Funktionale Grenzflächen in Materialien für biomedizinische Anwendungen und Mikroelektronik

Habilitationsvorstellung

Funktionale Grenzflächen in Materialien für biomedizinische Anwendungen und Mikroelektronik

Bei der Entwicklung von modernen mikroelektronischen Geräten und Medizinprodukten sind die Verbesserung der Zuverlässigkeit und die Verlängerung der Lebensdauer wichtige Schlüsselaspekte. In beiden Bereichen wird diese Entwicklung von in den Systemen vorhandenen Grenzflächen erschwert, genauer gesagt von der unzureichenden Kontrolle der Prozesse, die an diesen Grenzflächen stattfinden.

Im ersten Teil meines Vortrags werde ich die Problematik thermo-mechanischer Spannungen an Grenzflächen in mikroelektronischen Geräten vorstellen. Hierbei ist die Grenzfläche zwischen Silizium und Metallen (wie z.B. Kupfer) von Zentraler Bedeutung, vor allem beim Wärme-Management von Hochleistungselektronik. Ich werde demonstrieren, wie man thermisch-mechanische Spannung an dieser Grenzfläche reduzieren kann, indem man Metall-Matrix-Komposite mit richtungsabhängigen thermischen Eigenschaften designt. Dabei stehen die Richtung hoher thermischer Leitfähigkeit (500 W m^-1 K^-1) und geringer thermischer Ausdehnung (2 ppm K^-1) senkrecht zueinander. Derartige Komposit-Materialien werden realisiert, indem man thermisch anisotrope Graphit-Partikel innerhalb der Kupfer-Matrix ausrichtet. Inwieweit sich durch die Verwendung dieser speziellen Komposite technologische Vorteile ergeben, werde ich mittels Mikro-Raman-Messungen der Gitterschwingungen in Silizium im Vergleich mit herkömmlichen Metallen demonstrieren.

Im zweiten Teil werde ich Bio-Grenzflächen und die dortigen Wechselwirkungen zwischen Biomolekülen und Oberflächen von Medizinprodukten (z.B. Implantate) vorstellen. Unter anderem werde ich zeigen, dass definierte und gezielte Modifikationen der Oberflächentopographie im Nano-Bereich die Orientierung und Konformation von adsorbiertem Plasmaproteinen wie Fibrinogen ermöglicht. Dies beeinflusst schließlich die Thrombogenität und die antimikrobielle Aktivität des Materials. Mit Hilfe von MAPT (mapping using accumulated probe trajectories) wird das topographieabhängige, dynamische Proteinverhalten, wie z.B. Residenzzeit und Diffusionsrichtung, demonstriert.

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