The continuous evolution of digital technology we enjoy today is the result of ever shrinking, faster and cheaper transistors that make up the ubiquitous integrated circuits of our devices. Over the decades, the industry has gone from purely geometrical scaling to innovative solutions like high-k dielectrics combined with metal gates and FinFETs. A possible future is the use of high mobility materials such as Germanium for the active areas of a transistor instead of Silicon. As a step towards building devices on Ge, we characterize a gate last process with epitaxial deposition of Si0.75Ge0.25 source and drain areas on bulk Si wafers. Devices fabricated are proof-of-concept PMOSFETs and NMOSFETs with channel widths of 10 µm and 40 µm and channel lengths between 0.6 µm and 50 µm. The gate electrode of the fabricated devices is insitu doped polycrystalline Silicon. The devices are electrically characterized through I-V measurements and exhibit a yield of 95%. / Den konstanta utvecklingen av digital teknik som vi åtnjuter idag drivs av den ständiga utvecklingen av transistorer. Dessa blir mer kompakta, snabbare och kostar mindre för varje generation och bygger upp de integrerade kretsar som driver all vår vardagsteknik. Under ett tidsspann på flera decennier har krympningen gått från enbart geometrisk skalning till mer innovativa lösningar. Gate-oxiden har gått från rent kiseldioxid till material med lägre relativ permittivitet vilket möjliggjort en tunnare ekvivalent elektrisk tjocklek än vad som varit möjligt för kiseloxid. FinFet eller så kallade ’tri-gate’ transistorer har ersatt den plana varianten för att öka den ledande arean utan att enheterna sväller ut över substratet. En framtida möjlighet är även att använda material med högre mobilitet för elektroner och hål än kisel där en möjlig kandidat är Germanium. Som ett steg mot målet at bygga Germanium-transistorer tillverkar vi här gate last transistorer med source och drain i in-situ dopad kisel-germanium. Dessa konceptenheter används för att definiera och utveckla tillverkningsprocessen och tillverkas i flera omgångar. Varje skiva innehåller transistorer med en bredd på 40 µm och 10 µm. Kanallängden på transistorerna går mellan 0.6 µm och 50 µm för båda bredderna och av varje enhet finns 101 stycken per kiselskiva (100 mm diameter). Gate-elektroden består i samtliga fall av in-situ dopat poly-kristallint kisel. Enheterna karaktäriseras därefter genom elektriska mätningar och mätdata analyseras och sammanställs. Det visas genom dessa mätningar att ett utfall om över 95% fungerande enheter kan uppnås med processen.

<p>Rapid advancement in ubiquitous computing has been pushing toward making wearable technology mainstream. However, there is no standard process for developing wearables that are personalizable for every user. To democratize wearable design and accessibility for individuals with diverse backgrounds and levels of expertise, we created a three-level process to (1) extend access to the vast knowledge base, (2) simplify the design and fabrication of wearables, and (3) support the interaction modality exploration for wearables. To facilitate the accessibility of wearables' knowledge, we developed a taxonomy that helped us categorize resources and centralize them in a single interface. The taxonomy will reduce the language barrier for developers with multidisciplinary backgrounds and different knowledge levels while enabling a better grasp of the information. To extend the accessibility of the design and fabrication of wearables, we developed a system that assists inexperienced users in designing custom hand wearables and fabricating them using a simplified desktop manufacturing process in a short time. Finally, we propose a system that allows users to explore new forms of interaction modalities with emergent technologies that can inspire the creation of new wearables. Our preliminary results show how our systems enable developers and novice users to access new knowledge and fabrication methodologies and explore new forms of interaction.</p>

Denna rapport detaljerar ett examensarbete där användbarheten på en lokalt skapad 3D-skrivare förbättrats i syfte av att tillåta skrivarens användning av studenter på KTH Södertälje. Skrivarens har ursprungligen byggts för att agera som ett pågående projekt som kan återupptas som examensarbete, varav detta är det tredje. Skrivaren i fråga är en FFF-skrivare i ”box” stil med utskriftsvolymen 400 x 400 x 375 mm. Vid projektstart är skrivaren i nominellt användbart skick men saknar dokumentation, processrutiner och användbara slicerprofiler. Skrivaren besitter även hårdvaran för att tillåta utskrifter med två material men denna funktion har aldrig implementerats. Framtagningen av slicerprofiler har tagit upp majoriteten av arbetet och har utförts genom iterativ testning där inställningar modifieras och testas, vartefter positiva ändringar implementeras för att gradvis eliminera defekter och minska haveririsk. Projektet har levererat en full slicerprofil som tillåter pålitliga utskrifter med två olika PLA-filament samt en användarmanual till skrivaren. Utöver användarverktygen så detaljeras även de reparationsarbeten och hårdvaruändringar som gjorts. Profil, manual, rådata och filer för utskrivna komponenter är tillgängliga i en projektmapp som kan hittas från en länk i början av kapitel 4. / This report details a thesis project for getting a 3D-printer internally built at KTH Södertälje into a state where it can be used by other students for unrelated projects. The printer acts as an ongoing project that can be used for thesis work, with this project in particular being the third in line. The printer in question is an FFF-printer with the ”box” configuration and a print volume of 400 x 400 x 375 mm. At project start, the printer is nominally in working condition but lacks any documentation for proper handling and slicer settings. Additionally, its multi-material function has never been successfully implemented. Adjustment of slicer settings is done using iterative testing, wherein settings are modified and tested, with positive changes being integrated and negative changes discarded with the intent of removing defects and minimizing risk of print failure. The project has delivered a slicer profile for Cura capable of reliably printing with two different PLA filaments as well as a user manual. Hardware upgrades and repair work has also been detailed. The profile, user manual, raw data and object files for upgrades and spares can be found through a link in the beginning of chapter 4.

Ce mémoire de maîtrise traite des circuits actifs amplificateurs dont la conception est faite spécialement pour qu'ils soient intégrés aux métamatériaux électromagnétiques, en particulier à une antenne à ondes de fuite CRLH (Composite right/left-handed). Cette antenne a la particularité de pouvoir varier la direction de son rayonnement sur près de 180 degrés, en changeant simplement la fréquence du signal émis. Par conséquent, elle est une candidate de choix pour les applications radars. Toutefois, étant donné que son gain est relativement faible, des amplificateurs ont été ajoutés entre certaines de ses sections pour créer une antenne active CRLH [Casares-Miranda et al. , 2006]. Malheureusement, cette dernière n'est optimisée que pour une seule fréquence, donc pour un rayonnement dans une seule direction. Lobjectif de ce projet est donc la conception d'amplificateurs qui permettraient que cette antenne active ait un rayonnement optimal à toutes les fréquences. Dans ce texte, la théorie générale des métamatériaux est expliquée pour ensuite se concentrer sur les caractéristiques de l'antenne à ondes de fuite CRLH. Une étude de celle-ci est complétée de manière a déterminer les spécifications nécessaires des circuits amplificateurs qui y seront intégrés. Il est ainsi indiqué que pour fabriquer une antenne à ondes de fuite active idéale, les amplificateurs devraient avoir un gain constant sur toute la bande. Aussi, le déphasage introduit par ceux-ci doit être le plus constant possible sur toute cette bande, donc le délai de groupe de ces circuits doit être minimum. Cependant, un fait intéressant qui est amené par cette étude est qu'en intégrant des déphaseurs dans les circuits amplificateurs, il est possible de fabriquer une antenne à ondes de fuite CRLH active dont on peut obtenir une grande variété de diagrammes de rayonnement sur toute la plage de fréquences. Par conséquent, l'étude, la conception et la fabrication de circuits amplificateurs et déphaseurs sont discutées. Ces circuits sont faits avec des MESFET.

Le SA-160 est un avion monomoteur biplace dont le fuselage est constitué d’un châssis en tubulure d’acier recouvert d’une peau en composites non structurale. Quoi que robuste et fiable, cet assemblage est coûteux à fabriquer et pèse près de 180 lbs (80 kg). Aviatech Services Techniques (AST) désire réduire le poids de la structure de l’appareil ainsi que son coût de fabrication en retirant l’arrière du châssis d’acier pesant à lui seul près de 40 lbs. La conception de la peau en composites a donc été revue dans le cadre de cette recherche, afin qu’elle puisse assurer un rôle structural pouvant compenser le retrait de l’arrière de la structure d’acier. Mis à part les modifications apportées au châssis, les nouvelles caractéristiques géométriques du fuselage sont les suivantes : - Ajout d’un plancher permettant de déposer et fixer les bagages; - Intégration du stabilisateur vertical au fuselage; - Ajout de cloisons internes augmentant la raideur globale du fuselage; - Points de fixation des mécanismes et surfaces de contrôle préservés. La fabrication de la peau de ce nouveau fuselage se fera par infusion au moyen de renforts en fibres de carbone et de verre ainsi qu’une résine d’époxyde pour l’infusion. Les propriétés structurales de ces matériaux ont été caractérisées et ont servi à faire la conception du fuselage au moyen de simulations par éléments finis. Selon ces simulations, le concept final peut résister aux cas de chargement statiques ultimes prescrits par Transport Canada, sans rupture et sans subir de flambage, et ce avec une rigidité similaire à celle du précédent fuselage. Le poids projeté du concept final est 151 lbs ce qui constitue une réduction de 26 lbs en incluant l’économie engendrée par l’intégration du stabilisateur vertical. La nouvelle structure permet donc de réaliser un gain intéressant avec une réduction de poids de 15% par rapport à la structure originale. Cette économie de poids permettra l’augmentation de la charge utile comme de l’essence, des bagages ou d’autres équipements. Une économie substantielle devrait être réalisée lors de la fabrication du châssis puisque le nombre de pièces soudées sera grandement réduit. La fabrication de la peau pourra être faite dans les anciens moules réutilisés mais nécessitera l’utilisation de matériaux avancés plus onéreux tels la fibre de carbone. De plus, la résine thermodurcissable choisie requiert une cuisson de 16 heures à 80°C ce qui augmentera la cadence de production par rapport à la cuisson à température ambiante. Ce procédé nécessitera toutefois l’acquisition d’un four de dimensions imposantes pour réaliser cette cuisson. Ce mémoire présente la démarche ayant mené à l’obtention du nouveau concept de fuselage pour le SA-160. Les résultats de cette recherche permettront à Aviatech d’effectuer a fabrication et la certification de cette nouvelle structure en vue de sa mise en production.

Le champ biomédical n’a pas échappé à l’évolution de la technologie, elle cherche aussi à intégrer plusieurs fonctions dans un espace restreint. Un des points forts du développement est la massification de points de service, afin d'obtenir un diagnostic rapide des maladies. Le diagnostique aux premières étapes de son évolution permettra réduire considérablement les coûts associés aux traitements des patients. Le présent document exprimera une alternative à l'évolution de la technologie des biocapteurs qui sont basés sur le phénomène optique appelé résonance par plasmons de surface. Ce projet de recherche vise l’étude de l’intégration monolithique des deux tiers des composants principaux qui conforment normalement à ce type de biocapteurs optiques. Tandis que d'autres projets de recherche ont centré leurs travaux sur l’intégration de la surface de réaction et le détecteur, notre travail a pris en compte l’intégration de la source de lumière et la surface de réaction biologique. Deux types de sources ont été employés au moment de faire la conception, l’étude de matériaux, la fabrication et la caractérisation de la performance de notre dispositif. La première source a employé des puits quantiques à l’intérieur d’une gaufre de GaAs qui nécessitait un pompage optique pour son fonctionnement. La deuxième source a eu une gaufre commerciale employée pour la fabrication des diodes d’émission lumineuse verticale, qui a dû être excitée par un courant électrique. On a découvert que les deux types de sources sont complémentaires. La source avec des puits quantiques a démontré une amélioration de la performance en comparaison à notre système commercial de référence. La deuxième source a démontré la faisabilité d’intégration monolithique en permettant se rapprocher à la fabrication d’un prototype commercial. La porte reste donc ouverte pour la poursuite du développement de cette technologie en cherchant un nouveau système employant ces deux sources, mais usant de meilleures caractéristiques.

The present thesis work deals with the development of a novel manufacturing protocol for the realization of excimer laser micro-patterned freestanding hydrogel layers (50 to 300 ??m thickness) based on thermo-responsive poly-(N-isopropyl)acrylamide (PNIPAAm) which can operate as temperature-triggered actuators for cells-on-chip applications. PNIPAAm based thin films were synthesized in house and manufactured by an injection/compression moulding based technique in order to obtain flat hydrogels attached to rigid polyvinyl chloride (PVC) substrates to facilitate laser focusing. Laser machining parameters were empirically optimized to fabricate arrays of through-holes with entrance diameter ranging from 30 ??m to 150 ??m and having different exit diameter (from 10 to 20 ??m) on the PNIPAAm employing a stencil aluminum mask. After laser processing, the microstructured layers were detached from the PVC using a chemical treatment and then left to swoll in pure water. The KrF excimer laser machined through-holes could be reversibly modulated in terms of size as a consequence of the polymer volumetric phase transition induced by a temperature change above the critical value of 32 ??C. Thermo-responsiveness characterization was carried out on the detached water swollen freestanding layers using a thermostat bath, by changing the temperature from 18 ??C to 39 ??C and each sample could undergo multiple cycles. As a result of the polymer water loss, the shrinkage of the layer caused the holes to shrink homogeneously, thus reducing their original size of about the 50% in the polymer collapsed state. To prove the functionality of these stimuli-responsive smart surfaces in the frame of cells-on-chip systems, they were integrated in a multilayer microfluidic device to operate as self-regulating cell sorting actuators for single cell assays applications. Using mechanical fastening as the packaging strategy, the hydrated hydrogel was sealed between two micro-milled poly-methyl methacrylate (PMMA) components, which provided the fluid accesses and ducts to the cell suspension to be flown over the thermoresponsive actuator (top layer) and the well to collect the sorted sample (bottom layer). The device is also equipped with a thin transparent heater to control the microfluidic chip temperature. When the system is assembled, the temperature-triggered actuation mechanism was exploited to trap a cellular sample in the shrunken exit hole on the top of the hydrogel layer by applying a negative pressure across the film via the bottom PMMA component when the system is kept at 37 ??C. Subsequently, the sorting of the trapped cell took place through the micro-capillary when the polymer natural relaxation at room temperature towards its initial state occurred; the operational principle of the device was proved using MG63 cells as a model cell line by monitoring the sorting through the size-modulating structures using optical microscopy.

Les procédés par ajout de matière sont soumis à des changements majeurs depuis ces dernières années. En effet, ils sont passés de procédés de prototypage rapide, à des procédés de fabrication additive pour la réalisation de pièces fonctionnelles. Ces changements ont entraîné de nouvelles attentes en termes de maîtrise de ces procédés. Dans le même temps, il subsiste certains problèmes dus à leur non-intégration dans une chaîne numérique complète et robuste. Ce point ne leur permet pas à l'heure actuelle de rattraper leur retard en terme de développement par rapport aux procédés plus traditionnels. Les limites de la structure actuelle au niveau de la commande numérique (s'appuyant sur le STL) des machines de fabrication additive ont été identifiées par les travaux de recherche de plusieurs groupes internationaux. La grande majorité a conclu au nécessaire développement d'une nouvelle structure de données basée sur le format STEP, qui apparaît comme étant un format adapté pour obtenir une chaîne numérique complète, robuste et s'appuyant sur des données de haut niveau conceptuel. Le but des travaux de thèse est donc de proposer une nouvelle structuration des données pour le procédé par ajout de matière basée sur le format STEP-NC puis dans le même temps de mettre en place une nouvelle chaîne numérique STEP-NC s'appuyant sur des DCN génériques du même type que ceux utilisés en usinage. La première partie du travail est la mise en place d'un modèle hiérarchisé des données nécessaire pour la description des procédés par ajout de matière. Ce modèle hiérarchisé permet d'identifier et de hiérarchiser toutes les données utiles à l'élaboration d'un projet de fabrication additive. La seconde étape consiste à partir des données du modèle hiérarchisé à la proposition d'un modèle de données STEP-NC pour l'introduction des procédés de fabrication additive dans la norme ISO 14649. Pour réaliser une chaîne numérique complète basée sur le STEP-NC, les travaux de l'équipe (qui concernent non seulement la fabrication additive mais aussi l'usinage) ont conduit à la mise en place d'une plateforme appelée SPAIM (STEP-NC Platform for Advanced and Intelligent Manufacturing). Dans cette plateforme la chaîne numérique complète (CAO-FAO-DNC) est intégrée autour d'un unique fichier STEP-NC sans perte d'information. Cette plateforme a de plus l'avantage de pouvoir être intégrée sur toutes les machines de nouvelle génération de fabrication additive équipées avec des DCN génériques.

<p> </p><p>Infrared (IR) imaging devices based on energy detection has shown a dramatic development in technology along with an impressive price reduction in recent years. However, for a low-end market as in automotive applications, the present cost of IR cameras is still the main obstacle to broadening their usage. Ongoing research has continuously reduced the system cost. Apart from decreasing the cost of infrared optics, there are other key issues to achieve acceptable system costs, including wafer-level vacuum packaging of the detectors, low vacuum level operation, and the use of standard materials in the detector fabrication. This thesis presents concepts for cost reduction of low-end IR cameras.</p><p>     The thesis presents a study of detector performance based on the thermal conductance design of the pixel. A circuit analog is introduced to analyze the basic thermal network effect from the surrounding environment on the conductance from the pixel to the environment. A 3D simulation model of the detector array conductance has been created in order to optimize the performance of the arrays while operated in low vacuum. In the model, Fourier's law of heat transfer is applied to determine the thermal conductance of a composite material pixel. The resulting thermal conductance is then used to predict the performance of the detector array in low vacuum.</p><p>     The investigations of resist as the intermediate bonding material for 3D array integration are also reported in the thesis. A study has been made of the nano-imprint resists series mr-I 9000 using a standard adhesive wafer bonding scheme for thermosetting adhesives. Experiments have been performed to optimize the thickness control and uniformity of the nano-imprint resist layer. The evaluation, including assessment of the bonding surface uniformity and planarizing ability of topographical surfaces, is used to demonstrate the suitability of this resist as sacrificial material for heterogeneous detector array integration<em>. </em><em></em></p><p>     Moreover, the thesis presents research in wafer-level packaging performed by room temperature bonding. Sealing rings, used to create a cavity, are manufactured by electroplating. The cavity sealing is tested by liquid injection and by monitoring the deflection of the lid membrane of the cavities. A value for the membrane deflection is calculated to estimate the pressure inside the cavities.  </p>

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