DE102017214638A1 - Dreidimensionale mikro-bauelemente und verfahren zu ihrer herstellung - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf die Gebiete der Elektrotechnik, der Werkstofftechnik und des Maschinenbaus und betrifft dreidimensionale Mikro-Bauelemente, welche als elektromagnetische und magnetomechanische Energiewandler, als mikromagnetischer Motor oder Generator eingesetzt werden können, und ein Verfahren zu ihrer Herstellung.Aufgabe der vorliegenden Lösung ist es, dreidimensionale Mikro-Bauelemente anzugeben, die auch bei Abmessungen im Mikrobereich und darunter eine hohe Effizienz aufweisen und ein einfaches und preiswertes Verfahren zur ihrer Herstellung auch für die Massenproduktion.Die Aufgabe wird gelöst durch dreidimensionale Mikro-Bauelemente, mindestens bestehend aus einem mittels roll-up-Technologie hergestellten dreidimensionalen Bauelement, welches alle funktionellen und strukturellen Bestandteile für eine vollständige Funktionsfähigkeit aufweist, wobei mindestens ein funktioneller oder struktureller Bestandteil ein mindestens teilweise innerhalb eines umhüllenden Bauteils mindestens teilweise frei bewegliches Bauteil ist, welches mindestens um eine seiner Achsen rotierbar angeordnet ist.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf die Gebiete der Elektrotechnik, der Werkstofftechnik und des Maschinenbaus und betrifft dreidimensionale Mikro-Bauelemente, welche als elektromagnetische und magnetomechanische Energiewandler, als mikromagnetischer Motor oder Generator eingesetzt werden können, und ein Verfahren zu ihrer Herstellung.
  • Es sind zahlreiche elektromagnetische Maschinen im täglichen Leben und in der industriellen Produktion im Einsatz. Ihre Effizienz nähert sich 100 % an. Die dabei eingesetzten Motoren weisen eine große Vielfalt auf und basieren auf verschiedenen Funktionsprinzipien, und sind damit beispielsweise Induktionsmotoren, Synchronmotoren oder Wechselstrommotoren mit Permanentmagneten, Wechsel- oder Gleichstrommaschinen. Mit derartigen Motoren soll elektrische Leistung/Kräfte in mechanische Leistung/Kräfte mit möglichst hoher Effektivität umgewandelt werden, unabhängig von ihrer Größe und Form.
    Jedoch ist insbesondere die Miniaturisierung derartiger Motoren oder Generatoren deshalb schwierig, da durch die Verringerung der Abmessungen sich das Drehmoment dieser elektromagnetischen Maschinen stark verringert wird und damit die Effektivität der Maschinen deutlich abnimmt. Unterhalb von Abmessungen im mm-Bereich ist die Effektivität so gering, dass eine Nutzung unrentabel ist und die Herstellung der Maschinen deutlich teurer ist. Hinzu kommt, dass die Herstellung verschiedener Einzelkomponenten, wie Gleitkontakte, Magneten, Elektroden usw., in derart miniaturisiertem Maßstab nach wie vor sehr schwierig und damit für Massenproduktionen zu teuer ist.
  • Das selbstständige Aufrollen von verspannten Dünnschichtkondensatoren, wenn diese von einem Substrat abgelöst werden, ist gemäß EP 2 023 357 B1 bekannt.
  • Ebenfalls sind die Herstellung von gerollten Widerständen (F. Cavallo, et al: Applied Physics Letters, Bd. 93, Nr. 14, S. 143113-143113-3, Okt. 2008) oder die Herstellung von aufgewickelten thermoelektrischen Bauelementen ( DE 10 2008 040 472 A1 ) bekannt.
  • Gemäß S. Mendach, et al: Physica E: Low-dimensional Systems and Nanostructures, Bd. 23, Nr. 3-4, S. 274-279, Juli 2004 ist die Herstellung von gekrümmten zweidimensionalen elektronischen Systemen in InGaAs/GaAs-Mikroröhren bekannt.
  • Zur Messung der in elektrischen Maschinen oder Magnetlagern vorhandenen maximalen Luftspaltinduktion sind starre, nicht verformbare Sensoren bekannt, die den Hall-Effekt ausnutzen. Für diese Anwendungen ist insbesondere die Sensordicke von Bedeutung, die bei minimal 250 µm zuzüglich 150 µm für die Ankontaktierung zur Signalabführung liegt.
  • Verschiedene Untersuchungen sind weiterhin für den Einsatz von starren Hallsensoren in rotierenden (Bleuler et al., Automatica Vol. 30 No. 5, S. 871-876) und nicht rotierenden (Yi et al., Proceedings of the 34th Conference on Decision and Control, New Orleans 1995) Anwendungen bekannt.
  • Zur flussbasierten Regelung von Asynchronmotoren wurde auch der Einsatz von Mikro-Elektromechanischen Systemen (MEMS) vorgeschlagen (Nerguizian et al., European Micro and Nano Systems, EMN 2004, Paris ISBN: 2-84813-037-7).
  • Diese MEMS sind jedoch nicht weitverbreitet eingesetzt, da sie noch eine zu geringe Effektivität aufweisen, ihre Geometrie noch nicht an die gewünschten Anforderungen anpassbar ist und sie auch noch nicht störungsfrei arbeiten. Insbesondere behindert auch die noch zu geringe Antriebskraft ihren Einsatz.
  • Anderer MEMS basieren beispielsweise auf piezoelektrischen Aktuatoren mit Abmessungen unter 1 mm (10.1109/JMEMS.2004.828736). Eine weitere Miniaturisierung dieser MEMS ist aber auch aufgrund von sich durch die Miniaturisierung ändernden physikalischen Eigenschaften dieser MEMS begrenzt und ihre Herstellung wird deutlich schwieriger oder ist nicht möglich.
  • Der Nachteil dieser bekannten Lösungen ist, dass die Effektivität der elektromechanischen Maschinen mit Verringerung der Abmessungen stark abnimmt und die Herstellungsverfahren mit der Verringerung der Abmessungen deutlich teurer und aufwändiger werden.
  • Weiterhin ist bekannt, die Luftspaltinduktion über Sensorspulen zu messen, die um den Magnetlagerstatorpol oder um den Statorzahn einer elektrischen Maschine gewickelt sind (Schweitzer, G. et al.: Magnetic Bearings. Theory, Design and Application to Rotating Machinery. Springer, Berlin, 2009).
  • Aufgabe der vorliegenden Lösung ist es, dreidimensionale Mikro-Bauelemente anzugeben, die auch bei Abmessungen im Mikrobereich und darunter eine hohe Effizienz aufweisen und ein einfaches und preiswertes Verfahren zur ihrer Herstellung auch für die Massenproduktion.
  • Die Aufgabe wird mit den in den Patentansprüchen enthaltenen Merkmalen gelöst, wobei die Erfindung auch Kombinationen der einzelnen abhängigen Patentansprüche im Sinne einer UND-Verknüpfung mit einschließt, solange sie sich nicht gegenseitig ausschließen.
  • Die erfindungsgemäßen dreidimensionalen Mikro-Bauelemente bestehen mindestens aus einem mittels roll-up-Technologie hergestellten dreidimensionalen Bauelement, welches alle funktionellen und strukturellen Bestandteile für eine vollständige Funktionsfähigkeit aufweist, wobei mindestens ein funktioneller oder struktureller Bestandteil ein mindestens teilweise innerhalb eines umhüllenden Bauteils mindestens teilweise frei bewegliches Bauteil ist, welches mindestens um eine seiner Achsen rotierbar angeordnet ist.
  • Vorteilhafterweise sind die funktionellen und strukturellen Bestandteile für Motoren, Generatoren, Sensoren, insbesondere magnetische Sensoren, die die Effekte von MR, GMR, TMR und/oder Hall-Effekte, Spin-Effekte oder Induktion ausnutzen, für Pumpen, Dioden, Kondensatoren, Widerstände, Piezobauelemente, optische Bauelemente, wie Linsen, Wellenleiter, Gitter, und/oder Turbinen, Transistoren und/oder Aktoren, in Prothesen und/oder in der Mikrofluidik vorhanden.
  • Weiterhin vorteilhafterweise sind als funktionelle Bestandteile Rotoren, Statoren, Wicklungen, elektrische und/oder elektronische Bauteile, elektrische Kontaktierungen vorhanden.
  • Ebenfalls vorteilhafterweise bestehen die funktionellen und/oder strukturellen Bestandteile ganz oder teilweise aus metallischen Materialien, wie Kupfer, Gold, und/oder aus magnetischen Materialien, und/oder aus Halbleitermaterialien, und/oder aus Polymermaterialien, und/oder aus Isolatormaterialien, wobei noch vorteilhafterweise als magnetisches Material ein ferromagnetisches oder ferrimagnetisches oder paramagnetisches Material vorhanden ist, welches Co, Fe, Nd, Ni, oder Co-, Fe-, Nd- oder Ni-Basislegierungen oder aus Legierungen dieser Materialien ist.
  • Und auch vorteilhafterweise sind die Bauelemente strukturell aus einem flächigen Multischichtsystem aufgebaut.
  • Vorteilhaft ist es auch, wenn für einen Motor oder Generator oder Sensor oder Aktor mindestens ein Rotor frei beweglich in einem Stator vorhanden ist, und weiterhin alle weiteren funktionellen und strukturellen Bestandteile für eine vollständige Funktionsfähigkeit als Motor oder Generator vorhanden sind.
  • Ebenfalls vorteilhaft ist es, wenn die Bauelemente fest auf einem Substrat positioniert sind, vorteilhafterweise auf dem Substrat, auf dem sie hergestellt worden sind.
  • Weiterhin vorteilhaft ist es, wenn die Bauelemente mindestens eine Außenabmessung aufweisen, die kleiner/gleich 0,5 mm, vorteilhafterweise von kleiner/gleich 0,1 mm, noch vorteilhafterweise im Sub-mikrometer von kleiner/gleich 200 µm, vorteilhafterweise von kleiner/gleich 1 µm ist.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung von Mikro-Bauelementen wird mindestens ein dreidimensionales Mikro-Bauelement mittels roll-up-Technologie auf einem Substrat hergestellt, wobei das mindestens eine dreidimensionale Mikro-Bauelement mit allen funktionellen und strukturellen Bestandteilen innerhalb des Gesamtverfahrens vollständig hergestellt wird und nach der Herstellung vollständig funktionsfähig ist und wobei bei dem dreidimensionalen Mikro-Bauelement mindestens ein teilweise innerhalb eines umhüllenden Bauteils mindestens teilweise frei bewegliches Bauteil mittels roll-up-Technologie hergestellt wird, welches mindestens um eine seiner Achsen rotierbar hergestellt wird.
  • Vorteilhafterweise wird eine Vielzahl an gleichen und/oder unterschiedlichen dreidimensionalen Mikro-Bauelementen gleichzeitig auf einem Substrat hergestellt.
  • Weiterhin vorteilhafterweise werden für die einzelnen dreidimensionalen Mikro-Bauelemente auf einem Substrat mindestens eine Opferschicht und darauf mehrere gleich oder unterschiedlich aufgebaute und strukturierte Schichtsysteme aufgebracht und durch die teilweise oder vollständige Entfernung der Opferschicht oder Opferschichten die einzeln aufgebrachten Schichtsysteme zu Multischichtsystemen aufgerollt.
  • Ebenfalls vorteilhafterweise wird zur Herstellung eines Motors oder Generators oder Sensors oder Aktors ein Schichtsystem auf ein Substrat mit mindestens einer Opferschicht aufgebracht, bei dem die Schichten für die mindestens teilweise umhüllten funktionellen und strukturellen Bestandteile zuerst aufgerollt werden, und nachfolgend die Schichten für die mindestens teilweise umhüllenden funktionellen und strukturellen Bestandteile aufgerollt werden.
  • Und auch vorteilhaftweise wird zur Herstellung von vollständig frei beweglichen Bauteilen mindestens teilweise innerhalb eines umhüllenden Bauteils nach dem Schichtsystem zur Herstellung des umhüllenden Bauteils mindestens eine weitere Opferschicht aufgebracht und darauf das Schichtsystem für das frei bewegliche Bauteil aufgebracht, wobei noch vorteilhafterweise mindestens eine Schicht anstelle einer Opferschicht oder unter oder auf einer Opferschicht verspannt aufgebracht wird, wobei bei einem Schichtstapel ein Verspannungsgradient über die Höhe des Schichtstapels aufgebaut wird, und die Verspannung zum Aufrollen der Schichtstapel gelöst wird, oder die mindestens eine Schicht zum Aufrollen verspannt wird, wobei ebenfalls noch vorteilhafterweise als diese eine Schicht ein Hydrogel oder eine Polymerschicht aufgebracht werden.
  • Mit der erfindungsgemäßen Lösung sind erstmals dreidimensionale Mikro-Bauelemente angebbar, die auch bei Abmessungen im Mikrobereich und darunter eine hohe Effizienz aufweisen, und derartige Mikro-Bauelemente können erstmals durch ein einfaches und preiswertes Verfahren, auch in einer Massenproduktion, hergestellt werden.
  • Erreicht wird dies durch dreidimensionale Mikro-Bauelemente, die mittels roll-up-Technologie hergestellt worden sind und damit dreidimensionale Bauelement sind.
  • Unter der Roll-up-Technologie soll erfindungsgemäß ein Verfahren verstanden werden, bei dem Schichten auf ein Substrat aufgebracht werden, die sich nachfolgend beim kontrollierten Ablösen vom Substrat von selbst aufrollen. Der Mechanismus des selbstständigen Aufrollens wird beispielsweise durch Aufbringen der Schichten in einem Verspannungszustand und nachfolgendes mechanisches Entspannen durch Ablösen der Schichten vom Substrat oder durch Entfernen einer Opferschicht oder durch Verspannen einer Schicht realisiert.
  • Gemäß der erfindungsgemäßen Lösung ist es von besonderer Bedeutung, dass die dreidimensionalen Mikro-Bauelemente alle funktionellen und strukturellen Bestandteile für eine vollständige Funktionsfähigkeit aufweist.
  • Ebenso ist es erfindungsgemäß von besonderer Bedeutung, dass bei dem dreidimensionalen Mikro-Bauelement mindestens ein funktioneller oder struktureller Bestandteil vorhanden ist, der ein mindestens teilweise innerhalb eines umhüllenden Bauteils mindestens teilweise frei bewegliches Bauteil ist, welches mindestens um eine seiner Achsen rotierbar angeordnet ist.
  • Dies bedeutet, dass die erfindungsgemäßen dreidimensionalen Mikro-Bauelemente nach ihrer Herstellung in einem Gesamtherstellungsverfahren alle für die jeweilige Funktion notwendigen funktionellen und strukturellen Bestandteile aufweisen.
  • Solche funktionellen und strukturellen Bestandteile sind erfindungsgemäß vorteilhafterweise für Motoren, Generatoren, Sensoren, insbesondere magnetische Sensoren, die die Effekte von MR, GMR, TMR und/oder Hall-Effekte, Spin-Effekte oder Induktion ausnutzen, für Pumpen, Dioden, Kondensatoren, Widerstände, Piezobauelemente, optische Bauelemente, wie Linsen, Wellenleiter, Gitter, und/oder Turbinen, Transistoren und/oder Aktoren, in Prothesen und/oder in der Mikrofluidik vorhanden.
  • Dabei können ebenfalls vorteilhafterweise als funktionelle Bestandteile Rotoren, Statoren, Wicklungen, elektrische und/oder elektronische Bauteile, elektrische Kontaktierungen vorhanden sein.
  • Die funktionellen und/oder strukturellen Bestandteile können vorteilhafterweise ganz oder teilweise aus metallischen Materialien, wie Kupfer, Gold, und/oder aus magnetischen Materialien, und/oder aus Halbleitermaterialien, und/oder aus Polymermaterialien, und/oder aus Isolatormaterialien bestehen.
    Als Polymermaterialien können beispielsweise organische und anorganische Polymere, wie Polyimide, Polyethylene, Parylene, eingesetzt werden.
  • Ebenso können vorteilhafterweise die funktionellen und/oder strukturellen Bestandteile aus magnetischen Materialien, wie ferromagnetischen oder ferrimagnetischen oder paramagnetischen Materialien vorhanden sein, wie Co, Fe, Nd, Ni, oder Co-, Fe-, Nd- oder Ni-Basislegierungen oder aus Legierungen dieser Materialien.
  • Dabei sind bei der erfindungsgemäßen Lösung die dreidimensionalen Mikro-Bauelemente strukturell aus einem flächigen Multischichtsystem aufgebaut.
    Dies bedeutet, dass auf ein Substrat ein System aus Schichten strukturiert aufgebracht wird, welche dann in gewünschter Art und Weise aufrollen und dann ein erfindungsgemäßes dreidimensionales Mikro-Bauelement bilden. Dabei ist von besonderer Bedeutung, dass alle funktionellen und strukturellen Bestandteile des gewünschten erfindungsgemäßen dreidimensionalen Mikro-Bauelementes in einem einzigen Gesamtherstellungsverfahren hergestellt werden.
  • Für den Fall, dass das erfindungsgemäße dreidimensionale Mikro-Bauelement Motor oder Generator oder Sensor oder Aktor mit mindestens einem frei beweglichen Rotor in einem den Rotor mindestens teilweise umhüllenden Stator ist, werden alle für die Herstellung aller weiteren funktionellen und strukturellen Bestandteile für eine vollständige Funktionsfähigkeit als Motor oder Generator oder Sensor oder Aktor als Schichtsysteme auf ein Substrat aufgebracht und aufgerollt und sind dann als fertiges Bauelement vollständig einsatzfähig.
  • Die erfindungsgemäßen dreidimensionalen Mikro-Bauelemente können dabei fest auf einem Substrat positioniert sein, vorteilhafterweise auf dem Substrat, auf dem sie hergestellt worden sind, oder von dem Substrat, auf dem sie hergestellt worden sind, abgelöst und auf ein anderes Substrat an eine gewünschte Stelle positioniert werden.
  • Die erfindungsgemäßen dreidimensionalen Mikro-Bauelemente weisen dabei vorteilhafterweise mindestens eine Außenabmessung auf, die kleiner/gleich 0,5 mm, vorteilhafterweise von kleiner/gleich 0,1 mm, noch vorteilhafterweise im Sub-mikrometer von kleiner/gleich 200 µm, vorteilhafterweise von kleiner/gleich 1 µm ist.
  • Erfindungsgemäß hergestellt werden die dreidimensionalen Mikro-Bauelemente, indem mindestens ein solches dreidimensionales Mikro-Bauelement mittels roll-up-Technologie auf einem Substrat hergestellt wird.
  • Dabei ist es für die erfindungsgemäße Lösung besonders vorteilhaft, dass eine Vielzahl an gleichen und/oder unterschiedlichen dreidimensionalen Mikro-Bauelementen gleichzeitig auf einem Substrat hergestellt werden.
  • Von besonderer Bedeutung ist erfindungsgemäß, dass das mindestens eine dreidimensionale Mikro-Bauelement mit allen funktionellen und strukturellen Bestandteilen innerhalb des Gesamtverfahrens vollständig hergestellt wird und nach der Herstellung vollständig funktionsfähig ist.
  • Dabei weisen die erfindungsgemäßen dreidimensionalen Mikro-Bauelemente mindestens ein teilweise innerhalb eines umhüllenden Bauteils mindestens teilweise frei bewegliches Bauteil auf, welches mittels roll-up-Technologie hergestellt wird, und welches mindestens um eine seiner Achsen rotierbar hergestellt wird.
  • Dabei werden erfindungsgemäß auf einem Substrat vorteilhafterweise mindestens eine Opferschicht und darauf mehrere gleich oder unterschiedlich aufgebaute und strukturierte Schichtsysteme aufgebracht und durch die teilweise oder vollständige Entfernung der Opferschicht rollen sich die einzeln aufgebrachten Schichtsysteme selbstständig auf.
    Dies kann besonders effektiv realisiert werden, wenn die Schichten auf die Opferschicht verspannt aufgebracht worden sind, wobei bei einem Schichtstapel auch ein Verspannungsgradient über die Höhe des Schichtstapels aufgebaut werden kann.
    Das Aufrollen kann dann durch Lösen der Verspannung ausgelöst werden.
    Ebenso kann mindestens eine weitere Schicht auf das Substrat, auf und/oder unter eine Opferschicht aufgebracht werden, die zum Auslösen des Aufrollens verspannt wird. Als eine solche weitere Schicht kann ein Hydrogel oder eine Polymerschicht aufgebracht werden.
  • Unter Opferschicht soll im Rahmen der vorliegenden Erfindung eine Schicht verstanden werden, die teilweise oder vollständig vom Substrat und/oder dem aufgerollten Schichtstapel entfernt wird und/oder die derart modifiziert wird, dass diese Modifizierung das Aufrollen des Schichtstapels bewirkt. Die Modifizierung kann beispielsweise durch Änderung von Temperatur oder Druck oder durch Auslösen einer chemischen Reaktion realisiert werden.
  • Für den Fall der Herstellung eines Motors oder Generators oder Sensors oder Aktors als erfindungsgemäßes dreidimensionales Mikro-Bauelement wird ein Schichtsystem auf ein Substrat mit mindestens einer Opferschicht aufgebracht, bei dem die Schichten für die mindestens teilweise umhüllten funktionellen und strukturellen Bestandteile zuerst aufgerollt werden, und nachfolgend die Schichten für die mindestens teilweise umhüllenden funktionellen und strukturellen Bestandteile aufgerollt werden.
    Als Opferschicht kann auch eine oder mehrere weitere Schichten zum Auslösen des Aufrollens aufgebracht werden.
  • Insbesondere wird erfindungsgemäß zur Herstellung von vollständig frei beweglichen Bauteilen mindestens teilweise innerhalb eines umhüllenden Bauteils nach dem Schichtsystem zur Herstellung des umhüllenden Bauteils mindestens eine weitere Opferschicht oder weitere Schicht aufgebracht und darauf das Schichtsystem für das frei bewegliche Bauteil aufgebracht. Danach werden erst das Schichtsystem für das vollständig frei bewegliche Bauteil aufgerollt und danach das Schichtsystem für das umhüllende Bauteil, so dass beispielsweise der Rotor innerhalb eines Stators nach dem Aufrollen angeordnet ist.
  • Ebenfalls vorteilhafterweise werden erfindungsgemäß die dreidimensionalen Mikro-Bauelemente fest auf einem Substrat positioniert hergestellt
    Dies führt zu einer deutlichen Verbesserung der Effizienz des Herstellungsverfahrens und gleichzeitig zu einer Vereinfachung der Positionierung der gewünschten dreidimensionalen Mikro-Bauelemente auf einem Substrat für die nachfolgende Verwendung.
  • Ein besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht in der Angabe und Herstellung von dreidimensionalen Mikro-Bauelementen aus mehreren funktionellen und strukturellen Bestandteilen, die frei bewegliches und für ihre Funktion stofflich nicht miteinander verbunden sein dürfen, wie beispielsweise bei einem Rotor und Stator in einem Motor oder Generator mit rotatorischer oder linearer Bewegung. Um ein solches dreidimensionales Mikro-Bauelement herzustellen, kann erfindungsgemäß das Aufrollen von zwei Schichtstapeln oder Schichten gegenläufig durchgeführt werden.
  • Die Herstellung eines erfindungsgemäßen dreidimensionalen Mikro-Bauelementes aus mehreren Bestandteilen ist gerade erfindungsgemäß in einem Gesamtherstellungsverfahren ohne zusätzliche Arbeitsschritte möglich, wobei nach der Herstellung auch alle elektrischen oder Medien-Anschlüsse vollständig vorhanden sind und so die Funktionsfähigkeit des dreidimensionalen Mikro-Bauelementes direkt nach dem Herstellungsverfahren vollständig vorhanden ist.
  • Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn die Herstellung der dreidimensionalen Mikro-Bauelemente gleich auf dem Substrat erfolgt, auf dem die spätere Verwendung erfolgen soll, da dann das dreidimensionale Mikro-Bauelement gleich an der künftigen Position auf dem Substrat mit der Verbindung aller elektrischen und Medien-Anschlüsse realisiert wird.
  • Damit eignet sich das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren insbesondere für die Massenproduktion von gleichen und/oder unterschiedlichen dreidimensionalen Mikro-Bauelementen in einem Gesamtverfahren und vorteilhafterweise direkt am Ort der weiteren Verwendung.
  • Die Erfindung wird nachfolgend an mehreren Ausführungsbeispielen näher erläutert.
  • Dabei zeigen
    • 1. das Layout für die Schichten eines erfindungsgemäßen Stators eines Motors mit (a) Hydrogelschicht des Stators (b) einer Polyimidschicht des Stators (c) einer Hydrogelschicht des Rotors (d) einer Polyimidschicht des Rotors (e) Schichtstapel, Ansicht von der Substratseite aus; die Opferschichten sind nicht dargestellt,
    • 2. Eine prinzipielle Darstellung der Verfahrensabfolge zur erfindungsgemäßen Herstellung eines Mikromotors als erfindungsgemäßes dreidimensionales Mikro-Bauelement mit
      1. (a) der Darstellung des anfänglichen Aufbaus des Schichtstapels
      2. (b) der Darstellung des aufgerollten Rotors auf den Statorschichten,
      3. (c) der Darstellung des Aufrollens der Statorschicht (zu 50 % fertig),
      4. (d) der Darstellung des aufgerollten Stators,
      5. (e) der Ansicht des Querschnittes des Mikromotors mit Rotor und Stator, welche mittels roll-up-Technologie hergestellt worden sind.
  • Beispiel1
  • Ein Substrat aus Siliciumdioxid mit den Abmessungen 100 × 100 mm2 und einer Dicke von 1 mm wird für 1 h 30 min in einen Geschirrspüler mehrmals mit den Tensiden (anionischen und ionischen) und DI-Wasser gespült.
  • Auf die Substratoberfläche wird vollflächig eine Monoschicht aus 3-(Trimethoxylyl)-Propylmethacrylat (Polysciences Europe GmbH) als Adhäsionsschicht aufgebracht, indem die Substraten für insgesamt 3 h im Vakuum bei 150C mit dem Dampf von den Silanmolekülen und Waser gelassen wurden.
  • i) Auf diese Adhäsionsschicht wird vollflächig als Opferschicht eine Schicht aus Acrylsäure (AA)(Alfa Aesar) und hydriertem La3+ (Alfa Aesar) aufgebracht. Dazu wird eine Mischung von 30 g AA mit 15 g LaCl3 in Wasser hergestellt, die zu einem Niederschlag von LaAA bei einem erhöhten pH-Wert der Lösung von 10 führt. Dieser Niederschlag wird durch Filterpapier in einem Exicator gesammelt, wo dieser Niederschlag bei 40 °C für 10 h getrocknet wird. Weiter wird das erhaltene Material in AA gelöst und bei einer Konzentration von 25 Gew.-% mit 2 Gew.-% 2-Benzyl-2-(dimethylamino)-4-morpholinobutyrophenon und 3 Gew.-% Methyldiethynolamin (Sigma-Adrich Co. LLC., Deutschland) photosensibilisiert. Aus dieser Opferschichtlösung wird mittels Spin-Coating bei 3500 U/min für 35 s eine 200 nmdicken Schicht hergestellt. Die Trocknung wird bei 60 °C für 5 min durchgeführt und anschließend erfolgt die Strukturierung durch eine Behandlung mit einer 405 nm Quecksilber h-Linie (20 mW/cm2) für 3 min durch eine Glass/Cr-Blende durch Einsatz einer SUSS MA45 (Karl Suss KG - GmbH & Co, München-Garching, Deutschland) Blenden-Justiervorrichtung. Die Entwicklung erfolgt in DI-Wasser für 15 s mit nachfolgendem Spülen in (1-Methoxy-2-Propyl)-Acetat (Sigma-Aldrich Co. LLC., Deutschland). Schließlich werden die Proben bei 220 °C für 5 min bei Stickstoff-Atmosphäre getempert, um alle Lösungsmittelreste zu entfernen und den Schicht zu stabilisieren.
  • ii) Auf die Adhäsionsschicht wird eine polymere Quellschicht in einer Form gemäß 1 (a) aufgebracht, die aus einer Reaktion von N-(2-Hydroxyehtyl) acrylamid (HEAA) und Poly(ethylen-alt-maleic-Anhydrid) (PEMA) in N,N-Dimthylacetamid (DMAc) hergestellt wird, wobei das DMAc durch eine 2 Gew.-% 2-Benzyl-2-(dimethylamino)-4-morpholinobutyrophenon (Sigma-Adrich Co. LLC., Deutschland). 6 g PEMA wird in 50 ml DMAc gelöst und 5,8 g HEAA hinzugegeben. Die Reaktion erfolgt für 10 h bei Raumtemperatur. Diese Lösung wird beim 4000 - 8000 U/min mittels Spin-Coating auf die Opferschicht aufgeschleudert. Die Dicke der daraus resultierenden Quellschicht beträgt 1000 - 300 nm. Nach der Trocknung der polymeren Quellschicht bei 60 °C für 5 min wird der Schichtstapel auf dem Substrat für 1,5 min 405 nm Quecksilber h-Linie (20 mW/cm2) durch eine Glass/Cr Blende durch Einsatz einer SUSS MA45 (Karl Suss KG - GmbH & Co, München-Garching, Deutschland) einer Blenden-Justiervorrichtung ausgesetzt. Durch die Blende erfolgt die Belichtung in der Quellschicht in Form gemäß 1 (a). Die Entwicklung der Mischung wird in einem Volumenteil DMAc und 2 Volumenteilen Propylencarbonat (Sigma-Aldrich Co. LLC., Deutschland) für 30 s durchgeführt mit nachfolgendem Spülen in Isopropanol. Schließlich wird der Schichtstapel auf dem Substrat bei 200 °C für 5 min in Stickstoff-Atmosphäre getempert, um überschüssige Lösungsmittel zu entfernen.
  • Die differentielle Spannung wird in der Quellschicht (Hydrogel) durch Quellen in einem wässrigen Medium erreicht. Das Quellen der Quellschicht wird realisiert, nachdem der gesamte Schichtstapel aufgebracht ist. Während des Quellens wird dadurch die Opferschicht vollständig entfernt und damit der aufgerollte Schichtstapel von dem Substrat abgelöst. Die Adhäsionsschicht verbleibt im unveränderten Zustand.
  • iii) Als Statorschicht wird eine Polyimid-Schicht auf die Quellschicht aufgebracht ( 1 (b)). Das photosensitive Polyimid wird durch die Reaktion von 3,3',4,4'-Benzphenontetracarboxyl-Dianhydrid (BPDA) und 3,3'-Diaminodiphenyl Sulfone (DADPS) in N,N-Dimethylacetamid (DMAc) hergestellt, mit DimethylaminoethylMethacrylat (DMAEMA) und mit 2 Gew.-% 2-Benzyl-2-(dimethylamino)-4-morpholinobutyrophenon (Sigma-Aldrich Co. LLC., Deutschland) photosensiviert. Die Polyimidsynthese wurde durch Lösung von 9,93 g DADPS in 20 ml DMAc mit einem nachfolgenden Hinzufügen von 12,8 g BPDA durchgeführt. Nachdem die Mischung für 12 h bei 70 °C gerührt wurde, wurde die Lösung von Polyamidsäure (PAA) in DMAc erreicht. Die Lösung von PAA wird durch Reaktion mit 12,5 g DMAEMA neutralisiert. Das Polyimid wurde mittels Spin-Coating bei 2000 - 8000 U/min für 35 s als zweite Trägerschicht vollflächig in rechteckiger Form auf die Quellschicht aufgeschleudert. Es entsteht eine Polyimidschicht mit einer Dicke von 1700 - 500 nm. Nach Trocknung der Polyimidschicht erfolgt die Belichtung durch eine Glass/Cr Blende in Form gemäß 1 (b), wobei bei 60 °C für 5 min die Probe für 1,5 min 405 nm Quecksilber h-Linie (20 mW/cm2) durch Einsatz einer SUSS MA45 (Karl Suss KG - GmbH & Co, München-Garching, Deutschland) einer Blenden-Justiervorrichtung zur Strukturierung ausgesetzt wird. Die Entwicklung erfolgt in einer Mischung von einem Volumenteil 1-Ethyl-2-Pyrrolidon, 0,58 Volumenteile Methylalkohol und 0,5 Volumenteile Diethylenglycolmonoethylether für 1 min mit nachfolgendem Spülen in Propylenglycolmonomethyletheracetat (Sigma-Aldrich Co. LLC., Deutschland).
    Die Immidizierung der Polyimidschicht wird durchgeführt, indem auf einer Heizplatte bei 220 °C für 5 min unter Stickstoffatmosphäre gleichzeitig die überschüssigen Lösungsmittel entfernt werden.
  • Nachfolgend wird auf den Schichtstapel, der nach dem Aufrollen den Stator bildet, der Schichtstapel für den Rotor aufgebracht.
    Dazu werden in gleicher Abfolge zuerst vollflächig für dem Rotorschichtstapel (2 (a)) als Opferschicht eine Schicht aus Acrylsäure (AA)(Alfa Aesar) und hydriertem La3+ (Alfa Aesar) aufgebracht. Die Zusammensetzung und Herstellung erfolgt gemäß den Angaben unter i). Anschließend wird eine polymere Quellschicht gemäß der Zusammensetzung und Herstellung, wie unter ii) angegeben, für den Schichtstapel des Rotors aufgebracht. Weiter erfolgt dann die Aufbringung der Polyimid-Schicht als Rotorschicht gemäß iii) und 1 (e).
    Anschließend wird durch selektives Ätzen der Opferschicht und Quellen der Quellschicht in einer Lösung von 0,5 M Natriumdiethylenetriaminpentaacetat (DTPA)
    (Alfa Aesar, UK) zuerst das bisherige planare 2D-Layout des Schichtstapels des Rotors aufgerollt (2 (b)).
  • Anschließend wird durch weiteres selektives Ätzen der Opferschicht und Quellen der Quellschicht in einer Lösung von 0,5 M Natriumdiethylenetriaminpentaacetat (DTPA) (Alfa Aesar, UK) das bisherige planare 2D-Layout des Stators in eine 3D-Schweizer Rolle aufgerollt (self-assembly).
  • Nach dem Ätzprozess werden die Strukturen in DI-Wasser gewaschen und anschließend in eine Lösung von DI-Wasser und Isopropanol im Verhältnis 1:5 für 10 min gegeben und schließlich bei Umgebungsbedingungen getrocknet.
  • Während und/oder nach dem Aufbringen der Schichtstapel für den Mikromotor wird ein strukturierter Schichtstapel zur Herstellung eines Sensors bestehend aus Ta(2 nm)/[Co(0.6 nm)/Pt(1 nm)]×5/Cu(1,8 nm)/[Co(0.6 nm)/Pt(1 nm)]×5/Co(0.6 nm)/IrMn(5 nm)/Ta(2 nm), mittels Magnetron-Sputter-Abscheidung in einer Hochvakuumkammer (Basisdruck: 4×10-7 mbar; Ar-Sputter-Druck: 6×10-4 bar; Abscheidungsrate: 0,2 Å/s) in Gegenwart eines homogenen Magnetfeldes von 40 mT zur Erzeugung der magnetischen Anisotropie auf die Polyimidschicht neben den Schichtstapel des Mikromotors aufgebracht. Gemeinsam mit dem Schichtstapel des Mikromotors oder danach wird der Schichtstapel für den Sensor aufgerollt und kann dann gemeinsam mit dem Mikromotor auf ein anderes Substrat transportiert und dort funktionell positioniert werden.
  • Mit dem so hergestellten dreidimensionalen Mikromotor können beispielsweise Pumpen für Blut oder andere Mikrofluide angetrieben oder Operationsbewegungen im Mikrometerbereich ausgeführt werden.
  • Das einzelne Mikro-Bauelement hat einen geringen Raumbedarf und arbeitet gegenüber einem vergleichbaren Bauelement nach dem Stand der Technik effizienter, ist einfacher herstellbar und die Herstellung ist kostengünstiger.
  • Beispiel 2
  • Gemäß Beispiel 1 hergestellte Mikromotoren können auf einem Substrat in einem einzigen Herstellungsprozess über das gesamte Substrat von 100×100 mm2 gleichzeitig 35 Motoren hergestellt werden. Dazu können die einzelnen Schichten mit den jeweiligen Blenden einzeln nacheinander oder mit einer Blende mit allen 35 Formen jeweils strukturiert und hergestellt werden.
    Im Falle der Einzelstrukturierungen können auch unterschiedliche Formen und Größen der Mikromotoren auf dem Substrat hergestellt werden.
    Sofern die hergestellten Mikromotoren vollständig von dem Substrat gelöst werden, können auf dem gleichen Substrat weitere erfindungsgemäße Mikro-Bauelemente hergestellt werden.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • EP 2023357 B1 [0003]
    • DE 102008040472 A1 [0004]
  • Zitierte Nicht-Patentliteratur
    • F. Cavallo, et al: Applied Physics Letters, Bd. 93, Nr. 14, S. 143113-143113-3, Okt. 2008 [0004]
    • Gemäß S. Mendach, et al: Physica E: Low-dimensional Systems and Nanostructures, Bd. 23, Nr. 3-4, S. 274-279, Juli 2004 [0005]
    • Yi et al., Proceedings of the 34th Conference on Decision and Control, New Orleans 1995 [0007]
    • Nerguizian et al., European Micro and Nano Systems, EMN 2004, Paris ISBN: 2-84813-037-7 [0008]

Claims (16)

  1. Dreidimensionale Mikro-Bauelemente, mindestens bestehend aus einem mittels roll-up-Technologie hergestellten dreidimensionalen Bauelement, welches alle funktionellen und strukturellen Bestandteile für eine vollständige Funktionsfähigkeit aufweist, wobei mindestens ein funktioneller oder struktureller Bestandteil ein mindestens teilweise innerhalb eines umhüllenden Bauteils mindestens teilweise frei bewegliches Bauteil ist, welches mindestens um eine seiner Achsen rotierbar angeordnet ist.
  2. Dreidimensionale Mikro-Bauelemente nach Anspruch 1, bei denen die funktionellen und strukturellen Bestandteile für Motoren, Generatoren, Sensoren, insbesondere magnetische Sensoren, die die Effekte von MR, GMR, TMR und/oder Hall-Effekte, Spin-Effekte oder Induktion ausnutzen, für Pumpen, Dioden, Kondensatoren, Widerstände, Piezobauelemente, optische Bauelemente, wie Linsen, Wellenleiter, Gitter, und/oder Turbinen, Transistoren und/oder Aktoren, in Prothesen und/oder in der Mikrofluidik vorhanden sind.
  3. Dreidimensionale Mikro-Bauelemente nach Anspruch 1, bei denen als funktionelle Bestandteile Rotoren, Statoren, Wicklungen, elektrische und/oder elektronische Bauteile, elektrische Kontaktierungen vorhanden sind.
  4. Dreidimensionale Mikro-Bauelemente nach Anspruch 1, bei denen die funktionellen und/oder strukturellen Bestandteile ganz oder teilweise aus metallischen Materialien, wie Kupfer, Gold, und/oder aus magnetischen Materialien, und/oder aus Halbleitermaterialien, und/oder aus Polymermaterialien, und/oder aus Isolatormaterialien bestehen.
  5. Dreidimensionale Mikro-Bauelemente nach Anspruch 4, bei denen als magnetisches Material ein ferromagnetisches oder ferrimagnetisches oder paramagnetisches Material vorhanden ist, welches Co, Fe, Nd, Ni, oder Co-, Fe-, Nd- oder Ni-Basislegierungen oder aus Legierungen dieser Materialien ist.
  6. Dreidimensionale Mikro-Bauelemente nach Anspruch 1, bei denen die Bauelemente strukturell aus einem flächigen Multischichtsystem aufgebaut sind.
  7. Dreidimensionale Mikro-Bauelemente nach Anspruch 1, bei denen für einen Motor oder Generator oder Sensor oder Aktor mindestens ein Rotor frei beweglich in einem Stator vorhanden ist, und weiterhin alle weiteren funktionellen und strukturellen Bestandteile für eine vollständige Funktionsfähigkeit als Motor oder Generator vorhanden sind.
  8. Dreidimensionale Mikro-Bauelemente nach Anspruch 1, bei denen die Bauelemente fest auf einem Substrat positioniert sind, vorteilhafterweise auf dem Substrat, auf dem sie hergestellt worden sind.
  9. Dreidimensionale Mikro-Bauelemente nach Anspruch 1, bei denen die Bauelemente mindestens eine Außenabmessung aufweisen, die kleiner/gleich 0,5 mm, vorteilhafterweise von kleiner/gleich 0,1 mm, noch vorteilhafterweise im Sub-mikrometer von kleiner/gleich 200 µm, vorteilhafterweise von kleiner/gleich 1 µm ist.
  10. Verfahren zur Herstellung von Mikro-Bauelementen, bei dem mindestens ein dreidimensionales Mikro-Bauelement mittels roll-up-Technologie auf einem Substrat hergestellt wird, wobei das mindestens eine dreidimensionale Mikro-Bauelement mit allen funktionellen und strukturellen Bestandteilen innerhalb des Gesamtverfahrens vollständig hergestellt wird und nach der Herstellung vollständig funktionsfähig ist und wobei bei dem dreidimensionalen Mikro-Bauelement mindestens ein teilweise innerhalb eines umhüllenden Bauteils mindestens teilweise frei bewegliches Bauteil mittels roll-up-Technologie hergestellt wird, welches mindestens um eine seiner Achsen rotierbar hergestellt wird.
  11. Verfahren nach Anspruch 10, bei dem eine Vielzahl an gleichen und/oder unterschiedlichen dreidimensionalen Mikro-Bauelementen gleichzeitig auf einem Substrat hergestellt wird.
  12. Verfahren nach Anspruch 10, bei dem für die einzelnen dreidimensionalen Mikro-Bauelemente auf einem Substrat mindestens eine Opferschicht und darauf mehrere gleich oder unterschiedlich aufgebaute und strukturierte Schichtsysteme aufgebracht werden und durch die teilweise oder vollständige Entfernung der Opferschicht oder Opferschichten die einzeln aufgebrachten Schichtsysteme zu Multischichtsystemen aufgerollt werden.
  13. Verfahren nach Anspruch 10, bei dem zur Herstellung eines Motors oder Generators oder Sensors oder Aktors ein Schichtsystem auf ein Substrat mit mindestens einer Opferschicht aufgebracht wird, bei dem die Schichten für die mindestens teilweise umhüllten funktionellen und strukturellen Bestandteile zuerst aufgerollt werden, und nachfolgend die Schichten für die mindestens teilweise umhüllenden funktionellen und strukturellen Bestandteile aufgerollt werden.
  14. Verfahren nach Anspruch 10, bei dem zur Herstellung von vollständig frei beweglichen Bauteilen mindestens teilweise innerhalb eines umhüllenden Bauteils nach dem Schichtsystem zur Herstellung des umhüllenden Bauteils mindestens eine weitere Opferschicht aufgebracht und darauf das Schichtsystem für das frei bewegliche Bauteil aufgebracht wird.
  15. Verfahren nach Anspruch 14, bei dem mindestens eine Schicht anstelle einer Opferschicht oder unter oder auf einer Opferschicht verspannt aufgebracht wird, wobei bei einem Schichtstapel ein Verspannungsgradient über die Höhe des Schichtstapels aufgebaut wird, und die Verspannung zum Aufrollen der Schichtstapel gelöst wird, oder die mindestens eine Schicht zum Aufrollen verspannt wird.
  16. Verfahren nach Anspruch 15, bei dem als Schicht ein Hydrogel oder eine Polymerschicht aufgebracht werden.
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102016220024A1 (de) * 2016-10-13 2018-04-19 Leibniz-Institut Für Festkörper- Und Werkstoffforschung Dresden E.V. Verfahren zur herstellung mindestens eines dreidimensionalen bauelementes zur uni-, bi-, tri- oder multidirektionalen messung und/oder generierung von vektorfeldern und dreidimensionales bauelement zur uni-, bi-, tri- oder multidirektionalen messung und/oder generierung von vektorfeldern
DE102017111463B4 (de) * 2017-05-24 2022-11-17 Leibniz-Institut Für Festkörper- Und Werkstoffforschung Dresden E.V. Aufgerollte energiespeicherbauelemente und verfahren zu ihrer herstellung

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4003112A1 (de) * 1989-02-02 1990-10-18 Fraunhofer Ges Forschung Dielektrischer motor mit einer oder mehreren zentralelektroden
US20040119354A1 (en) * 2002-12-10 2004-06-24 Akio Takada MEMS based motor
US20050035671A1 (en) * 2003-08-12 2005-02-17 Akio Takada Method of forming a micro-rotating device, and a micro-rotating device produced by the method
US20090317233A1 (en) * 2008-02-14 2009-12-24 The Charles Stark Draper Laboratory, Inc. Rotary nanotube bearing structure and methods for manufacturing and using the same
EP2023357B1 (de) 2007-08-07 2011-05-25 Max-Planck-Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften e.V. Verfahren zur Herstellung eines Kondensators und Kondensator
US20170162332A1 (en) * 2014-08-26 2017-06-08 Murata Manufacturing Co., Ltd. Capacitor and process for producing thereof

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0921533B1 (de) * 1997-06-26 2007-04-18 Neomax Co., Ltd. Verfahren zur herstellung von laminierten dauermagneten
US6236491B1 (en) * 1999-05-27 2001-05-22 Mcnc Micromachined electrostatic actuator with air gap
US6229684B1 (en) * 1999-12-15 2001-05-08 Jds Uniphase Inc. Variable capacitor and associated fabrication method
US6275325B1 (en) * 2000-04-07 2001-08-14 Microsoft Corporation Thermally activated microelectromechanical systems actuator
US6456420B1 (en) * 2000-07-27 2002-09-24 Mcnc Microelectromechanical elevating structures
DE10159415B4 (de) 2001-12-04 2012-10-04 MAX-PLANCK-Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften e.V. Verfahren zur Herstellung einer Mikrospule und Mikrospule
EP1926679A2 (de) * 2005-09-09 2008-06-04 Koninklijke Philips Electronics N.V. Verfahren zur herstellung eines mikrosystems, dieses mikrosystem, stapel folien mit diesem mikrosystem, elektronisches gerät mit diesem mikrosystem und verwendung des elektronischen geräts
DE102006015492A1 (de) * 2006-04-03 2007-10-04 Robert Bosch Gmbh Mikromechanisches Bauelement, insbesondere Thermogenerator, und Verfahren zur Herstellung eines Bauelementes
WO2008148413A1 (en) 2007-06-08 2008-12-11 Alex Kleiner Rolled- up micro-solenoids and micro-transformers
JP5327433B2 (ja) * 2008-08-22 2013-10-30 ミネベア株式会社 微小回転電気機械のロータ磁石の製造方法
JP5692496B2 (ja) * 2010-04-28 2015-04-01 ミネベア株式会社 積層型樹脂複合磁石膜の製造方法及び径方向空隙型回転電気機械
DE102014223873B3 (de) 2014-11-24 2016-02-04 Leibniz-Institut Für Festkörper- Und Werkstoffforschung Dresden E.V. Verfahren zur Herstellung eines aufgerollten elektrischen oder elektronischen Bauelements

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4003112A1 (de) * 1989-02-02 1990-10-18 Fraunhofer Ges Forschung Dielektrischer motor mit einer oder mehreren zentralelektroden
US20040119354A1 (en) * 2002-12-10 2004-06-24 Akio Takada MEMS based motor
US20050035671A1 (en) * 2003-08-12 2005-02-17 Akio Takada Method of forming a micro-rotating device, and a micro-rotating device produced by the method
EP2023357B1 (de) 2007-08-07 2011-05-25 Max-Planck-Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften e.V. Verfahren zur Herstellung eines Kondensators und Kondensator
US20090317233A1 (en) * 2008-02-14 2009-12-24 The Charles Stark Draper Laboratory, Inc. Rotary nanotube bearing structure and methods for manufacturing and using the same
US20170162332A1 (en) * 2014-08-26 2017-06-08 Murata Manufacturing Co., Ltd. Capacitor and process for producing thereof

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
F. Cavallo, et al: Applied Physics Letters, Bd. 93, Nr. 14, S. 143113-143113-3, Okt. 2008
Gemäß S. Mendach, et al: Physica E: Low-dimensional Systems and Nanostructures, Bd. 23, Nr. 3-4, S. 274-279, Juli 2004
Nerguizian et al., European Micro and Nano Systems, EMN 2004, Paris ISBN: 2-84813-037-7
Yi et al., Proceedings of the 34th Conference on Decision and Control, New Orleans 1995

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US20190062154A1 (en) 2019-02-28
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