergreifend auf hohes Interesse. Derzeit ist die Nutzung dieser Technologie allerdings überwiegend der Großindustrie vorbehalten, da diese über die finanziellen Mittel verfügen, die benötigten Anlagen anzuschaffen. Im Forschungsprojekt „Neue Materialen in der additiven Fertigung“ wird diesen Umständen durch eine grenzüberschreitende Zusammenarbeit verschiedener Forschungseinrichtungen Rechnung getragen. Zwei Universitäten der Tschechischen Republik arbeiten mit dem Fraunhofer Institut UMSICHT und unserer Forschungsgruppe an der OTH Amberg-Weiden an der grundlegenden Erforschung und Weiterentwicklung laserbasierter additiver Fertigungsverfahren. Im Zuge des Projekts sollen neue Materialien gefunden werden, die sich im beschriebenen Verfahren verarbeiten lassen.

 


Grenzübergreifende Forschungen zur additiven Fertigung (Ziel-ETZ Projekt 185 3D-COVER)

Der „3D-Druck“ von metallischen Teilen ist eine Technologie mit hohen Erwartungen für die künftige Herstellung. Im hier vorgestellten Projekt wird ein internationales Forschungsteam gebildet, welches sich mit komplexen Problemen der Materialforschung beschäftigen wird. Ziel des Projekts ist, die mit der LPBF-Technologie (Laser Powder Bed Fusion) hergestellten Werkstoffe zu beschreiben und diese mit den konventionell hergestellten Werkstoffen zu vergleichen. Die LPBF-Technologie ermöglicht die Herstellung von Originalteilen, Prototypen und Proben mit komplizierter Geometrie, die schwierig mit konventionellen Methoden herstellbar sind. Abgesehen von der Veränderung des Konstruktions-verfahrens muss noch beantwortet werden, welche Eigenschaften die so hergestellten Teile haben und inwiefern sich diese von konventionell hergestellten Teilen unterscheiden. Stufenweises Auftragen dünner Schichten von Metallpulver, welche mittels Laserstrahl verschmolzen werden, verursachen hohe Temperaturgradienten, die Quellen von Eigenspannungen sind. Die Wahrscheinlichkeit anisotroper Werkstoffeigenschaften ist hoch. Daher gilt es zusätzlich, die im Prozess auftretenden Veränderungen der Eigenschaften zu verstehen und zu charakterisieren. Auch thermo-physikalische Eigenschaften sollen Gegenstand der Forschung sein. Die Zusammenarbeit zwischen tschechischen und bayerischen Forschungseinrichtungen ist auch hier maßgebend für den Erfolg des Ziel-ETZ Projekts 3D Cover, welches hochschulseitig von der OTH Amberg-Weiden betreut wird.


Forschungsaktivitäten mit Fa. Thyracont

Im Rahmen dieser Kooperation wird mit Thyracont im Moment ein Forschungsprojekt im Bereich der "Elektronenoptik" durchgeführt. Im Speziellen wird hierbei eine neuartige Form eines Drucksensors entwickelt. Das Laserlabor Amberg ist bei der Entwicklung beteiligt und führt im Bereich Lasertechnik verschiedene Vorentwicklungsarbeiten durch, so z.B. bei der Herstellung des Prototypen im Bereich der Verbindungstechnik mittels Laserstrahlquellen, in der Validierung von Versuchsparametern, sowie bei der Bereitstellung von technischen Knowhow im Bereich der Lasermikrotechnik.


Forschungsaktivitäten mit Forschungscluster "NanoChem"

An der OTH Amberg ist eine Arbeitsgruppe des Forschungscluster NanoChem unter der Leitung von Herrn Prof. Dr. Peter Kurzweil angesiedelt. Dabei wird an neuen Sensoren zur pH-Wert Messung geforscht. Das Ziel ist dabei die Herstellung von pH-Sensoren auf Basis von Metalloxiden. Vor allem bei der Strukturierung und Vorbereitung der Träger- substrate für die späteren Metalloxidsensoren kommen Laser zum Einsatz. Durch die Ver­wendung des Lasers können zum einen besonders poröse Strukturen sowie fein ver­teil­te Oxide auf den Substraten erzeugt werden. Ebenso wird durch die Laservorbehand­lung die Haftfähigkeit der Oxide auf den Substraten verbessert.


Ausgewählte Veröffentlichungen ab 2016

Journalbeiträge

Prof. Dr.-Ing. Schiek

Die Veröffentlichungen wurden in Kooperation mit der FSU Jena und der ANU Canberra eingereicht.

F. Setzpfandt, A. S. Solntsev, J. Titchener, C. W. Wu, C. Xiong, R. Schiek, T. Pertsch, D. N. Neshev, and A. A. Sukhorukov, “Tunable generation of entangled photons in a nonlinear directional coupler“ in Laser & Photonics Review 10(1), pp. 131-137 (2016). [DOI]

Prof. Dr. Schreiner

V. I. Kleshch, P. Serbun, D. Lützenkirchen-Hecht, A.S. Orekhov, V.E. Ivanov, C. Prommesberger, C. Langer, R. Schreiner, A.N. Obraztsov "A Comparative Study of Field Emission from Pristine, Ion-treated and Tungsten Nanoparticle-decorated p-type Silicon Tips" Physica Status Solidi B 1800646, March 2019. [DOI]

J. Bieker, F. Rousaie, H.F. Schlaak, C. Langer, R. Schreiner, M. Lotz, S. Wilfert "Field emission characterization of in situ deposited gold nanocones with variable cone densities" Journal of Vacuum Science and Technology B 36(2): 02C105, Sep. 2018. [DOI]

J. Breuer, M. Bachmann, F. Düsberg, A. Pahlke, S. Edler, C. Langer, C. Prommesberger, R. Ławrowski, P. Serbun, D. Lützenkirchen-Hecht "Extraction of the current distribution out of saturated integral measurement data of p-type silicon field emitter arrays" Journal of Vacuum Science and Technology B 36(2):051805, Jan. 2018. [DOI]

C. Prommesberger, M. Bachmann, F. Düsberg, C. Langer, R. Ławrowski, M. Hofmann, A. Pahlke and R. Schreiner "Regulation of the Transmitted Electron Flux in a Field-Emission Electron Source Demonstrated on Si Nanowhisker Cathodes. " IEEE Transactions on Electron Devices, 64.12 (2017): 5128-5133. [DOI]

S. Edler, M. Bachmann, J. Breuer, F. Dams, F. Düsberg, M. Hofmann, J. Jakšič, A. Pahlke, C. Langer, R. Ławrowski, C. Prommesberger and R. Schreiner "Influence of adsorbates on the performance of a field emitter array in a high voltage triode setup." Journal of Applied Physics 122, 124503, Sept. 2017. [DOI]

M. Bachmann, F. Dams, F. Düsberg, M. Hofmann, A. Pahlke, C. Langer, R. Ławrowski, C. Prommesberger, R. Schreiner, P. Serbun, D. Lützenkirchen-Hecht and G. Müller. "Extraction of the characteristics of current-limiting elements from field emission measurement data,"Journal of Vacuum Science & Technology B, 35(2):02C103, Dec 2016. [DOI]

C. Prommesberger, C. Langer, R. Ławrowski, R. Schreiner."Investigations on the long-term performance of gated p-type silicon tip arrays with reproducible and stable field emission behavior "Journal of Vacuum Science & Technology B, 35(1):012201, Dec 2016. [DOI]

S,. Mingels, V. Porshyn, C. Prommesberger, C. Langer, R. Schreiner, D. Lützenkirchen-Hecht, G. Müller "Photosensitivity of p-type black Si field emitter arrays" Journal of Applied Physics 119(16) p. 165104, April 2016. [DOI]

C. Langer, C. Prommesberger, R. Ławrowski, R. Schreiner, P. Serbun, G. Müller, F. Düsberg, M. Hofmann, M. Bachmann, and A. Pahlke."Field emission properties of p-type black silicon on pillar structures,"Journal of Vacuum Science & Technology B, 34(2):02G107, March 2016. [DOI]


Konferenzbeiträge

Prof. Dr.-Ing. Koch

T. Hrbáčková, T. Simson, J. Koch, G. Wolf „The effect of heat treatment on mechanical properties and microstructure of additively manufactured components” in IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering 461, Pilsen, Tschechische Republik (2018) 

Prof. Dr.-Ing. Schiek

R. Schiek et al. "Rogue Waves in Optical Film Waveguides" in XIV International Workshop Nonlinear Optics Applications NOA 2018, Breslau, Polen [DOI]

R. Schiek et al. "Measurement of quadratic and cubic optical nonlinear susceptibilities in glass and lithium niobate" in Collaborative Conference on Material Research 2018, Seoul, Korea

R. Schiek et al. "Akhmediev Breathers in Optical Film Waveguides" in Workshop Emerging Trends in Nonlinear Optics 2018, Brescia, Italien

 

Prof. Dr. Schreiner

D. Berndt, M. Lindner, R. Schreiner, A.V. Pipa, R. Hink, R. Brandenburg, R. Foest, J. Geils, A. Sander, F. Hofmann, D. Matz, A. Baars, A. Kesel, A. Max, R. Caspari "Realization of Multifunctional Surfaces Containing MEMS-based DBD Plasma Actuators and Biomimetic Structures for Flow Manipulation" in AIAA Aviation 2019 Forum [DOI]

M. Lindner, D. Berndt, B. Jungbauer, I. Ehrlich, R. Schreiner, A.V. Pipa, R. Hink, R. Brandenburg, R. Foest, A. Max, R. Caspari "Fabrication, surface integration and testing of miniaturized dielectric barrier discharge plasma actuators for active flow control applications" in AIAA Aviation 2019 Forum [DOI]

D. Berndt, M. Lindner, K. Tschurtschenthaler, C. Langer, R. Schreiner "Miniaturized Plasma Actuator Flow Measurements by MEMS-Based Thermal Conductivity Sensors” in MDPI Proceedings of Eurosensors 2018, Vol. 13, No. 2 (2018) [DOI]

M. Lindner, D. Berndt, C. Prommesberger, C. Langer, R. Schreiner "Field emission assisted micro plasma discharges at vacuum and atmospheric pressures” in Vacuum Nanoelectronics Conference (IVNC), 2018 31th International, 2018, pp. 1-2 [DOI]

C. Prommesberger, C. Langer, R. Schreiner "Stable and low noise field emission from single p-type Si-tips” in Vacuum Nanoelectronics Conference (IVNC), 2018 31th International, 2018, pp. 1-2 [DOI]

P. Serbun, V. Porshyn, G. Müller, D. Lützenkirchen-Hecht, C. Prommesberger, C. Langer, R. Ławrowski, R. Schreiner "Field emission behavior of single n- and p-type black Si pillar structures” in Vacuum Nanoelectronics Conference (IVNC), 2018 31th International, 2018, pp. 1-2 [DOI]

P. Serbun, V. Porshyn, D. Lützenkirchen-Hecht, C. Prommesberger, C. Langer, R. Ławrowski, R. Schreiner "Photosensitivity of single silicon high-aspect-ratio tips with different doping levels” in Vacuum Nanoelectronics Conference (IVNC), 2018 31th International, 2018, pp. 1-2 [DOI]

R. Ławrowski, C. Langer, R. Schreiner, J. Sellmair "Nano Emitters on Silicon Pillar Structures generated by a Focused Electron Beam Induced Deposition” in Vacuum Nanoelectronics Conference (IVNC), 2018 31th International, 2018, pp. 1-2 [DOI]

C. Langer, M. Hausladen, C. Prommesberger, R. Ławrowski, M. Bachmann, F. Düsberg, A. Pahlke, M. Shamonin, R. Schreiner "Field emission current investigation of p-type and metallized silicon emitters in the frequency domain” in Vacuum Nanoelectronics Conference (IVNC), 2018 31th International, 2018, pp. 1-2 [DOI]

S. Edler, W. Hansch, C. Prommesberger, R. Schreiner "Influence of adsorbates on the performance of a field emitter array in a high voltage triode setup” in Vacuum Nanoelectronics Conference (IVNC), 2018 31th International, 2018, pp. 1-2 [DOI]

R. Ławrowski, C. Langer, C. Prommesberger and R. Schreiner "Light emitting diodes based on three-dimensional epitaxial grown crystalline GaN rods," in Proc. of MST Kongress, Presented at the MikroSystemTechnik Kongress 2017, VDE Verlag GmbH, Munich, Germany, pp. 131-134. [ISBN 978-3-8007-4491-6]

R. Ławrowski, C. Langer, C. Prommesberger and R. Schreiner"Microrods and microlines by three-dimensional epitaxially grown GaN for field emission cathodes," in Vacuum Nanoelectronics Conference (IVNC), 2017 30th International, 2017, pp. 130-131. [DOI]

C. Prommesberger, C. Langer, R. Ławrowski and R. Schreiner"Benzocyclobutene as a novel integrated spacer material in a field emission electron source," in Vacuum Nanoelectronics Conference (IVNC), 2017 30th International, 2017, pp. 192-193. [DOI]

M. Bachmann, F. Dams, F. Düsberg, M. Hofmann, A. Pahlke, C. Langer, R. Ławrowski, C. Prommesberger and R. Schreiner "Control of the electron source current," in Vacuum Nanoelectronics Conference (IVNC), 2017 30th International, 2017, pp. 66-67. [DOI]

C. Prommesberger, R. Ławrowski, C. Langer, M. Mecani, Y. Huang, J. She and R. Schreiner "Field emission properties of ring-shaped Si ridges with DLC coating," in Tiginyanu, I.M. (Ed.), Proc. of SPIE. Presented at the SPIE Microtechnology 2017, International Society for Optics and Photonics, Barcelona, Spain, p. 102480H–102480H–8. [DOI]

R. Ławrowski, C. Langer, C. Prommesberger, and R. Schreiner. "Field emission from three-dimensional epitaxial grown GaN-microrods," in Vacuum Nanoelectronics Conference (IVNC), 2016 29th International, 2016, pp. 87-88. [DOI]

C. Langer, C. Prommesberger, R. Ławrowski, R. Schreiner, Y. Huang, and J. She. "Gated p-Si field emission cathode applied in an ionization vacuum gauge," in Vacuum Nanoelectronics Conference (IVNC), 2016 29th International, 2016, pp. 145-146. [DOI]

C. Prommesberger, C. Langer, R. Ławrowski, and R. Schreiner. "Field emission from black silicon structures with integrated gate electrode,"in Vacuum Nanoelectronics Conference (IVNC), 2016 29th International, 2016, pp. 219-220. [DOI]

M. Bachmann, F. Dams, F. Düsberg, M. Hofmann, A. Pahlke, C. Langer, R. Ławrowski, C. Prommesberger, and R. Schreiner. "Extraction of the characteristics of limiting elements from field emission measurement data," in Vacuum Nanoelectronics Conference (IVNC), 2016 29th International, 2016, pp. 81-82. [DOI]

P. Serbun, V. Porshyn, G. Müller, S. Mingels, D. Lützenkirchen-Heicht, M. Bachmann, F. Düsberg, F. Dams, M. Hofmann, A. Pahlke, C. Prommesberger, C. Langer, R. Ławrowski, and R. Schreiner. "Field emission behavior of Au-tip-coated p-type Si pillar structures," in Vacuum Nanoelectronics Conference (IVNC), 2016 29th International, 2016, pp. 181-182. [DOI]