Abschlussarbeiten

Der im Institut erstellte Universalzähler mit sehr großem Dynamikumfang soll im Dual-Slope-Verfahren für die Strommessung eingesetzt werden. Dabei soll der Gesamtstrom in viele Strom-pfade aufgeteilt werden und diese einzeln im Dual-Slope-Verfahren gemessen werden. Dabei sollen Ströme von Milliampere bis hinunter zu Picoampere gemessen werden. Besonders interessant ist hier die Messunsicherheit, die auf diese Weise für den Gesamtstrom erreicht werden kann. Um die Zeitmessung für die Stromintegration zu verbessern kann eine lokale Atomuhr eingesetzt werden.

Vorkenntnisse: DMM-Vorlesung

Stichworte: Elektronik, Frequenzmessung

Wir wollen untersuchen, wie man in der Messtechnik elektrische Spannungen mit sehr großer Dynamik messen kann. Wie man also sehr kleine Spannung von gleichzeitig gemessenen sehr großen Spannungen trennen kann, z.B. 10V Amplitude eines Sinussignals von 1 nV Amplitude eines Sinussignals anderer Frequenz. Dafür wollen wir einen Universalzähler mit sehr großem Dynamikumfang im Dual-Slope-Verfahren einsetzen und Signalverarbeitung mit 64-Bit Zahlen testen.

Vorkenntnisse: DMM-Vorlesung

Stichworte: Elektronik, Frequenzmessung

Innerhalb einer Kooperation des Institut für Elektrische Messtechnik und Grundlagen der Elektrotechnik und der Ostfalia Hochschule für angewandte Wissenschaften wird an einem Brain-Computer-Interface (BCI) geforscht. Mittels textiler Elektroden werden Signale aus dem Gehirn gemessen. Verwendet wird das BCI für die Messung von visuellen Reizen, die zur Steuerung eines Assistenzroboters in der Pflege verwendet werden sollen. Bisher wird die Datenaufnahme des Systems mit einem ATmega-Mikrocontroller durchgeführt. Dieser soll mit einem Teensy ersetzt werden. Dazu soll im Rahmen dieser Arbeit die Software für die Verwendung des Teensy angepasst werden.

Vorkenntnisse: Mikrocontroller-Programmierung und C-Programmierung wünschenswert

Stichworte: Mikrocontroller, C-Programmierung

Um Bauelemente wie integrierte Schaltungen (ICs) auf Wafern ohne vorheriges Bonden zu vermessen, ist eine Kontaktierung mittels feinen Waferprobern nötig. Am emg wurde bisher eine rudimentäre Technik auf Basis von gängiger Platinentechnologie entwickelt, mit der bereits erste funktionierende Prototypen hergestellt werden konnten. Ziel dieser Bachelorarbeit ist es, einen Prozess zum Laminieren von Kupferfolie auf ein RO4003C Platinensubstrat und außerdem zum abschließenden Vergolden der Kupferoberfläche zu entwickeln, wodurch eine deutliche Verbesserung der Qualität, Reproduzierbarkeit und der elektrischen Eigenschaften der Prober zu erwarten ist.

Stichworte: Waferprober, Platinentechnologie, Laminieren, Vergolden

Am emg wurde ein THz-Mikroskop entwickelt, mit dem es möglich ist, räumlich und frequenzaufgelöst THz- und GHz-Felder zu vermessen. Als Sensor kommt ein sog. Josephson-Kontakt zum Einsatz, der es möglich macht, nur durch Messen seiner niederfrequenten Strom-Spannungs-Kennlinie auf eingestrahlte Frequenzen und deren Amplituden zu schließen. Zur Erweiterung des Messaufbaus wurde eine neue Messelektronik entwickelt. Um deren Rauschen weiter zu reduzieren, soll im Rahmen dieser Abschlussarbeit ein analoger Vorverstärker entworfen und erprobt werden, der im Gegensatz zum Rest der Elektronik bei 40 K betrieben wird, um thermisches Rauschen zu minimieren.

Stichworte: Messelektronik, Vorverstärker, kryogen, analog, rauscharm

Mit dem THz-Mikroskop im LENA kann elektromagnetische Strahlung im THz-Frequenzbereich gemessen werden. Dafür wird ein sogenannter Josephson-Cantilever verwendet, um dreidimensionale Bilder von Intensitätsverteilungen aufzunehmen. Dieses System soll in Zukunft durch eine Phasenmessung erweitert werden. Für diese Phasenmessung sind zusätzliche Mikrowellenschaltungen auf dem Cantilever notwendig.

Vorkenntnisse: Hochfrequenztechnik, Supraleitung

Stichworte: THz-Mikroskop, Mikrowellensimulation

Am Institut werden Bauelemente aus dem Supraleiter YBCO hergestellt und untersucht. Ein bei der Herstellung unserer supraleitenden Proben sehr relevanter Schritt ist das Ätzen der Proben. Für das kontrollierte Ätzen wird eine mit der Software LabVIEW automatisierte Ionenstrahl-Ätzanlage verwendet. In mehreren Schritten werden dabei verschiedene Materialien wie z.B. Gold, Silber und der Supraleiter YBCO geätzt. Dabei sind die dafür notwendigen Zeiten bei identischen Parametern sehr unterschiedlich. Im Rahmen dieser Arbeit sollen die Ätzraten für die verschiedenen Materialien untersucht und bestimmt werden. Außerdem sind die Parameter für das Ätzen zu optimieren.

Vorkenntnisse: Begeisterung an wissenschaftlicher Arbeit, sorgfältiges und selbstständiges Arbeiten

Stichworte: Ionenstrahl-Ätzanlage, Ätzraten, YBCO

Beschreibung: Am Institut werden Bauelemente aus dem Supraleiter YBCO hergestellt und untersucht. Dazu zählen auch Josephson-Kontakt (JJ) Arrays, also die Reihenschaltung mehrerer JJs, die für den Volt-Standard eingesetzt werden sollen. Auf dem Chip sind Antennenstrukturen vorzusehen, um die Feldeinkopplung zu verbessern. Im Rahmen dieser Abschlussarbeit sollen die bestehenden Antennenstrukturen evaluiert und optimiert werden. Anschließend werden Proben mit diesen Antennenstrukturen hergestellt und unter Hochfrequenzeinstrahlung vermessen.

Vorkenntnisse: Begeisterung an wissenschaftlicher Arbeit, sorgfältiges und selbstständiges Arbeiten

Stichworte: Simulation, Antennen, CST Studio, YBCO

Im THz-Mikroskop am EMG werden dreidimensionale Feldverteilungen mit einem Sensor bis etwa 5 THz gemessen. Als Sensor dient ein sogenannter Josephson Cantilever, der aus einem Hochtemperatursupraleiter auf einem Substrat besteht. Damit eine hohe Sensitivität des Sensors erreicht wird, werden Antennen verwendet, welche die Feldeinkopplung verbessern. Im Rahmen dieser Abschluss-arbeit sollen mit unserem neuen Fertigungsverfahren bewährte  Antennen verbessert und neue Antennen designet werden. Zusammen mit angepassten Filterschaltungen sollen die Komponenten anschließend im THz-Mikroskop vermessen werden.

Vorkenntnisse: Grundlegendes Verständnis von elektromagnetischen Feldern

Stichworte: Simulation, CST Microwave Studio, Hochtemperatursupraleiter, Antennen

Etablierte Methoden zur Diagnose von Krankheiten wie die real-time PCR benötigen viele anspruchsvolle Schritte zur Probenaufbereitung. Die am emg entwickelten DNA-Assays basieren auf der Größenänderung eines Systems von Magnetischen Nanopartikeln (MNP) wenn eine spezifische Target-Sequenz in der Probe vorhanden ist. DNA-Nanotechnologien werden genutzt, um zunächst verbundene MNP (Cluster) voneinander zu trennen, was über magnetische Sensoren detektiert werden kann. Da biologische Elemente keinen Anteil zu dem magnetischen Messsignal liefern, sind die magnetischen Assays vielversprechend für „mix and measure“ Detektion, welches die Durchführung der Tests signifikant vereinfacht.

Aktuelle Forschungsfragen:

• Realisieren der viralen Detektion ohne aufwändige Extraktionsschritte
• Sicherstellen der Spezifizität der magnetischen Assays
• Anpassen auf alternative RNA-Targets

Stichworte: DNA-/RNA-Nachweis, Magnetismus

Quantencomputer unterscheiden sich in vielerlei Hinsicht von klassischen Computern. Während herkömmliche Systeme Berechnungen auf Basis der Logikpegel '0' und '1' durchführen, greift man bei Quantencomputern auf Quantenbits (Qubits) zurück. Dabei können Qubits aus verschiedenen Quantenzuständen erzeugt werden. Im Projekt Quantum Valley Lower Saxony (QVLS) werden als Quantenzustände die Spins von Elektronen mehrerer gefangener Ionen verwendet. Quantencomputer auf Basis von Ionenfallen sind aufgrund ihrer Skalierbarkeit ein vielversprechender Ansatz, um die Leistungsfähigkeit herkömmlicher Computer zu übertreffen (Quantenüberlegenheit).

Für das Fangen der Ionen werden von einem Resonator erzeugte elektrische Felder verwendet, welche die Ionen in einer Höhe von 90 µm über der in der Abbildung gezeigten Fallenoberfläche schweben lassen. Die Optimierung der Erzeugung der elektrischen Felder und der dynamischen Impedanzanpassung ist aufgrund der unmittelbaren Nähe zu den Informationsträgern dringend erforderlich. Vielversprechende Komponenten einer Abschlussarbeit können an einem Probeaufbau des Quantencomputers in Hannover getestet werden.
Die Aufgabenbereiche erstrecken sich über Entwurf und Simulation verschiedener Spulengeometrien, Schaltungs-/ Platinendesign und 3D-Druck.

Vorkenntnisse: Abhängig von der Aufgabenstellung

Stichworte: Quantencomputer, Ionenfallen, RF Resonator

In unserer interdisziplinärer Gruppe steht die Detektion interessanter Targets mithilfe funktionalisierbarer magnetischer Nanopartikeln auf dem Forschungsfokus, wie z.B. Nukleinsäuren, Protein. Dafür haben wir vielfältige Messmethoden benutzt, wobei die Magnetpartikelspektroskopie (MPS) mit schneller Signallieferung und einfacher Handhabung als am häufigsten verwendete Methode auftaucht. Im Rahmen dieser Abschlussarbeit sollen einerseits unterschiedliche Einflüsse auf die Signaländerung der MPS besser zu verstehen und möglichst zu unterscheiden sein, z.B. zwischen Molekülmasse und hydrodynamischer Größe, andererseits die absolute Änderung der Partikelgröße der Signaländerung von MPS zugeordnet werden.

Stichworte: Magnetische Nanopartikel, DNA-Nanotechnologie, Magnetische Messmethoden