Apple: Vom Techno-Kult zum Spielzeug-Produzenten …?

Nicht mehr so ganz knackig - der Techo-Apfel aus Cupertino.
Nicht mehr so ganz knackig –
der Techno-Apfel aus Cupertino.

i-watch 2.0 – leider muss ich meine Rezension vom vergangenen Herbst wiederholen und noch eins draufsetzen: Das i-phone 5 wird wieder aufgelegt und kommt mit neuem Acorn-Core gepimpt wieder in den Handel. In Barbie-Metallic-Farben und wenig wertig. Die i-Watch schwächelt nach wie vor, das gepriesene iphone 6 entpuppt sich als Ladenhüter …

Dazu kommt noch, dass ein IOS-Update Debakel das nächste jagt -und dann auch noch ein Clinch mit dem FBI. Und nun eine Neuauflage der Akku-Blähungen, die wir mit der 3GS-Serie überwunden glaubten.

Oh Gott Steve … Du würdest Dich wohl im Grabe umdrehen ! Eine Show wurde abgezogen, um eine Digitaluhr zu präsentieren, die jeden Abend gefüttert, also aufgeladen werden muss und zu dem auch noch wenig chic aussieht. Nur weil es quasi eine „i-Watch“ ist, kauft eine Vielzahl Menschen diese Uhr, wahrscheinlich um IN zu sein. Die Apple-Community wird den eitlen Tand schon schlucken …“ hook, line and sinker“ , wie es so schön heisst. Ich will ja nicht I-Quatsch dazu sagen – aber ehrlich: Geht’s noch? Die Gross-Display Version des i-phone 6 ist auch nicht unbedingt der Knaller. Die Handys der Mitbewerber sind eher besser als schlechter. Der besondere Gimmick ist wohl, dass man damit bezahlen kann, und dass es beonders „flexibel“ ist. Wer braucht so was? Die Sprachqualität meines Uralt- Nokia 6310i ist deutlich besser und die Standzeit beträgt heute noch mindestens eine Woche. Daran wird nicht gearbeitet. Hauptsache man kann mit dem schicken Schein posen. Aber das ist ja heute das Wichtigste.

Also zurück zum bewährten i-phone 5, auch weil einhändige Bedienbarkeit für ein Telefon doch ein Argument bei der Grösse darstellt? Praxistauglichkeit statt Spielmobil. Jetzt das neue Zugpferd i-phone 7, auch nix Weltbewegendes zu bemerken. Besonders in puncto Schutz vor dem „Big Brother“ mauert der angebissene Apfel. IMSI-catcher Detektion – Fehlanzeige! Stattdessen jede Menge Kommerz-Apps. Da freut sich aber „the man in the middle“ tierisch.

An der professionellen Workstation MacPro wird nicht geschraubt oder an anderen Innovationen, wie sie einer ehemaligen Techologieschmiede würdig wären. Schickes Design allein macht Apple NICHT aus. Es war eher die alte Bauhaus (nicht die Baumarkt-Kette … ) Devise: „Form Follows Function„. Und maximale Gebrauchstüchtigkeit !!! Ein MacBook extrem zu verschlanken ist auch nicht der geniale Bringer, das geht ab einem gewissen Mass zu Lasten der mechanischen Robustheit. Man möchte das Teil ja irgendwo hin mitnehmen, ohne das es gleich auseinanderfällt.

Nebenbei, ich war solange Steve Jobs noch seine ausserordentlichen Produkte vorstellte, eindeutig ein Apple-Fan. Ich habe eine komplette Apple-Zone zu hause, die alte PPC-Linie: G4,G5, und trotz der von mir nicht sonderlich geschätzten Intel-CPU: MacMini, MacBook, und auch das iPhone bis Version 5.Die Motivation: Das stabile UNIX-basierte Betriebssystem, welches trotzdem intuitiv bedienbar ist – da kann Linux heute noch nicht mithalten – ok, beim Android-Handy wird es besser. .Dennoch ist Linux/Unix doch mehr für uns Server Admins gemacht.

Also, Applianer, hört auf solche kindischen Produkte vorzustellen, macht wieder Kult!

Warten wir ab, bis den Fans die Augen aufgehen, und sie aus dem Rausch aufwachen. Wie beim Märchen: Des Kaisers Neue Kleider von Hans-Christian Anderson.

Vielleicht gibt es dann wieder gute Neuigkeiten von Apple, es war ja schon mal so, als Steve Jobs wieder in seine Firma zurückkam. Fragt sich nur, wer ist jetzt sein geistiger Erbe?

Apple ist schliesslich keine Spielzeugfirma.

Hoffentlich!

crystalball

Wo bleiben die genialen Ideen? Wo die technischen Visionen …?

 

Wasserstoff als Energieträger II – Die Brennstoffzelle

Brennstoffzellen – Stromquellen der Zukunft

Obwohl als neuartige und daher noch zu evaluiernde Technologie dargestellt, ist das Konzept und auch die praktische Anwendung von Brennstoffzellen seit fast einem Jahrhundert bekannt.

Es wird eine kurze Geschichte dieser Technologie vorgestellt und ihr moderner Einsatz besonders im Hinblick auf die e-Mobilität diskutiert.

Vortragende: Claudia Reuter, Dipl. Physikerin

  • Termin: 1. Juli 2017 18:00 – 21:00 Uhr
  • Dauer: 2 Stunden
  • Gebühr: 6€, Mindestteilnehmer 5, Anmeldung bis 15.5.
  • Ort: Weilheim, Kirchheim oder Esslingen

Wasserstoff als Energieträger I – Erzeugung & Speicherung

Eine Übersicht über die Einsatzmöglichkeiten des Superrohstoffs Wasserstoff, seine Gewinnung und Speicherung.

Vortragende: Claudia Reuter, Dipl. Physikerin

  • Dauer: 2 Stunden
  • Termin: 24.6. 2017 18:00-21:00
  • Mindesteilnehmer: 5, Anmeldung bis 31.5.
  • Gebühr: 6€
  • Ort: Weilheim,  Esslingen oder Kirchheim

Fractalirium: Alles Jeck … oder was?

Von den tollen Tagen geht es in die Fastenwochen vor Ostern – vielleicht ein kurzer Moment des Innehaltens gefällig ? In unserer Zeit mit all der absurden Spass-Orientierung glaubt man fast, dass andauernd Karneval wäre. Da sind die Aschermittwochs wichtiger denn je – aber Nüchternheit ist ja leider aus der Mode gekommen.

Titelbild: Cracker Jack @scrano 2016

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Karnvalsgeist @scrano 2014
little_vampire_by_scrano-d78v0m7
Booo …! @scrano 2015

Und schliesslich am Aschermittwoch ist bekanntlich alles vorbei …

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Wasser des Lethe @scrano 2014
hadesmantle
Memento Mori @scrano 2013

 

 

PVD: Wie erreicht man Schichthomogenität?

Schichthomogenität, die sogenannte „uniformity“ ist unerlässlich für alle Anwendungen von PVD.

Ziel einer guten „uniformity“ ist es, auf einem Substrat nur geringfügige Schwankungen bezüglich der Schichtdicke bzw. des Schichtwiderstandes oder auch optischer Parameter zu erhalten.

Eine einfache einzusehende Voraussetzung ist es, dass das Target größer ist als das zu besputternde Substrat. Bei einem z.B. 6 “ Substrat sollte das Target eine Größe von 8 “ haben. Der Grund dafür sind Randeffekte beim Abtrag durch die Sputtergasionen und die Raumwinkeleigenschaften des erodierten Materials in Bezug auf das Substrat. Hier spielt auch die Anordnung der Magnete im Targethalter bei einer Magnetron-PVD-Anlage eine Rolle. Der Einsatz eines Substrathalters für mehrere Substrate, z.B. einer beweglichen Palette oder eines Drehtellers, hat ebenfalls eine sehr grosse Auswirkung auf die angestrebte Schichthomogenität.

Die Uniformity hängt von vielen weiteren Prozessparametern ab:

  • Abstand Targetoberfläche zu Substratoberfläche
  • Gasfluß (z.B.: Argon)
  • Prozessdruck
  • Leistung
  • Verweildauer von Substraten unter dem Target bei beweglichen Substrathaltern
  • Prozesszeit: Zu kurze Abscheidezeiten begünstigen Inhomogenitäten
  • festes oder variables Magnetfeld bei Magnetrontargets
  • Bias – (schon wieder der … Joker und Alptraum von Beschichtern, das gibt einen extra Artikel)

Bei beweglichen Substrathaltern für sogenannte Batch-Anlagen, wie sie in der Produktion eingesetzt werden, müssen vor allem für Drehteller einige Korrekturen vorgenommen werden:

Die Schichtdicke weist wegen der radial abhängigen Deposition einen Gradienten auf, auch andere Parameter können betroffen sein, z.B. bei reaktiver Abscheidung von optischen Schichten auch der Brechungsindex etc.

Abhilfe schafft eine Blende vor dem Target, welche diese Abhängigkeit kompensiert. Diese ist für jedes Targetmaterial resp. dazugehörigen Prozessparametern  individuell anzufertigen und zu kennzeichnen – Verwechslung, z.B. nach Reinigung, führt zu Qualitätsproblemen.

Da die Form etwas anspruchsvoll ist, muss der Blendenauschnitt berechnet werden:

Als erstes ist die Schichtdickenverteilung auf dem Substrat ohne Blende aufzunehmen und zu dokumentieren. Dies kann durch die Belegung mit Schwingquarzen geschehen, die eine sehr genaue Dickenmessung zulassen. Diese Daten stellen den Input eines speziell dafür ausgelegten Algorithmus dar, der zunächst in erster Näherung eine Ausschnittsform berechnet. Nun erfolgt eine zweite Abscheidung mit der Roh-Blende, und identischen Prozessparametern, wie bei der ersten Abscheidung. Anhand der Basisform der Blende und der neuen Verteilung der Schichtdicken lässt sich nun berechnen, wie die Blende weiterbearbeitet werden muss, damit eine noch gleichmässigere Abscheidung zustande kommt. Durch mehrere solche Durchläufe iteriert man sich schliesslich zum optimalen Blendenausschnitt.

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Schichtdicke ohne Blende
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Schichtdicke mit Blende

Das Target sollte für solche Korrekturmassnahmen gut konditioniert und nicht schon am Ende seiner Lifetime angekommen sein. Ideal wäre es, wenn alle Korrektur-Runs in kurzem Zeitabstand hintereinander standfinden würden, so dass der unterschiedliche Abbrand des Target zu vernachlässigen ist.

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Die spezielle Form der Blende, am unteren Rand schmale, und auf der gegenüberliegenden Seite große Öffnung, ist bedingt durch die Rotation der Substrate unter dem Target (radial abhängige Geschwindigkeit). Die schmale Aussparung zeigt zur Achse des Drehtellers, wo die Winkelgeschwindigkeit geringer ist, als am äusseren Rand und mehr Material abgeschieden wird.

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Wie wir gesehen haben, ist eine Uniformityblende von großem Nutzen, um die Schichthomogenität zu optimieren. Doch wie immer, gibt es auch Schattenseiten. Über die Zahl der Abscheidungen wächst das Material auf der Blende stetig an, und führt dazu, dass es, wenn es zu dick geworden ist, und ggf. auch noch hohen mechanischen Stress in sich trägt, abplatzt und zu einer Partikelquelle wird.

Neben den Radialblenden gibt es noch sogenannte Kollimatoren, die dazu dienen, dass erodiertes Target-Material nur aus einem bestimmten Raumwinkel zur Abscheidung  auf das Substrat gelangt. Kollimatoren sind nützlich zum Verfüllen von Löchern oder Gräben, ohne dass an deren Seitenwänden ein übermässiges Schichtwachstum entsteht. Eine Variante besteht aus einer Art Röhre mit darin befindlichen Wabenstrukturen. Auch bei ihnen besteht die Gefahr der Partikelgenerierung, sie müssen daher, wie Radialblenden entweder  mit einer spannungsausgleichenden Haftschicht überzogen oder sehr häufig gereinigt werden.

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Schichtabscheidung via PVD: Der Teufel steckt im Detail …

Das Grundprinzip, nach dem Schichten mit PVD-Abscheidung erzeugt werden können, wurde bereits erklärt.

Der Teufel steckt aber, wie immer im Detail – das macht auch den Unterschied zwischen Theorie und Praxis aus.

  • Zuerst muss man sich darüber im Klaren sein, wofür die Schicht oder auch ein Gefüge aus Einzellagen zum Einsatz kommen soll.
  • Das Mass an Anforderungen an den Prozess und damit auch die benötigte Anlagentechnik wird wesentlich davon bestimmt.
  • Es gibt sehr unterschiedliche Anwendungen für PVD-Schichten, für die eine Optimierung des Grundprozesses Vorraussetzung ist.
  1. Hilfs-Layer – nicht permanent oder permanent auf dem Substrat
  2. Veredelungs-Layer als Finish
  3. Schicht als Schritt in einer Prozessfolge
  4. Schichtgefüge aus mehreren Lagen unterschiedlichen Materials, die unmittelbar hintereinander aufgebracht werden

Alle Schichten können auch reaktiv erzeugt werden, d.h. dem Sputtergas wird eine chemisch wirksame Komponente beigefügt, z.B. N oder O.

Anforderungen im Einzelnen:

Hilfslayer sind häufig Opferschichten, die als vorrübergehende Abdeckung/Schutz oder Haftvermittler für weitere Prozessschritte dienen. Deren wichtige Eigenschaften liegen meistens im optischen Bereich, und einer genügenden Dichtigkeit bereits bei dünnen Lagen. Häufig ist es z.B. irrelevant, welchen elektrischen Widerstand sie aufweisen.

  • Gute Haftung zum Untergrund
  • Dichtigkeit gegenüber einem Ätzreagenz
  • optische Dichte, Reflektivität
  • Entfernbarkeit, ohne Reste und Schädigung des Substrates
  • Anlagenparameter die das stabile Abscheiden von sehr dünnen Lagen im nm-Bereich erlauben

Veredelungs-Schichten sollen ihre gewünschten Eigenschaften im optischen und mechanischen Bereich aufweisen – z.B. Antireflexions-Vergütungen oder härtende und passivierende Überzüge. Es ist der häufigste Anwendungbereich für reaktiv abgeschiedene Schichten, z.B. TiN oder WC. Auch dekorative Layer für Schmuck fallen in diese Kategorie.

Charakteristika:

  • Dichtigkeit gegenüber korrosiven Einflüssen
  • Gute Haftung zum Untergrund
  • optische Dichte,
  • Reflektivität,
  • Farbe
  • Niedrige Schichtspannung
  • Abriebfestigkeit
  • Einstellbare Textur

Schichtabscheidung als Einzelschritt einer Prozessfolge, um eine Komponente des späteren Produkts zu generieren. Der einfachste Fall ist die oben erwähnte Finish-oder Vergütungs-Schicht.

Meistens werden aber mehrere Lagen auch unterschiedlichen Materials aufgebracht, die dann noch strukturiert werden. Diese Anwendung des PVD-Abscheidens ist einer der Kernprozesse im Halbleiter-Herstellungsverfahren, wobei PVD hier zur Deposition von leitenden Schichten verwendet wird. Deren Merkmale und Herausforderungen werden in dieser Artikelserie auch den Schwerpunkt bilden. Als Material für solche Schichtsysteme kommen in erster Linie alle für den Gesamtprozess verträglichen Metalle in Frage.

Einfachste Anordnung: Metalllage auf oxidierter Oberfläche oder einem anderen Isolator, sie wird dann strukturiert, um ein Leitbahnnetz zu erzeugen.

Regelfall: Metallschicht, die strukturiert werden und dann über Vias in einer isolierenden Zwischenlage zu einer weiteren Metalllage elektrischen Kontakt herstellen soll (z.B: Metall 1/2 bei einem CMOS – Prozess).

Schichtgefüge: Elektrisch verbindende Diffusionsbarriereschicht, die zwischen Halbleitermaterial und der ersten Leitbahnschicht eingebracht wird. Sie verhindert das unerwünschte Durchlegieren zwischen Metall und Halbleiter, da Si und das häufig verwendete Aluminium eine gegeseitige Löslichkeit besitzen. Bei hoher Stromdichte in z.B. Kontaktlöchern wird führt dieser Effekt zu Kontaktloch-Elektromigration, welche Kurzschlüsse verursachen kann.

Auf diese wird dann die eigentliche Leitbahnschicht aufgebracht.

Chrakteristische Merkmale solcher Schichten:

  • Gute Haftung zum Untergrund
  • Niedriger elektrischer Schichtwiderstand
  • Schichtdicken im Bereich von 10nm-1 µm.
  • Homogenität der Schichtdicke: Leiterbahnen dürfen z.B. nicht unterschiedliche Dicken aufweisen. Nachfolgende Strukturierungsprozesse brauchen ebenfalls gleichmässige Schichtstärken.
  • Stabilität der Schicht gegenüber thermischen und mechanischen Nachfolgeprozessen. Gefügestabilität: Fliess- bzw. Migrationsverhalten z.B. bei nachfolgenden Temperprozessen.
  • Niedrige Schichtspannung, bei falschen Parametern kann Ablösung erfolgen.
  • Leichte Entfernbarkeit ohne Reste zu hinterlassen, für nachfolgende Ätzprozesse wichtig.
  • Bei Diffusionsbarrieren ist ein wesentliches Merkmal die Dichtigkeit gegenüber Materialwanderung. Für solche Schichten muss häufig reaktiv abgeschieden werden, um ein Material mit der notwendigen Textur zu erzeugen. Hier finden sich häufig Verbindungen, wie sie schon bei den Veredelungsschichten erwähnt wurden.
  • Anpassung der Abscheidungsparameter an Substrate mit Topographie, z.B. das Verfüllen von Gräben und Löchern ohne Lunker.  Oder genug Seitenwandbedeckung ohne Abschatteffekte bei Lines&Spaces.

Im Folgenden werden die einzelnen technischen Methoden und deren Probleme und Randbedingungen ausführlicher beschrieben. Auch auf Anforderungen an die Anlagentechnik wird eingegangen.

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Animation:taffgoch

Jeder Einzelschritt muss sich harmonisch einfügen, sonst funktioniert die Prozessgesamtheit nicht.

 

Until Hell Freezes over …

Eiswürfel in der Hölle … je nach thermodynamischen Modell wird es für ihn ungemütlich. Ice cube in Hell ©scrano 2013
Eiswürfel in der Hölle … je nach thermodynamischen Modell
wird es für ihn ungemütlich. Ice cube in Hell ©scrano 2013

… bis die Hölle zufriert, ein Ausspruch, der sinngemäss dem St.Nimmerleins-Tag gleicht. Andererseits, die Hölle der alten Griechen oder Römer war eher ein kalter, feuchter und dunkler Ort. Im 9. Kreis der Hölle aus Dante’s Inferno steht der Satan sogar festgefroren, zu Eis erstarrt und gefesselt – also:

  • Die Sache mit der Höllenglut ist wohl nur feuriger Sündenpredigerei geschuldet … und der Vorstellung des hinkenden Schmiedegottes Hephaistos in seiner Schmiede unter dem Ätna sowie des römischen Glaubens, die phlegräischen Feldern bei Neapel wären der Eingang zum Hades (nicht so sehr wegen der Hitze, eher auf Grund des Schwefel-Gestanks und der durch Gase hervorgerufenen „Stöhnlaute“).

Trotzdem lohnt sich folgende physikalische Spassbetrachtung (thermodynamisches Problem „Hölle“ – sozusagen).

Während der Abschlussklausur in Physikalischer Chemie an der University of Washington wurde tatsächlich diese Frage gestellt:

Bonus Frage: Ist die Hölle exothermisch – (gibt Hitze ab) or endothermisch – (absorbiert Hitze)?

Die meisten Studenten argumentierten mit Boyle’s Gasgesetz (Zustandsgleichung idealer Gase), oder einer Variation (Gas dehnt sich bei Erwärmung aus, und kontrahiert bei Abkühlung etc.).

Ein Student allerdings gab sich richtig Mühe:

Zuerst muss man die genaue Masse der Hölle und deren zeitliche Veränderung kennen. Also müssen wir die Gleichung für das thermodynamische Gleichgewicht aufstellen und eine Rate bestimmen, in der Seelen in die Hölle gestürzt werden oder daraus wieder entkommen. Gehen wir in Vereinfachung davon aus, dass keine Seele die Hölle verlässt, wenn sie erst einmal dort ist. Wieviel Seelen in die Hölle kommen – dazu muss man sich die Eingangsbedingungen der unterschiedlichen Religionen für diese Art jenseitigem Straflager ansehen. Da es viele Glaubensgemeinschaften gibt, die fest überzeugt sind, dass alle Andersgläubigen in die Hölle kommen, und es etliche solche Gruppen gibt, kann man schlussfolgern, dass wohl alle Seelen in die Hölle kommen. Berücksichtigt man die Entwicklung von Geburts-und Sterberaten, bedeutet das ein exponentielles Ansteigen der Seelenzahl in der Hölle.

Ziehen wir jetzt Boyle’s Gasgesetz heran, um die Volumenveränderung der Hölle abzuschätzen: Damit die Temperatur in der Hölle konstant bleibt, muss sie proportional zur Seelenzahl expandieren. Dadurch ergeben sich drei Möglichkeiten:

  1. Eine isotherme Ausdehnung ins Unendliche, wenn Expansion und Zuwachs an Seelen gleich sind.
  2. Ist die Expansionsrate kleiner als die „Seelenzufur“, werden Druck und Temperatur im Orcus solange zunehmen bis die Hölle im wahrsten Sinn des Wortes „losbricht“.
  3. Expandiert nun die Hölle schneller als die Nachschubquote an Seelen, dann wird die Temperatur fallen, bis der Gefriepunkt erreicht ist.

Welches ist nun der realistische Fall?

Wenn wir als Entscheidungskriterium die Tatsache wählen, dass im Erstsemester meine Annäherungsversuche an eine gewisse Mitstudentin mit den Worten abgeschmettert wurden: „Eher schneit es in der Hölle, als ich Dir meine Telefonnummer gebe …“ und berücksichtigen, dass ich hier immer noch keinen Erfolg hatte:

Variante 3 kann wohl ausgeschlossen werden – also kann man davon ausgehen, dass im Fall der Hölle entweder ein Gleichgewicht oder ein exothermer Vorgang zugrunde liegt.

Der Student erzielte die einzige Eins in dieser Klausur und der Professor stellte die originelle Lösung in Web.

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Herrscher einer Eis-Hölle: Satan nach William Blake.