Lehre
Lehrveranstaltungen
Willkommen auf der Seite der Lehrveranstaltungen der Gips-Schüle-Professur für Leistungselektronik der Uni Freiburg.
Infos
| HIS-Bezeichnung | 11LE68V-BScSSE-3001 (Vorlesung) | 11LE68Ü-BScSSE-3001 (Übung) |
| Wann? | Wintersemester |
| Wo? | Einer der großen Hörsäle (Schick- oder µ-Saal) > siehe HISinOne |
| Studiengang | Sustainable Systems Engineering (SSE) [Pflicht] Embedded Systems Engineering (ESE) [Pflicht] Mikrosystemtechnik (MST) [Pflicht] Informatik [Wahlfach] |
| Wer? | Prof. Dr. Dr. Oliver Ambacher [Vorlesung] M.Sc. Björn Christian [Übung] |
| ECTS | 6 – (das entspricht 180h Arbeit über das Semester verteilt) |
| Material | findet ihr auf ILIAS |
Infos
| HIS-Bezeichnung | 11LE68V-BScSSE-3006 (Vorlesung) | 11LE68Ü-BScSSE-3006 (Übung) |
| Wann? | Sommersemester |
| Wo? | Einer der großen Hörsäle (Schick- oder µ-Saal) > siehe HISinOne |
| Studiengang | Sustainable Systems Engineering (SSE) [Pflicht] Embedded Systems Engineering (ESE) [Pflicht] Mikrosystemtechnik (MST) [Pflicht] Informatik [Wahlfach] |
| Wer? | Prof. Dr. Dr. Oliver Ambacher [Vorlesung] M.Sc. Björn Christian [Übung] |
| ECTS | 6 – (das entspricht 180h Arbeit über das Semester verteilt) |
| Material | findet ihr auf ILIAS |
Infos
| HIS-Bezeichnung | 11LE13Pr-1003 (Praktikum) |
| Wann? | Wintersemester |
| Wo? | Einführungsveranstaltung in einem der großen Hörsäle (Schick- oder µ-Saal) > siehe HISinOne |
| Studiengang | Sustainable Systems Engineering (SSE) [Pflicht] Embedded Systems Engineering (ESE) [Pflicht] Mikrosystemtechnik (MST) [Pflicht] Informatik [Pflicht] |
| ECTS | 6 – (das entspricht 180h Arbeit über das Semester verteilt) |
| Material | findet ihr auf ILIAS |
Infos
| Wann? | Ganzjährig |
| Was? | Im Bachelorprojekt bearbeitet ihr innerhalb eines Semesters euer eigenes kleines Forschungsprojekt. Dieses kann entweder alleine, oder in kleinen Teams bearbeitet werden. Wenn ihr eine eigene Projektidee habt, die zum Thema „Leistungselektronik“ oder „Materialkreisläufe“ passt, könnt ihr euch gerne an uns wenden: > Kontakt Jedes Semester bieten die verschiedenen Lehrstühle der technischen Fakultät auch bereits durchstrukturierte Projekte für euch an. Diese findet man dann üblicherweise über ILIAS. |
| Studiengang | Sustainable Systems Engineering (SSE) Embedded Systems Engineering (ESE) Mikrosystemtechnik (MST) |
| Wer? | Prof. Dr. Oana Cjocaru-Miredin [Organisation] variable Betreuer |
| ECTS | 6 – (das entspricht 180h Arbeit über das Semester verteilt) |
Infos
| HIS-Bezeichnung | 11LE68V-9010 PO 2021 (Vorlesung) | 11LE68Ü-9010 PO 2021 (Übung) |
| Wann? | Sommersemester |
| Wo? | Einer der großen Hörsäle (Schick- oder µ-Saal) > siehe HISinOne |
| Studiengang | Sustainable Systems Engineering (SSE) [Wahlpflicht] Embedded Systems Engineering (ESE) [Wahl] Mikrosystemtechnik (MST) / Micro Systems Engineering (MSE) [Wahl] |
| Wer? | Prof. Dr. Dr. Oliver Ambacher [Vorlesung + Übung] Prof. Dr. Rüdiger Quay [Vorlesung + Übung] Dr. Sönke Rogalla [Vorlesung + Übung] |
| ECTS | 6 – (das entspricht 180h Arbeit über das Semester verteilt) |
| Material | findet ihr auf ILIAS |
Infos
| HIS-Bezeichnung | 11LE68V-5570 PO 2021 (Vorlesung) | 11LE68prÜ-5570 PO 2021 (Übung) |
| Wann? | Sommersemester |
| Wo? | Meistens Kinohörsaal bzw. in den Laboren des INATECH > siehe HISinOne |
| Studiengang | Sustainable Systems Engineering (SSE) [Wahl] |
| Wer? | Prof. Dr. Oana Cojocaru-Miredin [Vorlesung + Übung] Dr. Georg Ganzenmüller [Vorlesung + Übung] Dr. Wolfram Kwapil [Vorlesung + Übung] Dr. Michael Becker [Vorlesung + Übung] M.Sc. Björn Christian [Vorlesung + Übung] |
| ECTS | 6 – (das entspricht 180h Arbeit über das Semester verteilt) |
| Material | findet ihr auf ILIAS |
Infos
| Wann? | Ganzjährig |
| Wo? | Kolloqium wird digital in MS Teams abgehalten > siehe HISinOne |
| Studiengang | Sustainable Systems Engineering (SSE) [Wahl] |
| Wer? | Prof. Dr. Dr. Oliver Ambacher [Organisation] variable Betreuer |
| ECTS | 3 – (das entspricht 90h Arbeit über das Semester verteilt) |
| Material | findet ihr auf ILIAS (Mail geht nach der Anmeldung rum) |
Infos
| HIS-Bezeichnung | 11LE50V-5111 (Vorlesung) |
| Wann? | Wintersemester |
| Wo? | Üblicherweise in einem Seminarraum in Geb. 51 > siehe HISinOne |
| Sprache | deutsch |
| Studiengang | Mikrosystemtechnik (MST) / Micro Systems Engineering (MSE) [Wahl] |
| Wer? | M.Sc. Björn Christian [Vorlesung] Prof. Dr. Dr. Oliver Ambacher [Vorlesung] |
| ECTS | 3 – (das entspricht 90h Arbeit über das Semester verteilt) |
| Material | findet ihr auf ILIAS |
Infos
| HIS-Bezeichnung | 11LE50V-5308 (Vorlesung) |
| Wann? | Wintersemester |
| Wo? | Üblicherweise in einem Seminarraum in Geb. 51 > siehe HISinOne |
| Sprache | deutsch |
| Studiengang | Mikrosystemtechnik (MST) / Micro Systems Engineering (MSE) [Wahl] |
| Wer? | M.Sc. Björn Christian [Vorlesung] Prof. Dr. Dr. Oliver Ambacher [Vorlesung] |
| ECTS | 3 – (das entspricht 90h Arbeit über das Semester verteilt) |
| Material | findet ihr auf ILIAS |
Wir entwickeln neue Gruppe-II-Nitride mit speziellen Eigenschaften für leistungselektronische Anwendungen und Hochfrequenzfilter. Hierbei geht es vor allem darum, die Veränderungen der Materialeigenschaften beim Einbau von Nebengruppenelementen zu verstehen. Wird Aluminiumnitrid Scandium beigemischt, steigt der transversale piezoelektrische Koeffizient d33 bis auf das Vierfache an. Es gibt jedoch noch andere Elemente, die einen ähnlichen, oder gar noch stärkeren Effekt haben könnten, wie Yttrium, oder Ytterbium. Dies ist vor allem für Oberflächen- und Volumenwellenbauelemente interessant.
Weiterhin gibt es Nebengruppenelemente, deren Einbau für stärkere Polarisationsgradienten in High-Electron-Mobility-Transistoren führen können, was zu effizienteren Transistoren für leistungselektronische Bauelemente wie Konverter führen kann.
Last but not least wird Aluminiumnitrid bei Zuführen von Scandium auch ab einem gewissen Anteil ferroelektrisch. Alle Gruppe-III-Nitride, die in der thermodynamisch günstigen und daher vorherrschenden Wurtzit-Struktur (kurz WZ) gewachsen wurden, haben eine spontane Polarisation. Das bedeutet im Gegensatz zu einem Dielektrikum, dass bereits ohne externes elektrisches Feld eine Polarisation bzw. Ladungstrennung vorhanden ist. Bei ferroelektrischen Materialien kann die Richtung dieser Polarisation getauscht werden, was interessant für Speicherbauelemente ist.
Momentan werden in der Halbleiterindustrie noch sehr wenige der verwendeten Materialien wiederverwertet (weder Re-use, noch Re-furbich, noch Re-cycling). Bei einigen dieser Materialien könnte eine Verknappung jedoch bereits in naher Zukunft für einen sprunghaften Anstieg der Kosten sorgen.
Daher befassen wir uns mit Methoden zur Zersetzung von Halbleitern, auf deren Basis ein Recycling der Elemente möglich wird. Diese Themen umfassen die thermische Sublimation in einem Ofen, oder mit der Hilfe von Sonnenlicht, sowie das Aufbrechen der Bindungen mit Hilfe eines UV-Lasers. Ziel ist es, zu evaluieren, ob eine dieser Methoden genutzt und für die industrielle Nutzung hochskaliert werden kann, um diese Materialien wiederverwenden zu können.
Für die Materialentwicklung ist es wichtig sicher stellen zu können, dass die Qualität gut genug für die spätere Anwendung ist. Hierfür kommen vor allem Methoden der strukturellen und optischen Charakterisierung zum Einsatz:
- Röntgendiffraktometrie (XRD) – strukturelle Analyse
- Rasterkraftmikroskopie (AFM) – Oberflächenanalyse
- UV/VIS/NIR-Spektroskopie – Bandlücke & Brechungsindex bestimmen
Für die meisten Anwendungen, auf die wir mit unserer Materialentwicklung abzielen, müssen die gewachsenen Halbleiterschichten isolierend sein. Daher müssen die Schichten auch elektrisch charakterisiert werden. Wenn die Leitfähigkeit zu hoch wird, kommen auch Methoden zur Defektanalyse zum Einsatz. Bei ferroelektrischen Bauelementen muss die Schaltung der Materialien charakterisiert werden, um die Koerzitivfeldstärke zu bestimmen. Bei Materialien für piezoakustische Resonatoren kommen zudem noch Messungen der Übertragungsparameter hinzu. Dabei kommen folgende elektrische Messapparaturen zum Einsatz:
- Kapazität/Spannungs-Messungen (CV) – Dichte [Ladungsträger & Defekte]
- Strom/Spannungs-Messungen (IV) – Leckstrom & Durchbruchfeldstärke
- Temperaturabhängige Dunkelleitfähigkeit – Aktivierungsenergie von Defekten
- PE-Loops – Koerzitivfeldstärke & remanente Polarisation
- Vektor-Netzwerk-Analysator – Übertragungsparameter (S-Parameter)
Die Materialien, an denen wir forschen, werden überwiegend über Magnetron-Sputtering im Reinraum hergestellt. Je nach Themenschwerpunkt lernt ihr auch wie diese Wachstumsmethode funktioniert. Weiterhin ist es zum Teil notwendig im Reinraum Elektroden zu strukturieren. Hier lernt ihr vor allem Maskendesign, thermisches Aufdampfen von Metallen und Kontaktlithographie.
Ein Teil unserer Arbeit ist auch die Simulation, um im Vorhinein abschätzen zu können, welche Nebengruppenelemente interessant sein könnten. Hierfür verwenden wir DFT-Simulationen, um die Veränderung des Kristallgitters beim Einbau vorhersagen zu können und NextNANO, einen Schrödinger/Poisson-Solver, um die Bandstruktur der Materialien, aber auch die Polarisationsgradienten von Halbleiterschichtsystemen, berechnen zu können.
Speziell für piezoakustische Resonatoren für Hochfrequenzfilter ist es wichtig, die Bauelemente mit der Finite-Elemente-Methode (FEM) vorher zu simulieren, um eine Prognose für den optimalen Aufbau des Schichtsystems machen und hinterher mit den experimentellen Ergebnissen vergleichen zu können. Hierfür verwenden wir bei uns am Lehrstuhl üblicherweise COMSOL Multiphysics. Da wir für dieses Programm auch zahlreiche Module in einer akademischen Lizenz haben, könnt ihr euch als Studenten sehr breitgefächert mit diesem Simulationsprogramm weiterbilden.
Die beste Forschung hilft oft wenig, wenn man anderen Leuten, die zum Teil auch weniger fachkundig sind, die eigenen Ergebnisse nicht erklären kann. Zudem hilft das Training beim Präsentieren vor einer kleineren Gruppe, mit der Nervosität vor und während eines Vortrags umehen zu lernen. Später in Unternehmen seid ihr als Ingenieure oft in Leitungspositionen und müsst auf der einen Seite euer Team durch Hilfe bei Präsentationen motivieren und auf der anderen Seite gegenüber der Geschäftsleitung Rechenschaft ablegen. Bleibt ihr in der Wissenschaft, ist der Austausch mit anderen Forschern auf internationalen Konferenzen ein wichtiger Bestandteil eurer Arbeit.
Daher versuchen wir Studierende, die bei uns tätig sind, Hilfestellung zu geben, um ihre Skills in diesem Bereich zu verbessern. Dies fängt beim Foliendesign an und geht über die Strukturierung einer Präsentation bis hin zum eigentlichen Vortrag. In wöchentlichen Gruppenmeetings gibt es jedes Mal eine kurze Präsentation zu einem wissenschaftlichen Thema, das mit dem Lehrstuhl zu tun hat. Dies kann der Stand der eigenen Arbeit sein, ein Problem, an dem man gerade nicht weiterkommt, oder auch die Ergebnisse einer Literaturrecherche, die für die ganze Gruppe interessant sein könnten.