Forschungsinfrastruktur im Exzellenzcluster PhoenixD

Der Cluster und Storage "Leibniz University Mechanical Engineering Nodes" (LUMEN) wird seit 2022 an der Fakultät für Maschinenbau der Leibniz Universität Hannover (LUH) am Campus Maschinenbau Garbsen (CMG) zusätzlich zu den Rechen­ressourcen der LUH betrieben. Der Cluster ist dabei auf die Standorte Leibniz Universität IT-Service und CMG auf­geteilt. Die Infrastruktur hat alte Cluster der Fakultät abgelöst. Dadurch konnte eine erhebliche Energieeffizienzsteigerung erreicht werden.

Der Cluster und Storage ermöglicht daher in Zukunft den Wandel in den Natur- und Ingenieur­wissen­schaften zu immer komplexeren Simulationen, der Notwendig­keit zum massiven Parallelrechnen, dem immer größeren Daten­aufkommen und dem notwendigen cross-disziplinären Datenaustausch durch die Forschung in den Bereichen von "Industrie 4.0", "Big Data" und Künstlicher Intelligenz (KI) Rechnung zu tragen. Die Anlage wurde mit einer EFRE Förderung (EFRE ZW 7-85050947) und im Rahmen des Exzellenzclusters "PhoenixD" erstellt und wird durch die Institute erweitert.

Der Cluster erlaubt den Forschenden auch individuelle Rechen­konfigurationen, direkten Zugang durch die System­administra­toren der Fakultät und niedrige Latenzzeiten zu Forschungs­einrichtungen am CMG zu realisieren. Nutzende der Ressource sind alle Mitarbeitende der LUH, aber vorrangig die Forschende der Fakultät Maschinen­bau und des Exzellenzclusters "PhoenixD". Die Nutzung in kommerziellen Projekten der Institute ist im geringen Umfang und zur Förderung der Region möglich.

Technische Daten - Cluster

• Leistung 320 TeraFLOOPS
• 60 Compute-Nodes mit 2x 32 Kernen und 8GB RAM
• 2 GPU-Nodes NVIDIA Ampere A40 mit 48GB RAM
• 300 TeraByte schneller Speicher (Bigwork)

Technische Daten - Storage

• 1 PetaByte Speicher bestehend aus SAS und SATA-HDD
• Anbindung an Organisations-AD
• Sicherung der Daten durch Synchronisation mit einem zweiten Standort

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Björn Niemann, bjoern.niemann@ita.uni-hannover.de

• Bearbeitungs- und Substratgröße: 150x200 mm
• Substratstärke bis zu 5 cm
• Starre Substratfixierung mit Metapor Vakuumchuck
• Linearantrieb für Substrat 6 m Länge, < 10 µm Wiederholgenauigkeit
• Kamerabasiertes Substratalignment
• TSE-Troller Slot-Die Coating Einheit
• Zwei Kombidruckwerke: Flexodruck, Tiefdruck (direkt/indirekt), Lamination
• Feinjustierbare Druckwerkzustellungen < 1 µm
• GEW-Quecksilberdampflampe zur UV-Härtung

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Andreas Evertz, andreas.evertz@ita.uni-hannover.de

Bei dem Forschungsgroßgerät Einstein-Elevator handelt es sich um die Weiterentwicklung eines klassischen Fallturms, mit dem Experimente unter Bedingungen der Schwerelosigkeit und einer hohen Wiederholrate durchgeführt werden. Bei sehr hoher Genauigkeit der Mikrogravitation (< 10^-6 g) wirkt sich, neben der höheren Nutzlast von 1.000 kg, vor allem das geringe abzupumpende Vakuumvolumen positiv aus. Mit einer Wiederholrate von bis zu 300 Versuchen pro Tag werden Forschungskampagnen innerhalb kürzester Zeit durchgeführt.

Technische Daten

• Versuchsdauer: 4 s
• Gesamthöhe: 40 m
• Wiederholrate: 300 Versuche pro Tag
• Nutzlast: 1 t
• Größe der Experimente: Ø 1,7 m x 2 m
• Restbeschleunigung: < 10-6 g

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Dr.-Ing. Christoph Lotz, einstein-elevator@hitec.uni-hannover.de

Die "Glas-3D-Druck-Anlage" stellt ein Forschungsgroßgerät dar, welches die additive Fertigung von Glasobjekten mittels laserbasierten Faserauftragsschweißverfahren ermöglicht. Darüber hinaus ist die Laseranlage in der Lage, Glashalbzeuge zu fügen, sowie die Oberfläche mittels Laserstrahlung zu veredeln, beispielsweise durch Glättung. Der Einsatz einer Heizplatte erlaubt zudem die Verwendung verschiedenster Glassorten.

Technische Daten

• 3 lineare Achsen mit zusätzlicher Dreh- und Kippeinheit
• absolute Positioniergenauigkeit: 50 µm
• Verfahrgeschwindigkeit: 100 mm/s
• Faserfördergeschwindigkeit bis zu 4000 mm/min
• min. Faserdurchmesser 0,2 mm
• Galvanometerscanner
• Heizplatte max. Temperatur 600°C

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Khodor Sleiman, K.Sleiman@lzh.de

Technischte Details

• Mikromontageanlage für Handling, Charakterisierung und Montage kleinster optischer und photonischer Komponenten ab 250 µm Kantenlänge
• Wafer Handhabung bis zu 6“ bzw. 4“
• Positioniergenauigkeit von bis zu 50 nm bzw. 1 µm
• Vollautomatisierbarer Prozessablauf möglich
• Aktive und passive Justage von Komponenten und deren Montage
• Aufbau- und Verbindungstechnologie mittels Klebeprozessen
• Mikrodispensierprozesse
• Optische Leistungsmessung am Freistrahl und fasergekoppelt
• Optische Strahlcharakterisierung
• Spektrale Charakterisierung
• Weißlichtkonfokal-Mikroskopie zur geometrischen Charakterisierung im Assemblierungsprozess

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Dr.-Ing. Gerd-Albert Hoffmann, G.Hoffmann@lzh.de

Technische Details

• Präparation/Polierung von Substratkanten auf einer Kantenlänge von 4mm
• Maximaler Abtrag 100 µm
• Basierend auf Argon Ionen Sputter-Prozess

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Dr. Moritz Hinkelmann, m.hinkelmann@lzh.de

Technische Details

• Ionenstrahlsputteranlage für die Herstellung von komplexen optischen Dünnschichtsystemen
• Prozessierung von Substratgrößen von bis zu 6“
• Abscheidung von SiO₂, TiO₂ und Ta₂O₅
• Hochauflösendes Breitband Monitoring System mit bis zu 0,1 nm Auflösung in einem Wellenlängenbereich von 420 nm bis 1680 nm
• Automatische Sputtertarget-Wechseleinrichtung
• 16 cm Veeco Plasmaquelle

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Dr.-Ing. Gerd-Albert Hoffmann, G.Hoffmann@lzh.de

Technische Daten

• Direct-Die-Attach Anlage
• Die-Bonder für die Direktbestückung von Flexiblen Substraten mit Bare Dies
• Fixierung mit dispensierten leitfähigen Klebstoffen
• Kamerabasierte Positionserfassung der Dies
• Forschungsanlage zur Bestückung mittels LIFT (Laser Induced Forwards Transfer), somit Prozesszeiten bis zu 100.00 Chips/h möglich
• Kontaktfreie Montage von Bare Dies direkt aus dem Wafer
• Kontaktloses Bonden von Chips mittels LIFT
• Zusätzlich ausgestattet mit einem Coherent Laser AVIA355-23 (Laserleistung: 23 W, Pulsdauer: 40 ns, Wellenlänge 355 nm; Pulsenergie 250 µJ)

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Andreas Evertz, andreas.evertz@ita.uni-hannover.de

Technische Daten

Laser-System

• Wellenlänge: 1030 nm oder 515 nm
• Repetitionsrate: Einzelschuss - 1 MHz
• Maximale Durchschnittsleistung: 10 W
• Verfahrbereich des Tisches: 100 mm x 160 mm x 160 mm
• Unendliches Sichtfeld - Stichfreie Fertigung

Mehrphotonen-Polymerisation

• Drucken von Polymerstrukturen mit einer Strukturgröße von ~200nm
• Mögliche Materialien: SZ2080, SU-8, Ormocers, Glassomer, hybride organisch-anorganische Photopolymere, Elastomere,...

Selektives Laser-Ätzen

• Ermöglicht die subtraktive Strukturierung von Glas (Quarzglas, Saphir,...)
• Kleinste Strukturgröße ~1 µm

Andere Mikrofabrikation

• Änderung des Brechungsindexes von transparenten Materialien
• Mikro-Ablation
• Strukturierung von Oberflächen
• Mikro-Schweißen

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Dr. Axel Günther, axel.guenther@hot.uni-hannover.de
Dr. Lei Zheng, lei.zheng@hot.uni-hannover.de

Createc MiniMBE System Typ RS2-M-8-FS

Technische Daten

• Molekularstrahlepitaxieanlage für die Herstellung von epitaktisch gewachsenem Lithiumniobat
• Loadlock für Substratgrößen bis zu 1“
• 3-Achs-Substratmanipulator
• Quartzmonitor zur Schichtdickenbestimmung
• RHEED Analyse zur Bestimmung der Kristallinität
• Geeignet für reaktive Beschichtung mit Sauerstoff
• Schleusenkammer, Cold-Lip Effusionszelle, Plasma Cracker Quelle, TUBO Hochtemperatur Effusionszelle, DFC Verdampfer

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Dr. Andreas Wienke, a.wienke@lzh.de

Technische Daten

• Aktive Vibrationsisolierung
• Lichtquelle basiert auf 4 LEDs bei 630nm, 530nm, 460 nm und 575 nm
• Verschiedene Messmodi:
  • Fokus-Variation
  • Konfokaler Modus (axiale Auflösung ~1nm)
  • Weißlicht-Interferometrie
  • Dünnschichtmessung (50nm - 1,5µm)
• AFM-Kopf kann anstelle des Objektivs installiert werden
  • Scanbereich: 110 µm x 110 µm x 20 µm (XYZ)
  • Auflösung:
    statischer Modus ~350 pm
    Dynamischer Modus ~90 pm

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Dr. Axel Günther, axel.guenther@hot.uni-hannover.de

Technische Daten

• Maschinenhersteller: KERN Microtechnik GmbH
• Steuerung: Heidenhain TNC 640
• Baujahr: 2022
• Werkzeugaufnahme: HSK-32E
• Werkzeugwechsler: 102-fach
• Spindel: Hochfrequenzspindel MFW1224
• Max. Spindelleistung: 14 (S1); 16,6 (S6, 40%) kW
• Max. Spindeldrehzahl: 42.000 min-1
• Max. Drehmoment: 6 Nm (S1), 7,5 Nm (S6, 40%)
• Arbeitsraum: 350 x 220 x 250 mm
• Drehachse: 360° endlos/ 200 min-1
• Schwenkachse : 220° 
• Max. Verfahrgeschwindigkeit: 60 m/min
• Beschleunigung: 20 m/s2
• Erweiterungen: Schwenk-/Rundtisch mit Nullpunktspannsystem

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Talash Malek, Malek@ifw.uni-hannover.de

Röntgenphotoelektronenspektroskop (XPS) zur zerstörungsfreien Bestimmung der chemischen Zusammensetzung vor allem von Festkörpern bzw. deren Oberfläche.

Austattungsmerkmale:

• PHI Versaprobe III Scanning ESCA
• Heiz- und kühlbare Probenkammer
• UPS Option
• LEIPS Option
• Scanning Auger Option
• Gas Cluster Ionenquelle

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Dr. Andreas Schaate, andreas.schaate@acb.uni-hannover.de

Nutzungsordnung XPS

Technische Daten

• Verfahrwege von 100 x 100 mm
• Gold-Ball-Bonden für Drahtstärken von 12 bis 50 µm mit Standard-Kapillaren von 16 mm bis 19 mm
• Wegde-Wedge-Bonden mit 1″ Tools für Aluminium- und Golddrähte von 12 bis 75 µm Stärke
• Platziergenauigkeit von ± 5 µm
• Digitaler Ultraschallgenerator (67 kHz, max. 45 W) für beliebige Bondfrequenzen
• Bumping, Safety-Bump, Stitch-on-Ball

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Andreas Evertz, andreas.evertz@ita.uni-hannover.de

EVG620NT Top Side Nano Imprint Lithography System
Hochpräzise Reproduktion von 2D- und 2,5D-Strukturen

Technische Daten

• Enthält 3 UV-Lichtquellen (365nm, 405nm und 436 nm)
• Integriertes Maskenausrichtungssystem mit einer Genauigkeit von ~100nm
• Handhabung von Wafern bis zu 6“
• Kontakt-Modus / Soft-Kontakt-Modus und Proximity-Modus verfügbar
• Ermöglicht Vakuum- Prägung
• Ermöglicht lithografische und Prägeprozesse

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Dr. Axel Günther, axel.guenther@hot.uni-hannover.de

Mehrkanal-Laser-Combiner als Quelle mit 6 verschiedenen Wellenlängen: Auf der Einkoppelseite steht eine Weißlichtquelle und eine Kamera zur besseren Justage zur Verfügung. Die entsprechenden Strahlen werden kollimiert und bei Bedarf überlagert. Zur Einkopplung in die Probe werden Objektive mit einem großen Arbeitsabstand und einer Vergrößerung von 10x, 20x, 50x und 100x verwendet. Auf der Auskoppelseite werden identische Objektive verwendet um das transmittierte Licht zu kollimieren. Danach wird der Strahl durch entsprechende Strahlteiler auf die gewünschten Detektoren, wie z.B. Kamera, Photodioden, Spektrometer, ..., aufgeteilt.

Technische Daten

• Mehrkanal-Laserkombiner für 405 nm, 450 nm, 520 nm, 561 nm, 633nm und 785nm 
• 50 mW- 100 mW Ausgangsleistung
• Mehrere Objektive für Vergrößerungen von 5x bis 100x
• kleinste Spotgröße 1,7 µm

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Dr. Axel Günther, axel.guenther@hot.uni-hannover.de

Technische Daten

• 3D Druck von Photopolymeren mit Photonic Professional GT2 (Nanoscribe)
• 63x NA 1.4 oder 25x NA0.8 Immersionsobjektiv zum fokussieren des Laserstrahls (@780 nm) in das Photopolymer
•  Max. Objektgröße: 100 x 100 x 8 mm³
• Min. Oberflächenrauhigkeit: < 20 nm
• Max. Scangeschwindigkeit: 100 - 625 mm/s
• Auflösung bis zu 150nm
• Typische Substrate Quarzglas, Borosilicatglas oder Silizium; individuelle Substrate möglich
• Multi-Materialdruck möglich durch Heteromerge Erweiterung

Kontakt

Dr. Moritz Hinkelmann, M.Hinkelmann@lzh.de

• Kombination von Prozesstechnik und Metrologie im atmosphärischen Umfeld oder Vakuum in einer Anlage
• Mover bewegen sich reibungsfrei durch die Anlage
• Präzise Steuerung mit 6 Freiheitsgraden
• Platzierung der Probe mit einer Genauigkeit von bis zu 1µm

Prozesstechnik:

• Pick & Place
• Mikrodispenser
• UV-Belichter
• Nanoimprint
• Laser strukturierung
• Sputtertechnik (Vakuum)

Metrologie:

• Lichtmikroskop mit 1000x Vergrößerung
• Ellipsometer

Kontakt:

• Prof. Dr. Wolfgang Kowalsky, Wolfgang.Kowalsky@ihf.tu-bs.de
• Dr. Axel Günther, axel.guenther@hot.uni-hannover.de