High volume fabrication of laser targets using MEMS techniques

The latest techniques for the fabrication of high power laser targets, using processes developed for the manufacture of Micro-Electro-Mechanical System (MEMS) devices are discussed. These laser targets are designed to meet the needs of the increased shot numbers that are available in the latest design of laser facilities. Traditionally laser targets have been fabricated using conventional machining or coarse etching processes and have been produced in quantities of 10s to low 100s. Such targets can be used for high complexity experiments such as Inertial Fusion Energy (IFE) studies and can have many complex components that need assembling and characterisation with high precision. Using the techniques that are common to MEMS devices and integrating these with an existing target fabrication capability we are able to manufacture and deliver targets to these systems. It also enables us to manufacture novel targets that have not been possible using other techniques. In addition, developments in the positioning systems that are required to deliver these targets to the laser focus are also required and a system to deliver the target to a focus of an F2 beam at 0.1Hz is discussed.

Fabrication and evaluation of NiO/Y2O3-stabilized-ZrO2 hollow fibers for anode-supported micro-tubular solid oxide fuel cells

In this work NiO/3mol% Y₂O₃-ZrO₂ (3YSZ) and NiO/8mol% Y₂O₃-ZrO₂ (8YSZ) hollow fibers were prepared by phase-inversion. The effect of different kinds of YSZ (3YSZ and 8YSZ) on the porosity, electrical conductivity, shrinkage and flexural strength of the hollow fibers were systematically evaluated. When compared with Ni-8YSZ the porosity and shrinkage of Ni-3YSZ hollow fibers increases while the electrical conductivity decreases, while at the same time also exhibiting enhanced flexural strength. Single cells with Ni-3YSZ and Ni-8YSZ hollow fibers as the supported anode were successfully fabricated showing maximum power densities of 0.53 and 0.67Wcm^-2 at 800°C, respectively. Furthermore, in order to improve the cell performance, a Ni-8YSZ anode functional layer was added between the electrolyte and Ni-YSZ hollow fiber. Here enhanced peak power densities of 0.79 and 0.73Wcm^-2 were achieved at 800°C for single cells with Ni-3YSZ and Ni-8YSZ hollow fibers, respectively.

Fabrication and characterization of SSZ tape cast electrolyte-supported solid oxide fuel cells

A 10 mol%Sc₂O₃, 1 mol%CeO₂ stabilized-ZrO₂ (SSZ) powder was successfully prepared using the sol-gel method. Subsequent SSZ electrolyte pellets were prepared by tape casting technique and sintered at 1400 °C, 1450 °C, 1500 °C, 1550 °C and 1600 °C. These were characterized by X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM) and electrochemical impedance spectroscopy (EIS). SSZ showed a pure cubic phase after sintering, the grain size of SSZ increased with the increase of sintering temperature. The SSZ sintered at 1550 °C showed the highest ion conductivity. The maximum power densities of Ni-SSZ/SSZ/La_0.8Sr_0.2MnO_3-δ (LSM)-SSZ single cells sintered at 1550 °C were 0.18, 0.36, 0.51 and 0.72 W cm^-2 at 650, 700, 750 and 800 °C, respectively. The polarization resistance (R_p) of the single cell attained 0.201 Ω cm² at 800 °C.

Fabrication of Sr- and Co-doped lanthanum chromite interconnectors for SOFC

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Fabrication and Characterization of Efficient Optical Filter Arrays Implemented by 3D Nanoimprint

In dieser Arbeit werden optische Filterarrays für hochqualitative spektroskopische Anwendungen im sichtbaren (VIS) Wellenlängenbereich untersucht. Die optischen Filter, bestehend aus Fabry-Pérot (FP)-Filtern für hochauflösende miniaturisierte optische Nanospektrometer, basieren auf zwei hochreflektierenden dielektrischen Spiegeln und einer zwischenliegenden Resonanzkavität aus Polymer. Jeder Filter erlaubt einem schmalbandigem spektralen Band (in dieser Arbeit Filterlinie genannt) ,abhängig von der Höhe der Resonanzkavität, zu passieren. Die Effizienz eines solchen optischen Filters hängt von der präzisen Herstellung der hochselektiven multispektralen Filterfelder von FP-Filtern mittels kostengünstigen und hochdurchsatz Methoden ab. Die Herstellung der multiplen Spektralfilter über den gesamten sichtbaren Bereich wird durch einen einzelnen Prägeschritt durch die 3D Nanoimprint-Technologie mit sehr hoher vertikaler Auflösung auf einem Substrat erreicht. Der Schlüssel für diese Prozessintegration ist die Herstellung von 3D Nanoimprint-Stempeln mit den gewünschten Feldern von Filterkavitäten. Die spektrale Sensitivität von diesen effizienten optischen Filtern hängt von der Genauigkeit der vertikalen variierenden Kavitäten ab, die durch eine großflächige ‚weiche„ Nanoimprint-Technologie, UV oberflächenkonforme Imprint Lithographie (UV-SCIL), ab. Die Hauptprobleme von UV-basierten SCIL-Prozessen, wie eine nichtuniforme Restschichtdicke und Schrumpfung des Polymers ergeben Grenzen in der potenziellen Anwendung dieser Technologie. Es ist sehr wichtig, dass die Restschichtdicke gering und uniform ist, damit die kritischen Dimensionen des funktionellen 3D Musters während des Plasmaätzens zur Entfernung der Restschichtdicke kontrolliert werden kann. Im Fall des Nanospektrometers variieren die Kavitäten zwischen den benachbarten FP-Filtern vertikal sodass sich das Volumen von jedem einzelnen Filter verändert , was zu einer Höhenänderung der Restschichtdicke unter jedem Filter führt. Das volumetrische Schrumpfen, das durch den Polymerisationsprozess hervorgerufen wird, beeinträchtigt die Größe und Dimension der gestempelten Polymerkavitäten. Das Verhalten des großflächigen UV-SCIL Prozesses wird durch die Verwendung von einem Design mit ausgeglichenen Volumen verbessert und die Prozessbedingungen werden optimiert. Das Stempeldesign mit ausgeglichen Volumen verteilt 64 vertikal variierenden Filterkavitäten in Einheiten von 4 Kavitäten, die ein gemeinsames Durchschnittsvolumen haben. Durch die Benutzung der ausgeglichenen Volumen werden einheitliche Restschichtdicken (110 nm) über alle Filterhöhen erhalten. Die quantitative Analyse der Polymerschrumpfung wird in iii lateraler und vertikaler Richtung der FP-Filter untersucht. Das Schrumpfen in vertikaler Richtung hat den größten Einfluss auf die spektrale Antwort der Filter und wird durch die Änderung der Belichtungszeit von 12% auf 4% reduziert. FP Filter die mittels des Volumengemittelten Stempels und des optimierten Imprintprozesses hergestellt wurden, zeigen eine hohe Qualität der spektralen Antwort mit linearer Abhängigkeit zwischen den Kavitätshöhen und der spektralen Position der zugehörigen Filterlinien.

Fabrication, Optical Analysis and Photonic Applications of Certain Metallic Nanostructure-Integrated Dye Doped Polymer Optical Fibers” submitted by Ms. Suneetha Sebastian

Polymer Optical Fibers have occupied historically a place for large core flexible fibers operating in short distances. In addition to their practical passive application in short-haul communication they constitute a potential research field as active devices with organic dopants. Organic dyes are preferred as dopants over organic semiconductors due to their higher optical cross section. Thus organic dyes as gain media in a polymer fiber is used to develop efficient and narrow laser sources with a tunability throughout the visible region or optical amplifier with high gain. Dyes incorporated in fiber form has added advantage over other solid state forms such as films since the pump power required to excite the molecules in the core of the fiber is less thereby utilising the pump power effectively. In 1987, Muto et.al investigated a dye doped step index polymer fiber laser. Afterwards, numerous researches have been carried out in this area demonstrating laser emission from step index, graded index and hollow optical fibers incorporating various dyes. Among various dyes, Rhodamine6G is the most widely and commonly used laser dye for the last four decades. Rhodamine6G has many desirable optical properties which make it preferable over other organic dyes such as Coumarin, Nile Blue, Curcumin etc. The research focus on the implementation of efficient fiber lasers and amplifiers for short fiber distances. Developing efficient plastic lasers with electrical pumping can be a new proposal in this field which demands lowest possible threshold pump energy of the gain medium in the cavity as an important parameter. One way of improving the efficiency of the lasers, through low threshold pump energy, is by modifying the gain of the amplifiers in the resonator/cavity. Success in the field of Radiative Decay Engineering can pave way to this problem. Laser gain media consisting of dye-nanoparticle composites can improve the efficiency by lowering the lasing threshold and enhancing the photostability. The electric field confined near the surface of metal nanoparticles due to Localized Surface Plasmon Resonance can be very effective for the excitation of active centers to impart high optical gain for lasing. Since the Surface Plasmon Resonance of nanoparticles of gold and silver lies in the visible range, it can affect the spectral emission characteristics of organic dyes such as Rhodamine6G through plasmon field generated by the particles. The change in emission of the dye placed near metal nanoparticles depend on plasmon field strength which in turn depends on the type of metal, size of nanoparticle, surface modification of the particle and the wavelength of incident light. Progress in fabrication of different types of nanostructures lead to the advent of nanospheres, nanoalloys, core-shell and nanowires to name a few. The thesis deals with the fabrication and characterisation of polymer optical fibers with various metallic and bimetallic nanostructures incorporated in the gain media for efficient fiber lasers with low threshold and improved photostability.

Design and Fabrication of Perovskite Micro-Cavity Lasers

Thesis (Master's)--University of Washington, 2016-08

Multivariate statistical modeling of an anode backing furnace - Modélisation statistique multivariée du four à cuisson des anodes utilisées dans la fabrication d'aluminium primaire

La stratégie actuelle de contrôle de la qualité de l’anode est inadéquate pour détecter les anodes défectueuses avant qu’elles ne soient installées dans les cuves d’électrolyse. Des travaux antérieurs ont porté sur la modélisation du procédé de fabrication des anodes afin de prédire leurs propriétés directement après la cuisson en utilisant des méthodes statistiques multivariées. La stratégie de carottage des anodes utilisée à l’usine partenaire fait en sorte que ce modèle ne peut être utilisé que pour prédire les propriétés des anodes cuites aux positions les plus chaudes et les plus froides du four à cuire. Le travail actuel propose une stratégie pour considérer l’histoire thermique des anodes cuites à n’importe quelle position et permettre de prédire leurs propriétés. Il est montré qu’en combinant des variables binaires pour définir l’alvéole et la position de cuisson avec les données routinières mesurées sur le four à cuire, les profils de température des anodes cuites à différentes positions peuvent être prédits. Également, ces données ont été incluses dans le modèle pour la prédiction des propriétés des anodes. Les résultats de prédiction ont été validés en effectuant du carottage supplémentaire et les performances du modèle sont concluantes pour la densité apparente et réelle, la force de compression, la réactivité à l’air et le Lc et ce peu importe la position de cuisson.

Développement de procédés technologiques pour une intégration 3D monolithique de dispositifs nanoélectroniques sur CMOS

Résumé : Le transistor monoélectronique (SET) est un dispositif nanoélectronique très attractif à cause de son ultra-basse consommation d’énergie et sa forte densité d’intégration, mais il n’a pas les capacités suffisantes pour pouvoir remplacer complètement la technologie CMOS. Cependant, la combinaison de la technologie SET avec celle du CMOS est une voie intéressante puisqu’elle permet de profiter des forces de chacune, afin d’obtenir des circuits avec des fonctionnalités additionnelles et uniques. Cette thèse porte sur l’intégration 3D monolithique de nanodispositifs dans le back-end-of-line (BEOL) d’une puce CMOS. Cette approche permet d’obtenir des circuits hybrides et de donner une valeur ajoutée aux puces CMOS actuelles sans altérer le procédé de fabrication du niveau des transistors MOS. L’étude se base sur le procédé nanodamascène classique développé à l’UdeS qui a permis la fabrication de dispositifs nanoélectroniques sur un substrat de SiO2. Ce document présente les travaux réalisés sur l’optimisation du procédé de fabrication nanodamascène, afin de le rendre compatible avec le BEOL de circuits CMOS. Des procédés de gravure plasma adaptés à la fabrication de nanostructures métalliques et diélectriques sont ainsi développés. Le nouveau procédé nanodamascène inverse a permis de fabriquer des jonctions MIM et des SET métalliques sur une couche de SiO2. Les caractérisations électriques de MIM et de SET formés avec des jonctions TiN/Al2O3 ont permis de démontrer la présence de pièges dans les jonctions et la fonctionnalité d’un SET à basse température (1,5 K). Le transfert de ce procédé sur CMOS et le procédé d’interconnexions verticales sont aussi développés par la suite. Finalement, un circuit 3D composé d’un nanofil de titane connecté verticalement à un transistor MOS est réalisé et caractérisé avec succès. Les résultats obtenus lors de cette thèse permettent de valider la possibilité de co-intégrer verticalement des dispositifs nanoélectroniques avec une technologie CMOS, en utilisant un procédé de fabrication compatible.

Conception, fabrication et caractérisation d'un biocapteur SPR à base de guides d'ondes photoniques sur substrat de verre

Résumé : Malgré le nombre croissant de capteurs dans les domaines de la chimie et la biologie, il reste encore à étudier en profondeur la complexité des interactions entre les différentes molécules présentes lors d’une détection à l’interface solide-liquide. Dans ce cadre, il est de tout intérêt de croiser différentes méthodes de détection afin d’obtenir des informations complémentaires. Le principal objectif de cette étude est de dimensionner, fabriquer et caractériser un détecteur optique intégré sur verre basé sur la résonance plasmonique de surface, destiné à terme à être combiné avec d’autres techniques de détection, dont un microcalorimètre. La résonance plasmonique de surface est une technique reconnue pour sa sensibilité adaptée à la détection de surface, qui a l’avantage d’être sans marquage et permet de fournir un suivi en temps réel de la cinétique d’une réaction. L’avantage principal de ce capteur est qu’il a été dimensionné pour une large gamme d’indice de réfraction de l’analyte, allant de 1,33 à 1,48. Ces valeurs correspondent à la plupart des entités biologiques associées à leurs couches d’accroche dont les matrices de polymères, présentés dans ce travail. Étant donné que beaucoup d’études biologiques nécessitent la comparaison de la mesure à une référence ou à une autre mesure, le second objectif du projet est d’étudier le potentiel du système SPR intégré sur verre pour la détection multi-analyte. Les trois premiers chapitres se concentrent sur l’objectif principal du projet. Le dimensionnement du dispositif est ainsi présenté, basé sur deux modélisations différentes, associées à plusieurs outils de calcul analytique et numérique. La première modélisation, basée sur l’approximation des interactions faibles, permet d’obtenir la plupart des informations nécessaires au dimensionnement du dispositif. La seconde modélisation, sans approximation, permet de valider le premier modèle approché et de compléter et affiner le dimensionnement. Le procédé de fabrication de la puce optique sur verre est ensuite décrit, ainsi que les instruments et protocoles de caractérisation. Un dispositif est obtenu présentant des sensibilités volumiques entre 1000 nm/RIU et 6000 nm/RIU suivant l’indice de réfraction de l’analyte. L’intégration 3D du guide grâce à son enterrage sélectif dans le verre confère au dispositif une grande compacité, le rendant adapté à la cointégration avec un microcalorimètre en particulier. Le dernier chapitre de la thèse présente l’étude de plusieurs techniques de multiplexage spectral adaptées à un système SPR intégré, exploitant en particulier la technologie sur verre. L’objectif est de fournir au moins deux détections simultanées. Dans ce cadre, plusieurs solutions sont proposées et les dispositifs associés sont dimensionnés, fabriqués et testés.

La participation au budget, la motivation et la performance managériale des contremaîtres de moyennes entreprises de fabrication

Cette étude examine les liens entre la participation au budget et la performance managériale avec la motivation comme variable intervenante. La motivation est décomposée en plusieurs facteurs dont les gratifications intrinsèques et extrinsèques. L'effet des variables de la complexité de l'environnement technologique et de la gestion par exceptions (GPE) est aussi examiné. L'étude est menée auprès de contremaîtres affectés à la production d'entreprises manufacturières de taille moyenne. Les contremaîtres montrent une nette préférence aux gratifications intrinsèques, suggérant leur insatisfaction face au système de récompenses en place. Cette insatisfaction semble s'exprimer dans le lien négatif entre la motivation et la participation. De plus, l'engagement personnel des contremaîtres face aux objectifs de l'organisation semble les rendre plus critiques dans l'évaluation de leur performance managériale. Le phénomène est accentué chez les contremaîtres des entreprises avec un niveau de GPE faible puisqu'ils ne perçoivent pas le système de contrôle de gestion comme un outil de répression. Il est aussi accentué, mais dans une moindre mesure, chez les contremaîtres des entreprises hautement technologiques. Cependant, l'effet de la participation au budget pour ces derniers semble favoriser la performance managériale. La plus grande sensibilité des gestionnaires aux valences intrinsèques et leur réticence à attribuer aux autres l'insuccès face à l'atteinte des objectifs pourraient être une des caractéristiques des moyennes entreprises. Les résultats de cette étude suggèrent aussi que, pour une entreprise de taille moyenne, un style de gestion non perçu comme répressif améliore la participation, la motivation et la performance des gestionnaires. Enfin, la participation semble avoir un effet positif sur la performance managériale dans un environnement technologique plus complexe seulement.

Études des besoins d’éducation à la carrière des élèves finissants du secteur professionnel en fabrication mécanique

Le problème de la transition entre le monde scolaire et celui du travail constitue une réalité d'intérêt international. Différentes recherches aux États-Unis et partout dans le monde sans compter les études des organismes comme l'Organisation de Coopération et de Développement Économiques et le Conseil de l'Europe soulignent cette nécessité de préparer les jeunes à la vie active et ce, dès le moment où ils fréquentent le milieu institutionnel (O.C.D.E., 1981). Pour ces jeunes, le passage de l'école à la vie de travail s'avère essentiel, leur garantissant ainsi une certaine autonomie vis-à-vis le système économique tout en optimisant leur contribution au développement de la société (O.C.D.E., 1977a, 1977b). Malheureusement, les plus récentes politiques de formation professionnelle des jeunes au Québec démontrent par le biais d'un document publié par le ministère de l'Éducation (1982) qu'il existe un large fossé entre ce que l'école enseigne et ce que les jeunes doivent connaître. De ce fait, elles reconnaissent l'importance de relier le milieu institutionnel au monde du travail. [...]

Design and fabrication of electro-thermal microcantilevers for ultrafast molecular sorting and delivery

Improvements to the current state of the art in microfabricated cantilevers are investigated in order to realize enhanced functionality and increased versatility for use in ultrafast electrophoretic molecular sorting and delivery. Design rationale and fabrication process flow are described for six types of electro-thermal microcantilevers. Devices have been tailored for the process of separating mixtures of heterogeneous molecules into discrete detectable bands based on electrophoretic mobility, and delivering them to a conductive substrate using electric fields. Four device types include integrated heating elements capable of warming samples to catalyze reactions or cleaning the device for reuse. Similar devices have been shown to be capable of targeting temperatures between ambient conditions and the melting point of silicon, to within 0.1˚C precision or better. All microcantilevers types are equipped with a highly doped conductive silicon tip capable of interacting with a conductive substrate to deliver molecules under the presence of an electric field. Devices are equipped with additional electrodes to aid in sorting molecules on the surface of the probe end. Two designs contain two legs and one additional sorting electrode while four designs contain three legs and have two sorting electrodes. Devices having two sorting electrodes are designed to be capable of sorting three or more molecular species, a distinctive advancement in the state of the art. A detailed process flow of the fabrication process for all six electro-thermal cantilever designs are explained in detail.