Titel Promotor Affiliaties "Korte inhoud" "Modellering en karakterisering van UT-FDSOI-apparaten en hun betrouwbaarheid op lange termijn bij cryogene temperaturen" "Jeffrey Prinzie" "Elektronische Circuits en Systemen (ECS)" "Naarmate de CMOS-technologie afneemt, worden geavanceerde UT-FDSOI-apparaten op grote schaal toegepast in CMOS-toepassingen op nanoschaal vanwege hun uitstekende immuniteit voor korte-kanaaleffecten (SCE), hoge mobiliteit en hoge schakelstroomverhouding. Deze UT-FDSOI-apparaten die samen met IC's zijn geïntegreerd, werken bij cryogene temperaturen (4 K of zelfs lager) wanneer ze worden gebruikt voor deeltjesdetectie, high-performance computing, cryogene sensoren en detectoren, elektronische ruimtevaart, neuromorfische circuits met laag vermogen en kwantum-IC's. hun kenmerken en betrouwbaarheid bij cryogene temperaturen moeten duidelijk worden onderzocht. Sommige effecten zijn van invloed op hun prestaties en betrouwbaarheid bij cryogene temperaturen, zoals toenemende hot-carrier-geïnduceerde degradatie (HCI), die de levensduur van deze apparaten kan beïnvloeden. Het voorgestelde proefschrift heeft tot doel de analytische modellen van de geavanceerde UT-FDSOI-apparaten bij cryogene temperaturen af te leiden en te verifiëren door middel van metingen en simulaties. De veranderende trend van hun karakteristieke parameters kan worden geconcludeerd uit onze modellen, en de betrouwbaarheid op lange termijn van deze geavanceerde apparaten bij cryogene temperaturen kan worden onderzocht voor toekomstig ontwerp van kwantumcomputer-IC's en RF-toepassingen." "Modellering en ontwerp van betrouwbare vermogensomvormers met hoge dichtheid bij cryogene temperaturen" "Valentijn De Smedt" "Elektronische Circuits en Systemen (ECS)" "Cryogene vermogenselektronica is de laatste jaren een onderzoekshotspot. Om vermogenssubsystemen te laten werken in de toestand van cryogene temperaturen (CT), zoals in de diepe ruimte, is het essentieel om de kenmerken van de verschillende systeemcomponenten te onderzoeken. Zoals eerder gemeld, vertonen halfgeleiderapparaten die bij cryogene temperatuur werken betere prestaties dan hun tegenhangers op kamertemperatuur, zoals lagere aan-weerstand en hogere schakelsnelheid; daarnaast moet extra aandacht worden besteed aan het potentiële betrouwbaarheidsprobleem, dat kan worden veroorzaakt door de verminderde drain-to-source-doorslagspanning. De voorgestelde Ph.D. programma is van plan een ontwerpschema te presenteren van een 100V-naar-5V 20W vermogensomvormer met een piekrendement tot 96% in extreem koude omgevingen. Tijdens dit project zou het gedrag van vermogensapparaten in termen van prestaties en betrouwbaarheid worden onderzocht met behulp van TCAD-simulatie. Bovendien zullen zowel passieve apparaten als de verpakking worden geoptimaliseerd om een zeer efficiënte vermogensomvormer met een hoge vermogensdichtheid te bereiken." "Nanoschaal dynamisch micro-spectroscopie-opstelling voor cryogene temperaturen" "Milos NESLADEK" Materiaalfysica "De huidige revolutie in de kwantumtechnologie opent een ruimte voor uitgebreide onderzoeksactiviteiten om de principes van de kwantummechanica toe te passen bij de ontwikkeling van nieuwe toepassingen, of het nu gaat om kwantumsensoren, kwantumcomputers of kwantuminternet. De voorgestelde smalle elektronen excitatie en spin polarisatie laserbron is ingesprongen voor kwantumspin experimenten in het temperatuurbereik van cryogene tot kamertemperatuur voor diamant Solid-State Qubits (SSQ), uitgevoerd bij Quantum Photonics Groep van het Instituut voor Materiaalonderzoek. SSQ's zijn het belangrijkste onderwerp van de groep en het onderdeel van nationale en internationale samenwerkingsactiviteiten. De apparatuur zal rechtstreeks worden ingezet in de huidige EU kwantumprojecten (ASTERIQS, Q_MAGINE, NANOSPIN), de huidige FWO-projecten voor basisonderzoek en de projecten voor strategisch basisonderzoek (SBO- Diaquant). Ook nieuw gestarte projecten op het gebied van kwantum NMR ( VLAIO) en FWO, waarvoor deze strategische uitrusting is gepland, zullen de uitrusting gebruiken. De voorgestelde laser heeft unieke parameters, die het mogelijk maken om onze studie strategisch uit te breiden naar nieuwe solid state qubits voor het verkennen van enkele moleculen detectie en quantum computing apparaten voor gebruik in de richting van kamertemperaturen." "Experimentele kennis van geluidsbronnen in silicium MOS-apparaten bij cryogene temperaturen voor spin qubit-toepassingen" "Pol Van Dorpe" Kwantum-vastestoffysica "Quantum computing belichaamt de belofte van de toekomst en heeft het potentieel om onze wereld te revolutioneren met zijn aanzienlijk versnelde rekenmogelijkheden. Deze opkomende technologie is niet bedoeld om de hedendaagse computers te vervangen, maar eerder om problemen op te lossen die hardnekkig zijn met de huidige rekenmethoden. Analoog aan de klassieke computer is de kwantumcomputer gebouwd met behulp van basisblokken die kwantumbits worden genoemd en voert hij algoritmen uit met behulp van kwantumpoorten. Een van de vele platforms voor het realiseren van kwantumbits is de spin van een elektron in silicium, die veel voordelen biedt, zoals lange coherentietijden en compatibiliteit met de bestaande industriële fabricage-infrastructuur. Spin-kwantumbits worden echter beperkt door ladingsruis, die de halfgeleiderindustrie al tientallen jaren op dezelfde manier teistert.In dit werk beschrijven we de vooruitgang die is geboekt bij het begrijpen van de fysieke oorsprong van ladingsruis in halfgeleiderpoortstapels. Het werk concentreert zich rond de karakterisering van de siliciummetaaloxide-halfgeleider-poortstapels op macroscopisch en microscopisch niveau en wordt afgesloten met de karakterisering van spinqubits met behulp van dezelfde poortstapels. We beginnen dit werk met het beschrijven van de fabricagemethoden die nodig zijn voor dit onderzoek. Het fabricageplatform, dat deel uitmaakt van imecs quantum computing-programma, combineert optische en e-beam-lithografie voor hoge flexibiliteit en doorvoer. Het proces is modulair ontworpen om de verkenning van verschillende spinplatforms mogelijk te maken zonder de noodzakelijke extra overheadkosten.Het ervaringsgerichte werk dat in dit proefschrift wordt beschreven, wordt uitgevoerd op dezelfde set apparaten. We beginnen met het onderzoeken van de transporteigenschappen van tweedimensionale elektronengassen van silicium, een veelgebruikte maatstaf om de kwaliteit van apparaten te karakteriseren. We gebruiken Hallbar-metingen om de mobiliteitsbeperkende mechanismen van verschillende metaaloxide-halfgeleiderpoortstapels te onderzoeken. Door het gebruikte type metalen poort en de oxidedikte te veranderen, kunnen we bepaalde soorten fysieke defecten identificeren die de kwaliteit van het apparaat beïnvloeden. Daarnaast onderzoeken we de temperatuurafhankelijkheid van de mobiliteit, wat verder inzicht geeft in de aard van de fysieke defecten in de gate-stack. Vervolgens karakteriseren we de kwantumdotstroomspectroscopieruis, een veelgebruikte methode om laagfrequente ruis te onderzoeken. We vinden een directe correlatie tussen transportkarakteristieken en de omvang van de ladingsruis, wat duidt op een gemeenschappelijke onderliggende fysieke oorsprong daartussen. Daarnaast voeren we een statistische analyse uit van de ladingsruis op een van de poortstapels om de aard van de defecten in metaaloxide-halfgeleiderstapels te onderzoeken. We vinden dat defecten van het dipooltype het beste de ladingsruis vertegenwoordigen die experimenteel wordt waargenomen in kwantumdots. Ten slotte karakteriseren we een spin-qubit van het elektronenspinresonantietype om experimenteel de correlatie tussen transportkarakteristieken en qubit-prestaties te bevestigen.De statistische analyse, karakteriseringsmethoden en resultaten die in dit werk worden gepresenteerd, vormden een gesloten-lusproces om siliciummetaaloxide-halfgeleiderpoortstapels voor kwantuminformatietoepassingen te verbeteren, waardoor nieuwe inzichten werden verkregen in de oorsprong van ladingsruis en de weg werd vrijgemaakt voor grootschalige spin Qubit-processorintegratie met behulp van een volledig CMOS-proces." "Ontwikkeling van bundelvormend algoritme voor medische beeldvorming" "Michael Kraft" "Micro- en Nano-Systemen (MNS)" "In de afgelopen jaren is mode-gelokaliseerd MEMS-onderzoek toegenomen. Deze huidige focus heeft zijn wortels in de substantiële verbetering in gevoeligheid (tot 3 magnitude-ordes) en common-mode afwijzingsmogelijkheden van deze apparaten, in vergelijking met reguliere frequentieverschuivings-MEMS. Deze ontwikkelingen vinden toepassingen in inertie- (versnellingsmeters, gyroscopen) en gravimetrische sensoren - apparaten die in een breed scala van gebieden worden gebruikt, van de auto-industrie tot smartphones, IoT-toepassingen en detectie van zwaartekrachtgolven. Bij het ontwerpen van een sensor is het doel om de gevoeligheid van het apparaat voor de gewenste variabele te verbeteren en de gevoeligheid voor andere maatregelen tot een minimum te beperken. Op resonantiefrequentie gebaseerde apparaten zijn naar voren gekomen als betrouwbare apparatuur om kleine, lineaire structurele verstoringen in de micromechanische structuren te detecteren, maar een niet-gecompenseerde resonantiefrequentie-uitgang maakt dergelijke sensoren niet alleen gevoelig voor de te meten factor, maar ook voor andere ongewenste omgevingsveranderingen. zoals temperatuur en druk. Om deze reden zijn geavanceerde compensatietechnieken vereist om de gewenste hoge nauwkeurigheid te bereiken. Trillingsmodus-gelokaliseerde MEMS komen naar voren als een middel om een output te bereiken die niet alleen zeer ongevoelig is voor temperatuur- en drukveranderingen, maar ook ordes van grootte gevoeliger voor de gewenste belasting. Zwaartekrachtgolfdetectoren hebben bijvoorbeeld speciale sensoren nodig om zeer nauwkeurige metingen van de restbeweging van mechanische componenten uit te voeren - het koelen van dergelijke componenten bij cryogene temperaturen maakt de bijna volledige eliminatie van thermische ruis mogelijk. Door het potentieel van modus-gelokaliseerde versnellingsmeters te combineren met de bewezen ruisonderdrukking en prestatiebevorderende cryogene temperaturen, wordt de mogelijkheid van wetenschappelijke vooruitgang bij de detectie van zwaartekrachtgolven een realiteit." "Cryo-CMOS circuits voor quantum computing" "Filip Tavernier" "Elektronische Circuits en Systemen (ECS)" "Kwantum computers gebruiken kwantummechanische principes zoals superpositie en verstrengeling om in parallel berekeningen uit te voeren op enorme hoeveelheden data, en beloven zo een significante versnelling van complexe algoritmes als ontbindingen in priemfactoren of het doorzoeken van grote databases. In een kwantum computer worden de klassieke binaire bits vervangen door kwantumdeeltjes (qubits) op extreem lage cryogene temperaturen. Om te interageren met deze qubits zijn er conventionele digitale en analoge controlecircuits (ADCs, DACs, LNAs, oscillators, etc.) nodig. Vandaag de dag opereren deze controlecircuits echter op kamertemperatuur, waardoor lange kabels nodig zijn om hen te verbinden met de qubits op cryogene temperatuur. Deze verbindingsstrategie is enkel haalbaar voor een beperkt aantal qubits, terwijl praktische kwantum algoritmes duizenden of zelf miljoenen qubits vereisen. Om een meer schaalbare oplossing te bekomen, moeten de controlecircuits dicht tegen de qubits worden geplaatst, waardoor ze dus ook moeten opereren op cryogene temperaturen. Dit docoraatsonderzoek heeft als doel om deze controlecircuits te implementeren in standaard CMOS op cryogene temperaturen (cryo-CMOS). Om betrouwbaar circuitontwerp mogelijk te maken, moeten een aantal uitdagingen overwonnen worden. Zo zijn er nog geen welomschreven cryo-transistormodellen beschikbaar, en is er nog niet veel onderzoek gevoerd naar ruis en mismatch op cryogene temperaturen. Bovendien moeten de controlecircuits voldoen aan strikte specificaties op vlak van nauwkeurigheid en snelheid, terwijl het gedissipeerde vermogen minimaal moet blijven om de koelingsmogelijkheden van de cryogene koelinstallaties niet te overschrijden. Om aan deze uitdagende voorwaarden te voldoen, moet onderzocht worden hoe de specifieke eigenschappen van cryo-CMOS het best kunnen worden gebruikt in circuitontwerp." "Een nieuwe strategie voor chilldown-verbetering in cryogene voortstuwingssystemen" "Maria Rosaria Vetrano" "Toegepaste Mechanica en Energieconversie (TME)" "Ambitious goals of total greenhouse gas (GHG) emission reduction and decarbonisation have been set by the recent policies European Green Deal, Energy Union (2030 energy and climate targets) and European Union’s 2050 long-term decarbonisation strategy, aiming for a successful green energy transition. My project objective is to enhance the cryogenic chilldown process to minimise liquid hydrogen consumption in future applications as fuel for terrestrial, maritime and aviation transportation. Indeed, combined with partial vehicle electrification, the use of cryogenic fuels (first and foremost liquid hydrogen) in terrestrial, maritime and aviation transports has gained an increasingly prominent role thanks to their environmentally friendly nature and ability to store the energy and control its release. Cryogenic fuels can be stored as gas or liquid. Even though cryogenic liquefaction requires energy due to typical low temperatures(< 120 K), it is advantageous since it produces high fuel densities. This makes liquified cryogenic fuels particularly suitable for the next hybrid transport systems. However, defined as the initial transient process of keeping the system adjusted to the low temperature, cryogenic chilldown in pipelines of fuel storage and handling systems is still highly inefficient (average quenching efficiency < 39%). I propose a new strategy for cryogenic chilldown enhancement by tuning the inner wettability of pipelines using surface engineering via femtosecond laser texturing. " E-TEST "Jean-Pierre Locquet" "Halfgeleiderfysica, Afdeling ESAT - MICAS, Micro-elektronica en Sensoren" "De Einstein-telescoop zal nieuwe inzichten in het heelal opleveren door de waarneming van zwaartekrachtgolven. De infrastructuur zal 300 meter onder de grond komen om storende trillingen en bewegingen als gevolg van menselijke activiteiten, de wind en de grond te verminderen.Het Interreg-project E-TEST vormt een heel belangrijk onderdeel van de Einstein-telescoop, omdat het een ‘proof of concept’ is, niet alleen als prototype maar ook in geologische opzicht.E-TEST gaat een prototype bouwen – een grote spiegel die in een cryogene omgeving (10K) hangt – om de technologie van de telescoop te valideren. Er wordt ook ondergronds onderzoek uitgevoerd om de geologie van de Euregio Maas-Rijn in kaart te brengen en te modelleren. Op basis hiervan kunnen het optimale ontwerp en de optimale locatie van de toekomstige Einstein-telescoop worden bepaald.Dit project vormt een belangrijke wetenschappelijke doorbraak maar zal ook een grote economische impact hebben op het MKB/KMO's in de Euregio Maas-Rijn." "Studie van Cryogene Transiënte Stromingen. De impact van de thermosensitiviteit van een fluïdum op cavitatie" "Johan Steelant" "Toegepaste Mechanica en Energieconversie (TME), Mecha(tro)nische SysteemDynamica (LMSD)" "Tweefasige stromingen komen voor tijdens handelingen met ruimtevaartuigen ten gevolge van lage druk of vacuümcondities in het aandrijfsysteem. Net voor de start van de lancering van het ruimtevaartuig zit de motorbrandstof opgesloten in tanks die worden afgesloten door een reeks kleppen. Wanneer het ruimtevaartuig loskomt van het lanceerplatform worden de brandstoflijnen gevuld en onder druk gebracht, de zogenaamde priming fase. Een gasbellen bevattende stroming wordt geproduceerd door de combinatie van verschillende verschijnselen zoals: koken, vanwege de afkoeling van de brandstoflijnen, cavitatie, veroorzaakt door de stroming van een vloeistof door een klep, en fluid hammer. Elk van deze processen vindt plaats in een thermodynamisch zeer onevenwichtige omgeving. Het gevolg is dat gevalideerde theoretische modellen, die deze processen beschrijven, nog niet beschikbaar zijn. Verdere moeilijkheden ontstaan vanuit experimenteel oogpunt omwille van de cryogene aard van de brandstoffen en de complexiteit van een meerfasig proces, die sterk de mogelijke te gebruiken technieken beperken.Het doel van dit proefschrift is de karakterisering van twee deelprocessen die plaatsvinden tijdens de priming fase: cavitatie en fluid hammer. Hiervoor zal een opstelling met een diafragma worden gebruikt, die vaak voorkomen in raketvoortstuwingssystemen. Bovendien kan er met deze opstelling eenvoudig cavitatie worden ervaren vanwege de hoge snelheid die ter hoogte van de vena contracta wordt bereikt. Aangezien cryogene vloeistoffen temperatuurgevoelig zijn, zal hun gedrag tijdens cavitatie totaal verschillend zijn van deze van een niet-cryogene vloeistof. Daardoor lijkt vloeibare stikstof (LN2) de beste keuze en zal als werkvloeistof in de experimentele opstelling worden gebruikt. Bovendien laten zijn eigenschappen minder strenge eisen toe, qua temperatuur, in vergelijking met andere cryogene vloeistoffen. Ook is het een eenvoudig handelbare en relatieve goedkope cryogene vloeistof.Bepaling van de technische vereisten van de experimentele setup en de testcondities voor LN2 zijn de eerste taken van het project. Verder wordt de selectie van de juiste meettechnieken ook gevraagd. Het experimentele onderzoek zal worden uitgevoerd met behulp van druk-, temperatuur- en debietsensoren en bijzondere aandacht zal worden besteed aan optische visualisaties. Het doel van de experimenten is het bekomen van kwantitatieve informatie over de  thermodynamische eigenschappen, stromingstopologie en vulfactor tijdens cavitatie en fluid hammer. De drukgolven veroorzaakt door de fluid hammer zullen worden geanalyseerd, net als de temperatuurvariaties.Experimenten met water, met een isothermische testbank, werden reeds uitgevoerd om verschillende diafragma’s te karakteriseren. Het doel was om parameters te bepalen die een hydraulische gelijkenis tussen testen met water en met vloeibare stikstof mogelijk maken. De nieuwe cryogene testopstelling zal zo worden ontworpen dat deze gelijkenis wordt gegarandeerd.Ten slotte zullen de resultaten van de cryogene experimentele campagne gebruikt worden om een database op te maken. Deze zal helpen om ontwikkelde numerieke codes te valideren, gebruikt voor het ontwerp van kleppen en leidingen tegen beschadigingen ten gevolgen van cavitatie en fluid hammer." "Cry-Probe: Probestation voor cryogene metingen in vacuum" "Valentijn De Smedt" "Elektrotechnische Industriële Ingenieurstechnieken (ESAT), Campus Geel" "Als reactie op de snel toenemende vraag naar elektronica voor harde omgevingen, beschikt het ADVISE Relylab in Geel over verschillende gespecialiseerde toestellen voor stralingsmetingen en karakterisatie. De bijkomende mogelijkheid om componenten te karakteriseren onder extreme temperatuurcondities, zou een grote toegevoegde waarde opleveren: zowel de gecombineerde effecten van straling en temperatuur als de gevolgen van temperatuurcycli zouden in detail bestudeerd kunnen worden.The ADVISE onderzoeksgroep doet daarom een aanvraag voor een cryogeen probestation met een gesloten-cyclus cryogene koelinstallatie. De toevoeging van deze infrastructuur aan het ADVISE Relylab, maakt  het mogelijk om testen uit te voeren voor nagenoeg elke ruimtemissie alsook andere cryogene applicaties."