Komplementärer Metalloxid-Halbleiter (CMOS)

Mean Time Between Failures (MTBF) ist eine Zuverlässigkeitsmetrik, die die voraussichtliche Zeitspanne zwischen inhärenten Ausfällen eines reparierbaren Systems angibt. Für Systeme mit einer konstanten Ausfallrate von [latex]\lambda[/latex] ist MTBF ihr Kehrwert: [latex]MTBF = 1/\lambda[/latex]. Diese einfache Beziehung ist in der Zuverlässigkeitstechnik von grundlegender Bedeutung für die Vorhersage der Systembetriebszeit und die Planung von Wartungsplänen, wobei davon ausgegangen wird, dass Ausfälle einer Exponentialverteilung folgen.

Bei einem System aus in Reihe geschalteten Komponenten, bei dem jeder einzelne Ausfall zu einem Systemausfall führt, ist die Gesamtausfallrate die Summe der einzelnen Raten. Die MTBF des Systems ist der Kehrwert dieser Summe: [latex]MTBF_{system} = (\sum_{i=1}^{n} \lambda_i)^{-1} = (1/MTBF_1 + 1/MTBF_2 + ... + 1/MTBF_n)^{-1}[/latex]. Dies bedeutet, dass die MTBF des Systems immer kleiner ist als die MTBF der niedrigsten Einzelkomponente.

Bei dieser Methode werden hochenergetische Photonen aus einer Radioisotopenquelle, typischerweise Kobalt-60, zur Sterilisation von Produkten eingesetzt. Die Gammastrahlen durchdringen die Materialien, erzeugen freie Radikale und verursachen irreparable Schäden an der mikrobiellen DNA, was zum Zelltod führt. Es handelt sich um ein „kaltes“ Verfahren, das sich für hitzeempfindliche Produkte eignet und an Produkten durchgeführt werden kann, die sich bereits in ihrer endgültigen, versiegelten Verpackung befinden.

Bei der Top-down-Synthese werden Nanomaterialien hergestellt, indem man von einem größeren Material ausgeht und es auf die Nanoskala zerlegt oder strukturiert. Zu den wichtigsten Techniken gehören mechanische Methoden wie Kugelmühlen und lithografische Verfahren wie Fotolithografie, Elektronenstrahllithografie und Nanoimprint-Lithografie. Diese Methoden werden häufig zur Herstellung strukturierter Oberflächen und integrierter Schaltkreise eingesetzt, können aber Oberflächenfehler aufweisen.

Physics of Failure (PoF) ist ein Ansatz der Zuverlässigkeitstechnik, bei dem Kenntnisse der Werkstoffkunde und der Physik genutzt werden, um die Ursachen von Ausfällen zu verstehen und zu modellieren. Anstatt sich nur auf statistische Daten vergangener Ausfälle zu stützen, konzentriert sich dieser Ansatz auf die Vorhersage von Ausfällen durch die Analyse der physikalischen Prozesse (z. B. Ermüdung, Korrosion, Kriechen), die zu Degradation und Ausfall führen.

Der Quantengrößeneffekt beschreibt das Phänomen, dass sich die elektronischen und optischen Eigenschaften eines Materials ändern, wenn sich seine Größe der Nanoskala nähert. Wenn die Abmessungen eines Materials mit der de-Broglie-Wellenlänge des Elektrons vergleichbar werden, tritt Quanteneinschluss auf. Dadurch werden die Energieniveaus der Elektronen quantisiert, was zu einer größenabhängigen Bandlücke führt, [latex]E_g(R) \approx E_{g,\b\u\lk} + \frac{\hbar^2\pi^2}{2R^2}(\frac{1}{m_e^*} + \frac{1}{m_h^*})[/latex].

Die Wiederholbarkeit bewertet die Präzision unter identischen Bedingungen, während die Reproduzierbarkeit die Präzision bei Änderungen einer oder mehrerer Bedingungen, wie z. B. Bediener, Instrument oder Standort, bewertet. Die Reproduzierbarkeitsvarianz ist immer größer oder gleich der Wiederholbarkeitsvarianz. Diese Unterscheidung ist entscheidend für das Verständnis der Messvariabilität, insbesondere bei Laborvergleichen, bei denen die Bedingungen grundsätzlich unterschiedlich sind.

Bei reparablen Systemen ist die mittlere Zeit zwischen zwei Ausfällen (MTBF) die Summe aus der mittleren Zeit bis zum Ausfall (MTTF) und der mittleren Zeit bis zur Reparatur (MTTR). Die Formel lautet [latex]MTBF = MTTF + MTTR[/latex]. MTTF steht für die durchschnittliche Betriebszeit vor einem Ausfall, während MTTR die durchschnittliche Zeit für die Reparatur des Systems angibt. Diese Unterscheidung ist entscheidend für das Verständnis der Systemverfügbarkeit.

In Reinräumen werden zwei primäre Luftströmungsprinzipien zur Kontaminationskontrolle eingesetzt. Die turbulente (oder ungerichtete) Strömung umfasst gemischte Luftströme und eignet sich für weniger strenge Klassen (ISO 6-9). Bei der laminaren (oder unidirektionalen) Strömung werden parallele Luftströme mit konstanter Geschwindigkeit verwendet, um Partikel aus der Umgebung zu entfernen, was für hochreine Anwendungen wie ISO 1-5 unerlässlich ist, um Kreuzkontaminationen zu verhindern und eine schnelle Partikelentfernung zu gewährleisten.

Die Shockley-Queisser-Grenze ist der maximale theoretische Wirkungsgrad einer Solarzelle mit einfachem pn-Übergang. Sie berücksichtigt nur Strahlungsrekombination und Schwarzkörperstrahlungsverluste. Für eine Zelle mit einfachem Übergang und einer optimalen Bandlücke von 1,34 eV unter Standard-Sonneneinstrahlung (AM1.5G) beträgt der maximale Wirkungsgrad etwa 33,7 %. Diese fundamentale Grenze dient als Leitfaden für Forschung und Entwicklung von Solarzellen.

UNISURF wurde in den 1960er Jahren vom französischen Ingenieur Pierre Bézier für Renault entwickelt und war eines der ersten echten 3D-CAD/CAM-Systeme. Seine wichtigste Innovation war die Verwendung der heute als Bézier-Kurven und -Flächen bekannten Systeme. Dabei handelt es sich um parametrische Kurven, die durch eine Reihe von Kontrollpunkten definiert werden und die intuitive und mathematische Erstellung komplexer Freiformformen für Karosserien ermöglichen.

Die Molekularelektronik erforscht die Nutzung einzelner Moleküle oder nanoskaliger Molekülansammlungen als grundlegende elektronische Komponenten. Ziel dieses Ansatzes ist der Bau von Schaltkreisen an der äußersten Grenze der Miniaturisierung, weit über die traditionelle Siliziumtechnologie hinaus. Zu den Schlüsselkomponenten gehören molekulare Drähte, Schalter und Gleichrichter, deren Funktion quantenmechanische Eigenschaften wie das Tunneln von Elektronen durch Molekülorbitale nutzt.

Lithium-Ionen-Batterien funktionieren über einen Interkalationsmechanismus, eine reversible Einlagerung von Ionen in ein geschichtetes Wirtsmaterial. Während der Entladung de-interkalieren Lithium-Ionen ([latex]Li^+[/latex]) von einer negativen Elektrode (Anode), in der Regel Graphit, und wandern durch einen nicht-wässrigen Elektrolyten, um sich in eine positive Elektrode (Kathode), in der Regel ein Metalloxid, einzulagern. Die Elektronen wandern durch den externen Stromkreis und erzeugen Strom.

Ein Einzelelektronentransistor (SET) ist ein Schaltgerät, das kontrolliertes Elektronentunneln nutzt, um den Fluss einzelner Elektronen zu manipulieren. Er besteht aus einem Quantenpunkt (der „Insel“), der über Tunnelverbindungen mit Source- und Drain-Anschlüssen und kapazitiv mit einer Gate-Elektrode verbunden ist. Seine Funktionsweise basiert auf dem Coulomb-Blockade-Effekt, der extreme Empfindlichkeit und geringen Stromverbrauch ermöglicht.