Hochparallele Integration von nitridischen Mikro-Leuchtdioden auf flexiblen Sonden für die Anwendung in der Optogenetik

Medientyp: E-Book; Hochschulschrift

Titel: Hochparallele Integration von nitridischen Mikro-Leuchtdioden auf flexiblen Sonden für die Anwendung in der Optogenetik

Beteiligte: Goßler, Christian [VerfasserIn]

Erschienen: Freiburg im Breisgau, 2016

Umfang: 1 Online-Ressource (xi, 124 Seiten)

Sprache: Deutsch

DOI: 10.6094/UNIFR/10665

Identifikator:

Schlagwörter: Optogenetik > Lumineszenzdiode > Galliumnitrid > Miniaturisierung

Entstehung:

Hochschulschrift: Dissertation, Albert-Ludwigs-Universität Freiburg im Breisgau, 2016

Anmerkungen:

Beschreibung: Zusammenfassung: Diese Arbeit beschreibt die Realisierung linearer Anordnungen von miniaturisierten Leuchtdioden (LEDs) auf wahlweise starrem oder flexiblem Substrat. Dieses neuartige Bauteil findet vor allem in der optogenetischen Forschung vielfältige potentielle Einsatzmöglichkeiten. Diese Art von Bauteil verzichtet auf den Einsatz von makroskopischen Lichtquellen und erreicht dadurch eine hohe räumliche Auflösung mit einem Abstand der LEDs von 100 μm.Insbesondere wird hier der erste Prototyp eines optischen Cochlea-Implantates vorgestellt. Eine besondere Herausforderung stellt dabei die Eignung für die Cochlea der Maus dar. Um die hierzu nötige Geometrie und insbesondere einen Bauteildurchmesser von weniger als 300 μm und Biegeradien von 500 μm zu erreichen, ist der Einsatz von innovativen mikrotechnologischen Fertigungsprozessen unabdingbar.Ausgehend vom konzeptionellen Design werden die Prozessentwicklung sowie die elektrooptische und mechanische Charakterisierung der hergestellten Bauelemente beschrieben. Der hier entwickelte Ansatz kennzeichnet sich dabei durch eine neuartige Kombination zweier separater Waferprozesse in Verbindung mit einem hochparallelen Schichttransfer der Mikro-LEDs auf Waferebene aus. Dadurch konnte eine bisher unerreichte Anzahl von bis zu 120 LEDs auf einer flexiblen Sonde integriert werden. Ein besonderes Augenmerk in der Prozessführung liegt dabei auf dem Einsatz von lasergestützten Techniken, welche vielseitig in der Sondenfertigung eingesetzt werden.Das einleitende Kapitel 1 stellt den Stand der Technik bei Cochlea-Implantaten und allgemein Multi-Elektroden-Arrays dar. Die der Arbeit zugrundeliegende GaN-LED Technologie wird eingeführt und das hier entwickelte Bauteil wird als Dünnschicht-LED in die Reihe verschiedener LED-Bauformen eingeordnet. Insbesondere die Technik im Bereich der Mikro-LEDs sowie der LEDs auf flexiblem Substrat wird diskutiert. Des Weiteren wird die biomedizinische Technik der optogenetischen Anregung von Nerven vorgestellt.Aus der Kombination der drei Themenfelder LED-Technologie, Sondentechnologie sowie Optogenetik resultiert in Kapitel 2 der Bauteilentwurf für ein optisches Cochlea-Implantat. Das entwickelte Technologiekonzept wird beschrieben und die entscheidenden Aspekte des entwickelten Herstellungsprozesses werden kurz zusammengefasst. In dieser Arbeit wird zunächst der systematische Bauteilentwurf vorgestellt. Hierbei wird die Fragestellung erörtert, mit welchen ...

Zusammenfassung: This thesis deals with the realization of linear arrays of miniaturized light-emitting diodes (LEDs) on rigid or flexible substrates. The novel device aims at various applications in optogenetics research. A high spatial resolution with a typical LED pitch of 100 μm can be reached by abandoning macroscopic light sources. Particularly, the first prototype of an optical cochlear implant is developed. A notable challenge are the design requirements for the mouse cochlea. It is necessary to employ innovative micro-technological fabrication processes to fulfill the aimed geometry, especially a device diameter of less than 300 μm and a bending radius of 500 μm. Starting from the conceptual design, process development and electro-optical as well as mechanical characterization of the fabricated devices are shown. The chosen approach uses a novel combination of two separate wafer fabrication processes. In particular, a highly parallel micro-LED layer transfer on wafer level is carried out. This helps to create probes with unreached numbers of up to 120 micro-LEDs on a flexible shaft. A special interest is on employing laser-based techniques, which are used in the device fabrication in a versatile way. The introductory chapter 1 describes the state of the art in cochlear implants and multielectrode arrays, in general. The applied GaN-LED technology is introduced shortly and the developed device is classified as thin-film LED among different LED designs. Additionally, the biomedical technique of optogenetic excitation of neurons is introduced.Given the three fields of LED technology, probe technology and optogenetics, the process design of an optical cochlear implant is derived in chapter 2. In the device design part, the crucial aspects of the developed fabrication process are represented. Especially, the novel aspects of layer transfer, which go beyond the state of the art, are highlighted. The developed technological approach is described and the main process steps are quickly summarized. First, the systematic approach of device fabrication is introduced. Especially, the task of fabricating linear micro-LED arrays on flexible substrates is discussed. The chosen approach is motivated by technological and geometrical considerations.The development of the individual process steps is described in detail in the following chapters. Chapter 3 refers to the structuring of GaN-based LED-layers on sapphire. A special interest lies on compatibility with t ...

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