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A Non-Linear Lumped Model for the Electro-Mechanical Coupling in Capacitive MEMS Microphones

S. Anzinger, C. Bretthauer, D. Tumpold, A. Dehé

IEEE Journal of Microelectromechanical Systems, 2021, DOI: 10.1109/JMEMS.2021.3065129, pp. 1 - 9

show abstract

This work provides an analytical non-linear model for the capacitive transduction in MEMS transducers with perforated counter-electrodes, especially applicable to capacitive MEMS microphones. Starting from an electrostatic description of a perforated unit cell of the transducer, analytical formulations of the variable capacitance and electrostatic forces are derived, accounting for the deflection profile of a clamped circular plate. A lumped implementation into conventional circuit simulations tools is enabled via behavioral modeling based on hardware description languages, such as Verilog-A. Therefore, the analytical model is approximated via Taylor series expansions, allowing for a stable and non-linear behavioral implementation. The resulting model finally enables both a small- and large-signal analysis of capacitive MEMS microphones, precisely accounting for non-linearities in the capacitive transduction. This allows to simulate the harmonic distortion of the microphone's output signal and to account for electrostatic spring-softening in simulations of its bias voltage dependent sensitivity.
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Energy-Harvesting Applications and Efficient Power Processing

T. Hehn, A. Bleitner, J. Goeppert, D. Hoffmann, D. Schillinger, D. Sanchez, Y. Manoli

in NANO-CHIPS 2030 - On-Chip AI for an Efficient Data-Driven World, ISBN: 978-3-030-18338-7, DOI: 10.1007/978-3-030-18338-7_23,
pp. 405 – 442


Analog-to-Information Conversion

B. Murmann, M. Verhelst, Y. Manoli

in NANO-CHIPS 2030 - On-Chip AI for an Efficient Data-Driven World, ISBN: 978-3-030-18338-7, DOI: 10.1007/978-3-030-18338-7_17,
pp. 275 – 292


Low-Power Organic Light Sensor Array Based on Active-Matrix Common-Gate Transimpedance Amplifier on Foil for Imaging Applications

S. Elsaegh, C. Veit, U. Zschieschang, M. Amayreh, F. Letzkus, H. Sailer, M. Jurisch, J. Burghartz, U. Wuerfel, H. Klauk, H. Zappe, Y. Manoli

IEEE Journal of Solid-State Circuits, vol. 55, no. 9, Print ISSN: 0018-9200, Electronic ISSN: 1558-173X, DOI: 10.1109/JSSC.2020.2993732,
pp. 2553 – 2566


Integrated Thermoelectric Sensors Based on Quantum Dot Superlattice for Thermal Management Applications

G. Savelli, J.-P. Colonna, M. Keller, P. Coudrain, D. Wendler, J. Goeppert, Y. Manoli, P. Faucherand, A. Royer

Journal of Physics D: Applied Physics, vol. 53, no. 44, DOI: 10.1088/1361-6463/aba310


Parametric amplification of broadband vibrational energy harvesters for energy-autonomous sensors enabled by field-induced striction

U Nabholz, L Lamprecht, J Mehner, A Zimmermann,

Mechanical Systems and Signal Processing 139, 106642, 2020


Robust and fast part traceability in a production chain exploiting inherent, individual surface patterns

B. Wigger, I. Koinzer, T. Meissner, M. Barth, A. Zimmermann

Robotics and Computer-Integrated Manufacturing, Volume 63, Juni 2020; Band: Juni 2020, Online: 19.12.2019

show abstract

Traceability of single parts is essential in automated manufacturing, especially considering recent developments in Industry 4.0 or Smart Manufacturing. In some cases, however, conventional traceability methods, e.g. barcode, DMC or RFID, are not sufficient to track individual components through their entire production chain. One solution is the exploitation of an object's inherent, individual surface patterns. This work demonstrates label-/tag-free traceability of approx. 1000 components in a molded interconnect device (MID) production chain. The parts' surface patterns are photographed several times along the MID production chain. Based on the captured images nearly 3,300 successful identification processes were performed without any failure. Using a hash algorithm to compress the relevant data of the surface pattern images reduces the required disk space and the runtime significantly. Since the results demonstrate the robustness against surface alterations, this work gives the proof of concept regarding to a method for fast label-/tag-free part tracking that is applicable in an industrial production line.

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Selective laser induced autocatalytic metallization of NiO and Cr2O3 doped alumina zirconia ceramic substrates

P. Ninz, F. Kern, S. Petillon, W. Eberhardt, A. Zimmermann, R. Gadow

Journal of the European Ceramic Society, Volume 40, Issue 11, 2020, S.  3733-3743.

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Digitale Prozesskette für individualisierte Mikrosysteme – „DigiPro“

F. Civelek, K-P. Fritz

Abschlussbericht, AZ 31-4330.350/24

show abstract

Ziel des Projektes „DigiPro“ war es die Erhöhung des Digitalisierungsgrades der Wirtschaft insbesondere bei KMU. Hierzu wurde am Beispiel einer innovativen digitalen Prozesskette das Verbesserungspotenzial gegenüber herkömmlichen Prozessabläufen gezeigt. Die Demonstration erfolgte anhand einer digitalen Prozesskette zur Herstellung individualisierter Mikrosysteme (iMST) auf Basis generativ gefertigter duroplastischer Spritzgusswerkzeuge. Dies ermöglicht die kostengünstige und schnelle Herstellung kleiner Losgrößen unter Verwendung der Spritzgusstechnologie, da die teure Herstellung metallischer Spritzgusswerkzeuge entfällt. Für die Umsetzung des Demonstrators wurde eine Idee aus der Industrie auserwählt und in sehr kurzer Zeit „rapid“ gefertigt. Der Demonstrator ist ein intelligenter Stecker, der Temperatur und Feuchtigkeit im Innenleben des Steckers, also am Ort des Geschehens, in Echtzeit auf ein mobiles Endgerät sendet. Im Rahmen von Praxisseminaren und Networking-Events wurden die Vorteile der digitalen Prozesskette den Interessenten aus der Wirtschaft nähergebracht. Darüber hinaus wurde ein Video erstellt, um die Vorteile auch online präsentieren zu können.

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Selektive laserinduzierte Metallisierung von 3D-Schaltungsträgern aus Aluminiumoxid

F. Kern, P. Ninz, R. Gadow, W. Eberhardt, S. Petillon, A. Zimmermann

Keramische Zeitschrift, 1/2020, S. 42-47


Feasibility Study of an Automated Assembly Process for Ultrathin Chips

F. Janek, E. Saller, E. Müller, T. Meißner, S. Weser, M. Barth, W. Eberhardt, A. Zimmermann

Micromachines 2020, 11, S. 654, DOI:10.3390/mi11070654


Solderability of Injection Moldable Thermoset Resins for Use in 3D Mechatronic Integrated Devices

F. Häußler, J. Dornheim, S. Petillon, W. Eberhardt, A. Zimmermann, J. Franke

2020 43rd International Spring Seminar on Electronics Technology (ISSE), Demanovska Valley, Slovakia, 2020. doi: 10.1109/ISSE49702.2020.9121136.


Evaluating thermoset resin substrates for 3D mechatronic integrated devices and packaging

F. Häußler, S. Shen, S. Petillon, S. Weser, M. Haybat, W. Eberhardt, A. Zimmermann, J. Franke

International Symposium on Microelectronics (2020) 2020 (1): 000140–000145.

show abstract

Towards 3D-lithium ion microbatteries based on silicon/graphite blend anodes using a dispenser printing technique

M. Drews, S. Tepner, P. Haberzettl, H. Gentischer,W. Beichel, M. Breitwieser, S. Vierrath, D. Biro

RSC Adv. 10, 22440-22448, doi: 10.1039/D0RA03161E


Water Electrolyzers: All-Hydrocarbon MEA for PEM Water Electrolysis Combining Low Hydrogen Crossover and High Efficiency

C. Klose, T. Saatkamp, A. Münchinger, L. Bohn, G. Titvinidze, M. Breitwieser, K.-D. Kreuer, S. Vierrath

Adv. Energy Mater. 14, doi: 10.1002/aenm.202070061


Characterization of CRISPR/Cas9 RANKL knockout mesenchymal stem cell clones based on single-cell printing technology and emulsion coupling assay as a low-cellularity workflow for single-cell cloning

T. Groß, C. Jeney, D. Halm, G. Finkenzeller, G. B. Stark, R. Zengerle, P. Koltay, S. Zimmermann

Plos One 16 (3) e0238330, doi: 10.1371/journal.pone.0238330


Exploration of a Molecularly Imprinted Polymer (MIPs) as an Adsorbent for the Enrichment of Trenbolone in Water

A. Mpupa, M. Dinc, B. Mizaikoff und P. N. Nomngongo

Processes 2021, 9, 186, Link to publication

show abstract

The presence of endocrine disruptors in surface waters can have negative implications on wildlife and humans both directly and indirectly. A molecularly imprinted polymer (MIP) was explored for its potential to enhance the UV-Vis determination of trenbolone in water using solid phase extraction (SPE). The synthesized MIP was studied using Fourier transform infrared spectra (FTIR) and scanning electron microscopy (SEM). Using the MIP resulted in a preconcentration and enrichment factor of 14 and 8, respectively. Trenbolone binding on the MIP was shown to follow a Langmuir adsorption and had a maximum adsorption capacity of 27.5 mg g-1. Interference studies showed that the MIP selectivity was not compromised by interferences in the sample. The MIP could be recycled three times before significant loss in analyte recovery.


ZiM-Abschlussbericht Hochtemperatur-Strömungssensor (ZF4002621)

A.Bülau, V.Kible, U.Scheel, Stuttgart-Vaihingen/Baden-Württemberg und Meerbusch-Büderich/Nordrhein-Westfalen, 2021.

show abstract

Ziel des Projektes war ursprünglich die Entwicklung eines dreiachsigen (vektoriellen), richtungsinvarianten Hochtemperatur-Strömungssensors. Im Projektverlauf wurden die Ziele jedoch neu justiert und der Fokus auf einen einachsigen, richtungsinvarianten Strömungssensor gerichtet, da ein solcher bisher, insbesondere für kleine Strömungsgeschwindigkeiten und hohen Umgebungstemperaturen, noch nicht am Markt verfügbar ist, sodass ein größeres Vermarktungspotential möglich erschien.

Im Verlauf des Projektes wurden ein bestehendes, kommerziell verfügbares Sensorelement hochtemperaturtauglich ausgeführt, eine hochtemperaturtaugliche Aufbau- und Verbindungstechnik für dieses entwickelt, um daraus eine hochtemperaturtaugliche Sensorsonde aufzubauen. Darüber hinaus wurde eine Ausleseelektronik samt Firmware und PC-Software im Sinne eines Demokits für den Strömungssensor entwickelt. Mit diesem wurden zahlreiche Messungen in einem Hochtemperaturströmungskanal durchgeführt und Messergebnisse ausgewertet. Es konnte gezeigt werden, dass die Sensoren bis Temperaturen über 400°C funktionieren und Messdaten liefern. Bis zu einer Markteinführung sind jedoch noch weitere Tätigkeiten erforderlich.


Reaktives Fügen von temperaturempfindlichen Stresssensoren

G. Dietrich, A. Schumacher, V. Shah, S. Steckemetz, E. Pflug, T. Hehn, S. Knappmann, A. Dehé, A. Leson

8. GMM Workshop Mikro-Nano-Integration, 15.-17. September 2020, Bochum (online durchgeführt). Förderkennzeichen: 19897 N

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NANO-CHIPS 2030, Chapter 23: Energy-Harvesting Applications and Efficient Power Processing

T. Hehn, A. Bleitner, J. Goeppert, D. Hoffmann, D. Schillinger, D. A. Sanchez, Y. Manoli

The Frontiers Collection, Springer Nature Switzerland AG 2020, ISBN 978-3-030-18337-0