2023-06-252023-06-25https://tore.tuhh.de/handle/11420/16264Neuroimplantate versprechen langfristige Lösungen bei schweren neurologischen Krankheiten, die derzeit noch nicht wirksam behandelt werden können. Beispiele sind Blindheit, Parkinson oder das Locked-in Syndrom. Diese Systeme sind sehr dünne flexible Folien, die chronisch im Gehirn aktiv arbeiten müssen. Es stellen sich Anforderungen an die hermetische Dichtheit dünner Schichten, die bisher nicht erfüllt werden können. Ziel des Projekts ist, einen Aufbau und ein Schichtsystem zu finden, die es langfristig ermöglichen sollen, dass Implantate in der Umgebung der Gehirnflüssigkeit über 20 Jahre und mehr stabil funktionieren. Es werden Mehrfachschichten aus Polymeren und oxidischen Zwischenschichten untersucht. Als Polymere werden Polyimid und Parylen eingesetzt. Als Zwischenschichten werden Metalloxide eingesetzt, die durch Atomic Layer Deposition abgeschieden werden. Sodann werden Systeme untersucht, bei denen jede einzelne Leiterbahn für sich vollständig hermetisch ummantelt ist. Die Innovation liegt in der Entwicklung, Prüfung und Optimierung einerseits eines neuartigen Konzepts zur hermetischen Einkapselung von elektronischen Implantaten, anderseits eines Multi-Prozesses, mit denen anorganische-organische Barrieren auf flexiblen Substrate aus verschiedenen Materialien isotrop und fehlerfrei abgeschieden werden können. Die gewählte wissenschaftliche Methode ist, zunächst Testverfahren und Teststrukturen zu erarbeiten und mit diesen Verfahren eine Reihe von Schichtsystemen in Form einer Matrixuntersuchung zu untersuchen. Als Testverfahren ist insbesondere der Accelerated Soak Test vorgesehen. Dabei werden die Strukturen in heißer Kochsalzlösung gelagert und mit dielektrischer Spektroskopie gemessen. Es werden Teststrukturen mit verschiedenen Topographien hergestellt. Diese werden mit verschiedenen Schichtfolgen versehen, untersucht und bewertet. Für eine oder mehrere ausgewählte Beschichtungen werden Gesamtsysteme assembliert und untersucht.Zur theoretischen Beschreibung der Vorgänge bei der Wasserdiffusion wird ein Modell erarbeitet, das auf dem Ansatz von Aktivierungsenergien beruht. Da für die Korrosion Wasser in flüssiger Form notwendig ist, wird die Kondensation des diffundierten Wasserdampfs an der Grenzfläche zwischen der Polymer- und der ALD-Schicht mit Hilfe von Mikrokavitäten mit modelliert. Experimentell wird der Sachverhalt durch unterschiedliche Haftungseigenschaften zwischen der Polymer- und der ALD-Schicht nachgebildet.Neuroimplantate versprechen langfristige Lösungen bei schweren neurologischen Krankheiten, die derzeit noch nicht wirksam behandelt werden können. Beispiele sind Blindheit, Parkinson oder das Locked-in Syndrom. Diese Systeme sind sehr dünne flexible Folien, die chronisch im Gehirn aktiv arbeiten müssen. Es stellen sich Anforderungen an die hermetische Dichtheit dünner Schichten, die bisher nicht erfüllt werden können. Ziel des Projekts ist, einen Aufbau und ein Schichtsystem zu finden, die es langfristig ermöglichen sollen, dass Implantate in der Umgebung der Gehirnflüssigkeit über 20 Jahre und mehr stabil funktionieren. Es werden Mehrfachschichten aus Polymeren und oxidischen Zwischenschichten untersucht. Als Polymere werden Polyimid und Parylen eingesetzt. Als Zwischenschichten werden Metalloxide eingesetzt, die durch Atomic Layer Deposition abgeschieden werden. Sodann werden Systeme untersucht, bei denen jede einzelne Leiterbahn für sich vollständig hermetisch ummantelt ist. Die Innovation liegt in der Entwicklung, Prüfung und Optimierung einerseits eines neuartigen Konzepts zur hermetischen Einkapselung von elektronischen Implantaten, anderseits eines Multi-Prozesses, mit denen anorganische-organische Barrieren auf flexiblen Substrate aus verschiedenen Materialien isotrop und fehlerfrei abgeschieden werden können. Die gewählte wissenschaftliche Methode ist, zunächst Testverfahren und Teststrukturen zu erarbeiten und mit diesen Verfahren eine Reihe von Schichtsystemen in Form einer Matrixuntersuchung zu untersuchen. Als Testverfahren ist insbesondere der Accelerated Soak Test vorgesehen. Dabei werden die Strukturen in heißer Kochsalzlösung gelagert und mit dielektrischer Spektroskopie gemessen. Es werden Teststrukturen mit verschiedenen Topographien hergestellt. Diese werden mit verschiedenen Schichtfolgen versehen, untersucht und bewertet. Für eine oder mehrere ausgewählte Beschichtungen werden Gesamtsysteme assembliert und untersucht.Zur theoretischen Beschreibung der Vorgänge bei der Wasserdiffusion wird ein Modell erarbeitet, das auf dem Ansatz von Aktivierungsenergien beruht. Da für die Korrosion Wasser in flüssiger Form notwendig ist, wird die Kondensation des diffundierten Wasserdampfs an der Grenzfläche zwischen der Polymer- und der ALD-Schicht mit Hilfe von Mikrokavitäten mit modelliert. Experimentell wird der Sachverhalt durch unterschiedliche Haftungseigenschaften zwischen der Polymer- und der ALD-Schicht nachgebildet.Neural implants are a promising approach towards sustainable treatment of a number of severe illnesses which cannot be healed today, such as blindness, Parkinson’s disease or the locked-in syndrome. These systems consist of very thin and flexible foils of insulating and conducting layers, which must be chronically implanted. They have to work 20 years and more in the brain. This needs a stability of hermetic sealing which cannot be provided by today’s micro technology.The project aims at finding a thin film package and a technology which provide reliable operation for 20 years in the brains liquor. The applicants propose to investigate sandwich layers from polymers and oxidic interlayers. As polymers, Parylene and Polyimide will be investigated. The interlayers will be metallic oxides, made by atomic layer deposition. Also systems with full hermetic sealing for each electric interconnect separately will be prepared and analyzed. The innovation is first the development, analysis and the improvement of a new concept for hermetically sealing neural implants. Second, innovation is a new process flow to deposit anorganic-organic barriers on flexible substrates in an isotropic and flawless way. The scientific method chosen is first to develop test procedures, next to prepare a series of samples and to analyze them. The primary test procedure will be the accelerated soak test, which means immersing the probes in hot saline and measuring them by dielectric spectroscopy. Samples with different topographies are prepared. These are coated with different barrier layers, then analyzed and evaluated. For one or several selected barrier coatings a full system will be assembled and tested.Theoretical description of the water diffusion will be made by a model based on activation energies. Since corrosion happens if liquid water is present, the condensation of the diffused water molecules at the boundary of polymer and metal oxide layers at micro cavities will also be modelled.