Degree theses

Die Rasterkraftmikroskopie ist besonders in der Oberflächenphysik nicht mehr wegzudenken. Mit diesem Verfahren ist es möglich, die Oberflächenstruktur und -eigenschaften einer Probe, mithilfe einer mikroskopischen Spitze, abzubilden. Hierbei gibt es verschiedene Betriebsmodi, wobei die Frequenzmodulations-Rasterkraftmikroskopie (FM-AFM) eine davon ist. Das Besondere an der FM-AFM ist, dass die Messspitze an einem Cantilever befestigt wird. Der Cantilever kann hierbei ein Federbalken oder einer piezokeramischen Stimmgabel sein. Dieser schwingt kontinuierlich in seiner Eigenfrequenz und erhält eine Frequenzverschiebung, sobald die Spitze mit der Oberfläche wechselwirkt. Diese Frequenzverschiebung ist das Messsignal, aus dem Rückschlüsse auf die Struktur der Probenoberfläche gezogen werden. Um diese Messmethode den Studierenden näherzubringen, wurde ein Modell entworfen, mit dem die Frequenzmodulierende-Rasterkraftmikroskopie veranschaulicht wird. Damit der Bau des Modells nachverfolgt und gegebenenfalls nachgebaut werden kann, wird in dieser Arbeit der Entwurf, der Zusammenbau und die Inbetriebnahme genauer erläutert. Im Anschluss daran wird zu einer Messreihe die Auswertung betrachtet.

In den Experimenten der vorliegenden Arbeit werden einzelne adsorbierte Atome auf Halbleiteroberflächen mithilfe Rastertunnelmikroskopie (STM) und -spektroskopie (STS) untersucht. Die Arbeit besteht aus zwei Teilen: Im ersten Teil wird das Phänomen des sogenannten "orbital memory" in verschiedenen Bereichen erforscht. "Orbital memory" bezieht sich auf die Eigenschaft von Eisen und Cobalt Atomen, welche je zwei stabile Besetzungszustände der Elektronenorbitale aufweisen, wenn sie auf der Oberfläche von schwarzem Phosphor, adsorbiert sind. Die Zustände können durch Messung des Tunnelstroms erkannt werden. Legt man eine Tunnelspannung zwischen STM Spitze und Probe an, welche einen Schwellenwert überschreitet, wird stochastisches Wechseln zwischen den Zuständen induziert. Die statistischen Lebensdauern der einzelnen Zustände hängt dabei stark von der angelegten Tunnelspannung ab. Weiterhin werden Experimente mit modulierter Tunnelspannung durch eine Wechselspannungskomponente durchgeführt und es wird gezeigt, dass die Lebensdauern in diesem Fall durch den Verlauf der Lebensdauern im Fall einer Gleichspannung bestimmt wird. Der Bereich, um welchen die Spannung im Wechselspannungsexperiment moduliert wird, ist dabei entscheidend. Im zweiten Teil liegt der Fokus auf dem System adsorbierter Caesium-Atome (Cs) auf der Oberfläche von Indiumantimonid (InSb) in der (110) Richtung. Durch Abgabe von Valenzelektronen der Atome wird ein zweidimensionales Elektronengas (2DEG), lokalisiert an der Halbleiteroberfläche, erzeugt. Bei Anlegen eines Magnetfeldes senkrecht zur Oberfläche wird Landau-Quantisierung beobachtet und die entstehenden Landau-Niveaus für verschiedene Stärken des Magnetfeldes mit früheren Experimenten aus der Literatur verglichen. Weiterhin wurde kürzlich in einer Publikation gezeigt, dass eine Ringstruktur aus angeordneten Cs Atomen Anzeichen eines atomaren Zustands zeigen, welcher in den hier beschriebenen Experimenten reproduziert wird. Im angelegten Magnetfeld wird eine Aufspaltung des Zustands beobachtet, welches dem Zeeman-Effekt zugeordnet werden kann und die Anwesenheit ungepaarter Elektronenspins, eingeschlossen im Potential der Struktur, impliziert. Mit steigender Magnetfeldstärke senkrecht zur Probe verläuft die Aufspaltung nichtlinear, was mit der Theorie der Fock-Darwin Zustände in Verbindung gebracht wird.

Die Anwendung von maschinellem Lernen zur Verbesserung physikalisch-orientierter Probleme ist eine zunehmend verwendete Herangehensweise in der heutigen Forschung. Reservoir Computing hingegen ist eine eher unkonventionelle Methodik des maschinellen Lernens und hat in der Vergangenheit gute Ergebnisse in der Vorhersage von Zeitreihen oder zeitabhängigen Prozessen gezeigt. Das Ziel dieser Arbeit ist es, eine Streumatrix-Zeitreihe vorherzusagen und herauszustellen, ob man Reservoir Computing zur Unterstützung eines Algorithmus für die Kühlung von Vielteilchensystemen – unter der Benutzung komplexer Lichtfelder – verwenden kann. Die Aufgabe der Zeitreihen-Vorhersage von Streumatrizen soll charakterisiert werden und dabei wird besondere Aufmerksamkeit auf die Anwendung im Kühlalgorithmus gerichtet. Die Arbeit an diesem Thema wurde mit einem Halbleiter- laserverstärker (SOA) als diskretes time-multiplexed Reservoir mit einer internen Delay-Schleife in einem Setup mit zusätzlichen Delay-Schleifen – in Input und Output – durchgeführt. Weiter wurde die mögliche Anwendung im Kühlalgorithmus überprüft, indem potentielle Kühlzustände berechnet wurden, die zeigen, ob im ersten Iterationsschritt des Kühlalgorithmus gekühlt werden kann. Die Resultate zeigen, dass die Vorhersage einer Streumatrix-Zeitreihe für ein Vielteilchensystem möglich ist und diese Vorhersage auch im ersten Schritt der Kühlung genutzt werden kann. Weitere Arbeit an diesem Thema kann bezüglich der Kühlzustände und der Analyse der Streumatrix-Zeitreihe geleistet werden. Dafür können insbesondere verschiedene Methoden des maschinellen Lernens als auch eine veränderte Zusammensetzung des Inputs für das Reservoir getestet werden.

Der Einsatz von Galliumarsenidphosphid-basierten Nanodrähten für die photoelektrochemische Wasserspaltung liefert diverse Vorteile gegenüber planaren Strukturen und anderen Materialien. Eine bestehende Herausforderung ist jedoch die mangelhafte Korrosionsresistenz, welche die Lebensdauer der Photoelektroden drastisch reduziert. In dieser Arbeit wurde der Einfluss schützender Passivierungsschichten in Form von Kern-Hülle-Strukturen auf die photoelektrochemischen Eigenschaften und die Korrosionsresistenz der Nanodraht-Photoelektroden untersucht. Zu diesem Zweck wurden auf Galliumarsenid-Substrat gewachsene Galliumarsenidphosphid-Nanodrähte mit unterschiedlichen Kern- und Hüllenzusammensetzungen sowie Hüllendicken mithilfe von Linear Sweep Voltammetry und Chronoamperometrie sowie durch Untersuchungen mit einem Rasterelektronenmikroskop charakterisiert. Die Ergebnisse zeigen eine starke Abhängigkeit der Korrosionsresistenz von der Kristallqualität, wobei Nanodraht-Kerne mit größerer Gitterfehlanpassung zum Substrat eine deutlich höhere Defektdichte aufwiesen. Das Hüllenwachstum verstärkte die negativen Auswirkungen auf die Materialqualität. Hohe Defektdichten wirkten sich neben der Korrosion auch negativ auf die Photostromdichte der Elektroden aus. Die mangelhafte Reproduzierbarkeit der Referenzmessungen mit dem verwendeten Galliumarsenid-Substrat mindert die Belastbarkeit der gewonnenen Ergebnisse. Die Ergebnisse zeigen, dass die Materialqualität einen fundamentalen Einfluss auf die photoelektrochemische Beständigkeit der Nanodrähte und deren passivierenden Hüllen sowie auf die Leistungsfähigkeit der gesamten Photoelektroden besitzt.

Für das Aufwachsen von III-V-Halbleiterstrukturen auf Silizium ist ein defektfreier, gitterangepasster Übergang von großer Bedeutung. Um diesen zu erreichen, bedarf es einer Doppelstufenstruktur auf der Siliziumoberfläche, die u.a. mit Hilfe einer Arsen-Terminierung erreicht werden kann. In dieser Arbeit wurde die Arsen-terminierte Silizium(100)-Oberfläche mit Hilfe von zwei unterschiedlichen Präparationsmethoden durch Metallorganische Gasphasenepitaxie hergestellt und unter Anwendung verschiedener zerstörungsfreier Oberflächencharakterisierungsmethoden analysiert. Diese umfassen die in situ Reflexions-Anisotropie-Spektroskopie, die Fourier-transformierte Infrarotspektroskopie unter Nutzung spezieller ATR-Probenkristalle, die Röntgenphotoelektronenspektroskopie und die Beugung nierderenergetischer Elektronen. Die Proben verblieben dabei stets im Ultrahochvakuum. Die experimentellen Ergebnisse wurden mit den für diese Arbeit angefertigten Simulationen der Oberfläche durch A. Flötotto verglichen. Damit war es möglich, eine zuvor unbekannte Dimer-Struktur eindeutig für beide Präparationswege nachzuweisen. Des Weiteren konnten Hinweise auf eine Diffusion des Arsens in die Oberfläche sowie auf die Ordnung der Dimere entlang der Dimerreihen gefunden werden.

In der vorliegenden Arbeit werden Referenzmessungen durchgeführt, um die Messmethode der in situ zeitaufgelösten Photolumineszenz (engl. Time-Resolved Photolumenescence, kurz: TRPL) in einer photoelektrochemischen Zelle (PEC Zelle) zu etablieren. Langfristig wird das Ziel verfolgt, Oberflächendegradation, bedingt durch die Oxidation bzw. Reduktion der Oberfläche während der Wasserspaltung in einer PEC Zelle, quantifizieren zu können. Hierzu werden in der TRPL übliche Doppelheterostrukturen (DHS) und in der Photoelektrochemie übliche Dreifach-Solarzellen in der PEC Umgebung gemessen. Um das Ablaufen der Wasserspaltung zu fördern, werden über die PEC Zelle Spannungen angelegt, schrittweise erhöht und wieder erniedrigt. Zu jeder Spannung wird eine TRPL Messung durchgeführt. Zeigen die Messdaten einen irreversiblen Anteil so kann dies auf Degradation hinweisen. Es gelingt mit der potentiostatisch unterstützen Verwendung der DHS als Photoelektrode in verschiedenen Elektrolyten keine kontrollierte Wasserspaltung. Die Messungen dazu zeigen keine Indizien für eine mögliche Oberflächendegradation. Beobachtete Zersetzung der Oberfläche einer Dreifach-Solarzelle ermöglicht die Verknüpfung der Degradation mit der Intensität des Signalpeaks. Weitere Messungen an Solarzellen zeigen keine messbare Degradation. Weiterhin wird eine Routine vorgestellt die zur Weiterentwicklung der Messmethode verwendet werden kann.

Eines der größten Probleme für dotiertes Silizium, zur Verwendung in Solarzellen, ist der sogenannte Effekt der lichtinduzierten Degradation. Diese Degradation ist von besonderer Bedeutung, da sie die absolute Effizienz einer Solarzelle um bis zu 2% verringern kann. Obwohl dieser Umstand bereits seit vier Jahrzehnten bekannt ist, gibt es weiterhin einen wissenschaftlichen Diskurs über die tatsächliche Defektstruktur für Bor, Indium und Gallium dotiertes Silizium. Verschiedene Modelle wurden vorgeschlagen, wie der Bor-Sauerstoff Defekt oder der ASiSii-Defekt. Weiterhin wurde gezeigt, dass eine Photolumineszenzlinie, die sogenannte P-Linie, eine Korrelation zu angewandter Beleuchtung oder Temperierung zeigt. Diese Arbeit widmet sich daher ausführlicher dieser Korrelation. Zusätzlich kann das ASiSii-Defektmodell weiter präzisiert werden, indem eine Energiebarriere, aus den Messungen berechnet, auf das Modell angewendet werden kann.

Ein Spektrometer zur Messung der Magnetresonanz (NMR) von 1H-Kernen mithilfe der Signalverstärkung durch dynamische Kernpolarisation (DNP) im Frequenzbereich der Elektronen von 9.6 GHz (X-Band) wurde entworfen und konstruiert. Der Prototyp wurde mit mehreren Proben mit Dekan und dem Radikal TEMPO erfolgreich getestet. Die im Test erreichte Auflösung des DNP-Spektrums beträgt 2.8 MHz, theoretisch ist eine Auflösung von 1.7kHz möglich.

Ziel der Arbeit sind Simulationsrechnungen zur bewussten Homogenitätssteigerung abgeschiedener (Oxid-)Schichten beim Magnetron-Sputtern mittels Substratrotation (und Blenden). Doppelringmagnetronquellen können durch unterschiedliche Leistungen und/oder Magnetstellungen der beiden Targetbereiche bzgl. ihrer Flächenhomogenität eingestellt werden. Eine Verbesserung ist möglich, wenn die zu beschichtenden Substrate planetenartig bewegt werden und/oder geeignete Formblenden benutzt werden. Ausgehend von selbst durchgeführten Homogenitätsmessungen wird durch eine zu programmierende Simulation das Quellenverhalten abgebildet (dabei wird LabVIEW als graphische Programmierumgebung genutzt). Im Ergebnis der Simulationen lassen sich für verschiedene Homogenitätsanforderungen (0.05 bis 0.5% laterale Dickenfehler für Substrate mit Durchmessern im Bereich 50-75mm) unterschiedliche Lagen der Drehzentren und Rotationsverhältnisse finden. Es zeigt sich eine gute Übereinstimmung von Theorie und Experiment.

Reservoir Computing ist ein relativ neuer Ansatz im Bereich des maschinellen Lernens, welcher eine einfachere Trainingsphase im Vergleich zu anderen Methoden des maschinellen Lernens besitzt. Dazu ist die Methode relativ einfach experimentell umzusetzen. Mit einem Laser hat man die Möglichkeit, einen einzigen nichtlinearen Knoten als Reservoir zu verwenden und erreicht mit der time-multiplexed Reservoir Computing Methode eine hohe Output Dimension. In dieser Arbeit wird time-multiplexed Reservoir Computing zur Klassifizierung des MNIST handwritten digit data set verwendet. Dazu werden zwei verschiedene Eingabevorbereitungstechniken und zwei verschiedene Input-Injektionsmethoden getestet. Dabei nutzt die Eingabevorbereitung row wise feed forward das Gedächtnis des Lasers, im Gegensatz zum random mixed Modus, der kein Gedächtnis besitzt. Mit der Input Injektion in den Pumpstrom haben sowohl der row wise feed forward als auch der random mixed Modus eine ähnliche Performance. Der Grund dafür könnte sein, dass die Lasergleichungen zu linear sind. Die Input Injektion in die Phase eines externen Lasers hat die Performance für beide Verfahren verbessert und führte zur besten Leistung, ein SER von 8,95 % für den random mixed Modus. Die Ergebnisse könnten weiter verbessert werden, indem die Bilder beschnitten oder der Amplituden-Phasen-Kopplungsparameter und der Phasenparameter ungleich Null gesetzt werden, um mehr Nichtlinearität in die Lasergleichungen zu bringen.

In dieser Arbeit wird der Einfluss von Scherung auf die Spin-Spin-Relaxation in verschiedenen Lösungen des hochmolekularen Polystyrolsulfonats untersucht. Der Prozess der Scherverdünnung kann auf mikroskopischer Ebene mit einer Entschlaufung und Ausrichtung der Polymerketten in Verbindung gebracht werden. Dabei wurde neben der Polymerkonzentration auch der Salzgehalt der Lösungen variiert. Dass die Konformation der Polyelektrolytmoleküle von der Ionenstärke abhängt, konnte über Diffusionsmessungen gezeigt werden. Der Abfall der Signalintensitäten im Zuge der T2 - Relaxation folgt einem biexponentiellen Verlauf. Die Relaxationszeiten aus den statischen Messungen zeigen dabei einen abnehmenden Trend mit zunehmender Polymer- und Salzkonzentration. Aus dem Verhalten der Proben unter kontinuierlicher Scherung lassen sich Konzentrationsbereiche ableiten, welche mit den Werten aus der klassischen Rheologie verglichen wurden. Zudem tendieren die Lösungen zum Weissenberg-Effekt. Die damit verbundenen Nebenerscheinungen, welche die NMR-Messungen beeinträchtigen, konnten durch eine Anpassung der Geometrie der Searle-Zelle reduziert werden. Das Strömungsprofil wurde mittels Flussbildgebung überprüft.

Im Vergleich mit anderen maschinellen Lernmethoden, zeichnet sich Reservoir Computing durch eine relative Einfachheit aus, die eine effiziente Hardwareimplementierung ermöglicht. Die benötigte hochdimensionale Reservoir-Dynamik kann bereitgestellt werden, indem zu einem einzelnem nichtlinearen Knoten, Rückkopplungen hingefügt wird, während das System mit zeitmultiplexierten Eingangsdaten gesteuert wird. Eine vielversprechende Realisierung nutzt die schnelle Polarisationsdynamik von energieeffizienten Spin-VCSELn aus. Diese schnellen Feldwechselwirkungen hängen mit Doppelbrechung, Dichroismus und Elektronenübergangsraten im Kavitätmaterial zusammen und treten auf kürzeren Zeitskalen auf, als die Relaxationsfrequenzen. Im Vergleich zu typischen Halbleiterlasern, lassen sich daher bei Spin-VCSELn wesentliche höhere Grenzfrequenzen in der Systemantwort beobachten. In dieser Arbeit wird zunächst die dynamische Analyse eines laserinjizierten Spin-VCSELs unter optischer Rückkopplung durchgeführt, so dass geeignete Parameter für die spätere Funktion als Reservoir bestimmt werden können. Danach wird der Einfluss dieser schnellen Polarisationsoszillationsdynamik auf die Reservoir-Güte bei steigenden Datenverarbeitungsraten untersucht.

Melamin mit seiner aufrecht stehenden Struktur und der Tautomerisierbarkeit ist interessant für Messungen mit dem Rastertunnelmikroskop. Die strukturelle Veränderung durch die Tautomerisierung führt zu Unterschieden in den STMBildern, den Strom-Spannungskurven und den inelastischen Tunnelspektren. Die Experimente wurden im Ultrahochvakuum und bei circa 5 K durchgeführt. Tautomere verhalten sich wie Gleichrichter, wohingegen normales Melamin diese Eigenschaft nicht teilt. Die beiden Tautomerkonfigurationen können mittels STMBilder und der Transporteigenschaften der Elektronen, dargestellt über die Strom-Spannungskurven, unterschieden werden. Normales Melamin wird bei circa 5 mV und 23 mV angeregt. Nach der Tautomerisierung ist keine Anregung bei 23 mV vorhanden, dafür aber bei circa 17 mV. Durch die Linienspektren und den Vergleich zu deuteriertem Melamin wurde deutlich, dass die Anregungen zu Schwingungen des gesamten Moleküls gehören und nicht zu Schwingungen einzelner Bindungen. Die inelastischen Tunnelspektren des deuterierten Melamin verändern sich von Molekül zu Molekül, was auf verschiedene Deuterisierungsgrade hindeuten könnte.

Bei Wellenausbreitung in ungeordneten Systemen sind Lokalisierungsphänomene zu beobachten, die sich nicht einfach intuitiv vorhersagen lassen, und deren numerische Simulation Rechenzeitintensiv ist. In dieser Arbeit werden die möglichen Vorteile von künstlichen neuronalen Netzwerken für die Vorhersage von Eigenschaften der elektromagnetischen Felder bei transversal Anderson-lokalisiertem Licht im stationären Zustand nach Ausbreitung durch eine ungeordnete dielektrische Struktur untersucht, die auf den Ergebnissen einer Simulation mit der finite Differenzen Methode im Zeitbereich trainiert werden.

Nanodraht-Arrays, Arrays von freistehenden und langreichweitig geordneten Zylindern mit einem Durchmesser im Nanometer-Bereich und einem großen Seitenverhältnis, sind als vielversprechendes System für eine Reihe von Anwendungen in Erscheinung getreten. Allerdings wird ihr Seitenverhältnis häufig dadurch limitiert, dass die sonst freistehenden Nanodrähte ab einer gewissen kritischen Lenge kollabieren, d.h. aufeinander umfallen. In dieser Arbeit wird der Kollaps von Nickel-Nanodraht-Arrays als Modellsystem für Nanodraht-Arrays generell aufgrund der Kapillarkraft während des Trocknungsschritts eines typischen nasschemischen Fabrikationsprozess untersucht. Zu diesem Zweck werden dreidimensionale zeitabhängige Multiphysik-Simulationen entwickelt, welche Fluiddynamik und Festkörpermechanik simultan simulieren. Der Multiphasen-Fluss von Luft und Wasser wird über einen Phasenfeld-Ansatz implementiert. Besondere Aufmerksamkeit wird der Rolle der Symmetrie im Kollaps-Prozess gegeben. Es wird gezeigt, dass während perfekt symmetrische Nanodraht-Arrays nicht kollabieren, bereits leichte Längenunterschiede von rund 3% zum Kollaps des Arrays führen können. Es wird ebenfalls gezeigt wie umgebende Wände die Nanodrähte vom Einfluss der benachbarten Nanodrähte abschirmen und so den Kollaps verhindern können.

Mittels eines Rastertunnelmikroskops wurden die strukturellen und elektronischen Eigenschaften von Fe-Clustern auf einem supraleitenden Pb(111)-Substrat untersucht. Adsorptionsgeometrien für Monomere, Dimere und Trimere sind auf der Basis atomar aufgelöster Topographie-Scans vorgeschlagen worden. Anregungsspektren der differentiellen Leitfähigkeit zeigen klar aufgelöste Zustände innerhalb der Bardeen-Cooper-Schrieffer Energielücke alleinig für Dimere und eine bestimmte Trimerkonfiguration. Diese Zustände wurden als Yu-Shiba-Rusinov-Zustände interpretiert. Die Analyse derer Bindungsenergien und Elektron-Loch-Asymmetrien weist darauf hin, dass es mit einer Steigerung der Clustergröße zur sukzessive Erhöhung der magnetischen Austauschwechselwirkung mit dem Cooper-Paar-Kondensat kommt.

In-situ spektroskopische Ellipsometrie ist in letzter Zeit sehr beliebt und weit verbreitet. In dieser Arbeit wurde sie angewandt, um optische Konstanten und Dünnschichtdicken von SiO2 auf Si unter verschiedenen Atmosphären (Argon, trockene Luft) und Temperaturen zu ermitteln. Zum Vergleich wurden drei temperaturabhängige Experimente durchgeführt, und zwar in einem Aufbau mit der so genannten Heat cell unter Trockenluftatmosphäre von 50℃ bis 300℃, in der Heat cell unter Argonatmosphäre von 50℃ bis 300℃ und in einem Aufbau mit der so genannten Instec cell unter Trockenluft von -50℃ bis 250℃. Die ellipsometrischen Parameter werden zwischen 1,5eV und 5eV gemessen und der Einfallswinkel beträgt 70⁰. Das Cauchy Modell wird zur Anpassung der Daten mit der kommerziellen Software WVASE32® verwendet. Wir haben Veränderungen des Brechungsindex und der Dicke der SiO2-Schicht unter verschiedenen Bedingungen festgestellt, nämlich eine Zunahme unter Argon und trockener Luft in der Heat cell und eine Abnahme unter trockener Luft in der Instec cell. Wir vermuten, dass diese Veränderungen auf Oxidation bzw. Materialabtrag zurückzuführen sind.

Im Rahmen dieser Bachelorarbeit wurde ein Messplatz für zeitaufgelöste Photolumineszenz-Messungen (engl. TRPL) mittels zeitkorreliertem Einzelphotonenzählen (TCSPC) erfolgreich aufgebaut. Dazu wurden wichtige Kennwerte wie die Instrumentenfunktion, der Spotdurchmesser und die Leistung des Lasers selbst vermessen und bewertet. Anschließend wurde der Messplatz erfolgreich an einer Probe unter Standardbedingungen getestet, sowie der Einfluss des Streulichtes auf die Messung untersucht. Nach erfolgreicher Demonstration des Messplatzes unter Standardbedingungen wurde gezeigt, dass in situ TRPL Messungen an Doppelheterostrukturen in einer elektrochemischen Zelle mit diesem Messplatz möglich sind und verwertbare Ergebnisse liefern. Dabei wurde der Einfluss des Elektrolyten, der Spannung und Beleuchtung auf die Lebensdauer bei maximaler Anregungsdichte untersucht. Die größte Erkenntnis aus den Experimenten war dabei die Tatsache, dass sich die Lebensdauern der Probe verringern, sofern der Betrag der angelegten Spannung erhöht wird. Dabei wurde auch festgestellt, dass es durch das Anlegen einer Spannung sowohl zu einer reversiblen, als auch einer permanenten Änderung der Lebensdauern kommt. Als Erklärung für die reversible Änderung der Lebensdauer wurde Ladungstrennung im Absorber der Doppelheterostruktur und Grenzflächenrekombination vorgeschlagen.

Diese Arbeit beschäftigt sich mit der Analyse von Wiederkehrzeiten von Hitzeextremen in verschiedenen Klimaszenarien. Mit Hilfe des gekoppelten Klimamodells AWI-ESM2.1 werden zunächst das historische Klima seit 1850 sowie die beiden Zukunftsszenarien SSP1-2.6 und SSP5-8.5 simuliert. Es wird jeweils ein kleines Ensemble von Simulationen berechnet. Die Tagesmaximaltemperaturen werden mit Hilfe zweier Methoden aus der Extremwerttheorie analysiert: Der Block-Maxima-Methode und der Peaks-over-Threshold-Methode. Aus den zugehörigen Verteilungsfunktionen werden die mittleren Wiederkehrzeiten verschiedener Temperaturen berechnet. Der Kolmogorov-Smirnov-Test zeigt, dass die Daten sowohl durch die generalisierte Extremwertverteilung (Weinbull-Verteilung) als auch durch die Paretoverteilung gut beschrieben werden können. Allerdings erweist sich aufgrund der Autokorrelation der Temperaturen die Block-Maxima-Methode als geeigneter zur Abschätzung der Wiederkehrzeiten. Die zu einer bestimmten Wiederkehrzeit gehörigen Temperaturen sind seit dem vorindustriellen Zeitalter bereits angestiegen und es zeigt sich eine starke Abhängigkeit vom betrachteten Zukunftsszenario. Um den Einfluss der Autokorrelation besser zu verstehen, wird außerdem die Verteilung der Wiederkehrzeiten für einen konstanten Schwellwert untersucht. Bei schwacher Korrelation, wie dies z.B. in Deutschland der Fall ist, kann die Verteilung durch eine Exponentialfunktion beschrieben werden. An anderen Orten wie Südamerika und Indonesien sind die Temperaturen stärker korreliert, die Autokorrelation der Temperaturdifferenzen zum durchschnittlichen Jahresverlauf fällt anfangs nach Potenzgesetz ab. Dadurch werden sowohl sehr kurze als auch sehr lange Wiederkehrzeiten häufiger. Eine der Literatur entnommene Gleichung für die Verteilung der Wiederkehrzeiten in langzeitkorrelierten Systemen wird anhand der simulierten Tagesmaximaltemperaturen verifiziert.

In dieser Masterarbeit soll eine herkömmlich hergestellte Galliumphosphid- (GaP) Probe durch spektrale Standard- und zeitaufgelöste Pump-Probe Ellipsometrie charakterisiert werden. Bei GaP handelt es sich um ein Halbleitermaterial. Es sollen dessen elektronische Eigenschaften vor dem Hintergrund untersucht werden, dass GaP für die solare Wasserspaltung in einer photoelektrochemischen Zelle (PEC) eingesetzt werden soll. Die Bedingungen für die Entwicklung einer PEC werden in dieser Arbeit kurz erläutert. Durch die Erstellung eines entsprechenden Modells bestehend aus Oszillatoren können die ellipsometrischen Messungen ausgewertet und die dielektrische Funktion (DF) der Probe bestimmt werden. Für die zeitaufgelöste Messung wird die DF für jeden einzelnen Zeitschritt bestimmt und in den einzelnen Oszillatoren des Modells werden Änderungen der DF aufgrund von Absorptionsprozessen bei bestimmten Energien deutlich. Besonderes Augenmerk wird in dieser Arbeit darauf gelegt, diese Absorptionsprozesse Übergängen und Prozessen in der Bandstruktur von GaP zuzuordnen. Dafür werden die Oszillatorverläufe mit durch DFT berechneten Übergangswahrscheinlichkeiten und Energien der Bandstruktur von GaP verglichen. Für die spektrale Standard-Ellipsometriemessung wurde ein WVASE32 Ellipsometer verwendet. Die zeitaufgelösten Pump-Probe Ellipsometriemessungen wurden mit einem umfangreicheren Messaufbau durchgeführt, der in der Arbeit näher erläutert wird.

In dieser Masterarbeit werden Phthalocyaninmoleküle über kombinierte Tieftemperatur- Rastertunnel- und Rasterkraftmikroskopie mit CO-terminierten Spitzen unter Ultrahochvakuumatmosphäre auf einer Ag(111)-Oberfläche untersucht und hinsichtlich einer zuvor erfolgten spitzeninduzierten atomaren Manipulation charakterisiert. Über atomweise Entfernung des pyrrolischen Wasserstoffs aus dem molekularen Makrocyclus werden zwei weitere Modifikationen der Phthalocyaninmoleküle erzeugt. In topografischen Abbildungen mit submolekularer Auflösung wird eine Veränderung der Adsorptionsgeometrie aufgrund der Dehydrogenierung sichtbar, welche aus der Bindung der zentralen pyrrolischen Stickstoffatome zur Oberfläche resultiert. Die ortsaufgelöste Rasterkraftspektroskopie der chemischen Phthalocyaninstruktur mit Hilfe der CO-terminierten Mikroskopsonde zeigt die Zunahme der attraktiven Wechselwirkung zum Zentrum des Makrozyklus für alle Molekülspezies. Für die vollständig dehydrogenierten Phthalocyanine ist dieser Effekt besonders stark ausgeprägt. Die durch Rechnungen vorhergesagte Absenkung des zentralen molekularen Bereichs in Richtung Oberfläche lässt sich experimentell durch das Verschieben des Punktes maximaler Attraktion nachweisen.

Das Standardmodell der Teilchenphysik vereinheitlicht drei der vier fundamentalen Wechselwirkungen und ist die präziseste Theorie, die wir in der Physik haben. Trotz ihrer großen Übereinstimmung mit experimentellen Ergebnissen enthält sie bisher noch ungeklärte Fragen. Beispielsweise kann die Materie-Antimaterie Asymmetrie nicht erklärt werden. Eine mögliche Lösung könnten Instantonen sein. Dabei handelt es sich um nicht-störungstheoretisch beschreibbare Pseudoteilchen, die von einem Vakuumzustand in der Yang-Mills Theorie in einen anderen tunneln können. In der starken Wechselwirkung, welche durch die Quantenchromodynamik beschrieben wird, könnten solche Instantonen entstehen und anschließend in Gluonen, rechtshändige Quarks und linkshändige Antiquarks zerfallen. Bisher gibt es jedoch keinen experimentellen Nachweis für die Instantonenlösung. Deshalb wird in dieser Arbeit eine Suche nach Instantonen in der Quantenchromodynamik mit einer invarianten Masse von etwa 50 GeV mithilfe von Daten des ATLAS Detektors durchgeführt. Dazu werden mittels einer Monte-Carlo Simulation über das mögliche Verhalten von Instantonen innerhalb des ATLAS-Detektors Observablen gesucht, bei denen sich die Instantonensimulation wesentlich von dem ebenfalls simulierten soft-QCD Hintergrund unterscheiden. Durch Abgleich mit den Daten des ATLAS, welche eine Luminosität von L = 10^34 cm-2 s-1 haben, kann eine Ausschlussgrenze für die Existenz von Instantonen angegeben werden, oberhalb der Instantonenevents in den gemessenen Daten auszuschließen sind. Außerdem wird mithilfe der Methode der kleinsten Quadrate der wahrscheinlichste Bereich ermittelt, in denen Instantonenevents innerhalb der Daten zu erwarten sind. Damit kann innerhalb dieser Arbeit ein weiterer Hinweis auf die Existenz von Instantonen in der Quantenchromodynamik gefunden und ein Bereich, der sich für weitere Analysen eignet, identifiziert werden.

Mithilfe der Spitze eines Rastertunnelmikroskops werden chemische Reaktionen an einzelnen organischen 5,10,15,20-Tetrakis(4-bromphenyl)-porphyrin-Co Molekülen, die auf einer supraleitenden Pb(111) Oberfläche adsorbiert sind, ausgelöst. Es werden zwei chemische Reaktionen, die Dehalogenierung sowie die Dephenylierung der Moleküle, durchgeführt. Die chemische Zusammensetzung der Reaktionsprodukte sowie ihre jeweilige Adsorptionsgeometrie auf der Oberfläche werden anhand von Molekülorbitalspektren identifiziert. Spektren des differentiellen Leitwerts der supraleitenden Zustandslücke dienen dazu, die Wechselwirkung des magnetischen Moments der Moleküle mit der supraleitenden Oberfläche zu untersuchen. Intakte und dehalogenierte Moleküle zeigen keine Wechselwirkung dieser Art. Vollständig dephenylierte Moleküle jedoch weisen Yu-Shiba-Rusinov-Zuständen innerhalb der supraleitenden Zustandslücke auf, die aufgrund einer Kopplung des magnetischen Moments mit Cooper-Paaren des Substrats entstehen. Die energetische Position der Zustände sowie ihr spektrales Gewicht deuten auf eine schwache Wechselwirkung mit der Oberfläche hin. Das magnetische Moment der vollständig dephenylierten Moleküle wird auf das Auftreten eines unbesetzten Molekülorbitals zurückgeführt. Die Kohärenzlänge und der Fermi Wellenvektor des Substrats sind als charakteristische Längen in der räumlichen Abschwächung der Yu-Shiba-Rusinov-Zustände erkennbar.

Die Ober- und Grenzflächen spielen eine zentrale Rolle für die Funktionsweise von Bauelementen der Optoelektronik sowie der Micro- und Nanotechnologie. Die Arsen-terminierte Silizium(100)-Oberfläche, die als virtuelles Substrat für das Aufwachsen von optoelektronischen Anwendungen wichtiger direkter Halbleiter verwendet werden kann, ist ein Beispiel dafür. In dieser Arbeit wurde diese Oberfläche erstmals mit polarisationsabhängiger Fourier-transformierter Infrarotspektroskopie untersucht. Hierbei konnte durch die Kombination mit RAS-, LEED- und XPS-Messungen die Anwesenheit von Monohydriden an asymmetrischen As-Si-Dimeren nachgewiesen und ein bereits vorhandenes Modell der Oberfläche angepasst werden. Des Weiteren wurde eine bisher unbekannte, durch oberflächennahes Arsen verursachte Absorptionsbande zwischen 2272 1/cm und 3000 1/cm gefunden.

Mit einem Tieftemperatur-Rastertunnelmikroskop wurde eine V3Si(100)-Probe im Ultrahochvakuum mit einer normalleitenden Au- und supraleitenden Pb-Spitze erforscht. Der Fokus dieser Arbeit liegt sowohl auf strukturellen Gegebenheiten als auch auf der Wechselwirkung mit einzeln adsorbierten, magnetischen Eisenatomen. Die komplexe Präparationsprozedur hat nicht nur zur bereits bekannten Zickzack-Dimer-Rekonstruktion geführt, sondern auch zwei völlig neue Erscheinungsformen der V3Si(100)-Oberfläche hervorgebracht. Die nachträglich bei tiefen Temperaturen aufgedampften Eisenatome wurden charakterisiert. Im Gegensatz zur Spektroskopie von Defekten, die keine Unterschiede zum Rest der sauberen Oberfläche aufzeigten, sind insbesondere die durch die Fe-Atome induzierten Deformationen der Bardeen-Cooper-Schrieffer-Zustandslücke, welche abhängig vom Adsorptionsplatz sind, hervorzuheben. Durch die Verwendung einer supraleitenden Pb-Spitze konnte der Einfluss der Kammertemperatur so weit reduziert werden, dass teilweise sogar einzelne Yu-Shiba-Rusinov-Peaks aufgelöst werden konnten. Dies erzielt vor allem bei ortsaufgelösten Messungen eine deutliche Verbesserung im Vergleich zur Verwendung der normalleitenden Au-Spitze. Die mit der Asymmetrie der auftretenden Peak-Höhen zusammenhängende Kopplungsstärke kann sich mit zunehmendem Abstand zum Zentrum eines Fe-Atoms so verändern, dass eine Inversion in der Intensität innerhalb der Yu-Shiba-Rusinov-Paare stattfindet. Darüber hinaus konnten die Reichweite dieser Zustände und die dazugehörigen Fermi-Wellenvektoren für unterschiedliche Adsorptionsplätze und Rekonstruktionen bestimmt werden. Abschließend wurde eine stromabhängige Spektroskopie eines Fe-Atoms mit einer normalleitenden Au-Spitze durchgeführt.

In den Experimenten der vorliegenden Arbeit wurden Eigenschaften supraleitender dünner Bleifilme näher bestimmt. Diese wurden sowohl auf einer Si(111) Oberfläche als auch einem Kristall aus schwarzem Phosphor (black phosphorus, BP) abgeschieden und mithilfe eines Rastertunnelmikroskopes (scanning tunneling microscope, STM) mit einer Basistemperatur von 30mK untersucht. Der Schwerpunkt liegt auf Effekten, die durch Reduzierung der Dimensionalität des Supraleiters und Einflüsse der Grenzfläche zum Substrat hervorgerufen werden. Aufnahmen des abgeschiedenen Films bei der Proben mithilfe des STM zeigen bereits Unterschiede in der Filmstruktur. Die Filmdicken wurden durch Messung sogenannter Quantentopf-Zustände (quantum well states, QWS) mithilfe von Rastertunnelspektroskopie (STS) bestimmt, da diese Energiezustände für eine diskrete Anzahl an atomaren Pb Monolagen an spezifischen Spannungswerten auftreten. Anschließend wurden an verschiedenen Stellen des Films unterschiedlicher Dicke Spektren aufgenommen, welche die Energielücke des Supraleiters zeigen. Diese wurden durch eine Funktion angenähert, welche die Bestimmung von Parametern wie der Lückenbreite [Delta] erlaubte. Für Bleifilme auf Si(111) ändert sich die Breite für verschiedene Filmdicken und oszilliert mit einer Periodizität von zwei Monolagen. Auch die daraus berechnete Übergangstemperatur des Supraleiters wechselt dementsprechend zwischen Werten für gerade und ungerade Anzahlen an Monolagen. Beides deutet auf Effekte durch quantenmechanisch eingesperrte Elektronen aufgrund der sehr geringen Filmdicke hin, weshalb der Film als zweidimensionaler Supraleiter bezeichnet wird. Im Gegensatz dazu hängt die Lückenbreite für Pb/BP nicht von der Filmdicke ab, jedoch zeigt die Lücke eine V-Form, welche für konventionelle Supraleiter wie Blei untypisch ist. Diese Beobachtung bestärkt die Vermutung, dass der Einfluss von Grenzflächen für zweidimensionale Systeme signifikant steigt.

Durch die Kombination von Silizium als Absorber der unteren Zelle und multiplen GaAs_0,8 P_0,2/GaP-Quantentopf-Strukturen als Absorber der oberen Zelle können wettbewerbsfähige und hocheffiziente Tandemsolarzellen gewonnen werden. Im Rahmen der Arbeit wurden solche Quantentopf-Strukturen mittels metallorganischer chemischer Gasphasenabscheidung hergestellt und hinsichtlich des Arseneinbaus, Schichtrelaxation und der Schärfe der GaAs_0,8 P_0,2/GaP-Grenzfläche untersucht. Die gefertigten Strukturen wurden in situ mittels Reflexions-Anisotropie-Spektroskopie (RAS) und ex situ mittels Photolumineszenz-Spektroskopie und hochauflösender Röntgendiffraktometrie analysiert und charakterisiert. Es wurde gezeigt, dass das Wachstum solcher Quantentopf-Strukturen komplexe Schaltsequenzen der Präkursoren erfordert, um eine ausreichende Grenzflächenqualität der Struktur zu erreichen. Zudem wurde gezeigt, dass die Quantentopf-Strukturen, gewachsen auf der gradierten Pufferstruktur, das Photolumineszenz-Signal verbessern. Die Ergebnisse der Photolumineszenz-Signale können mit den Ergebnissen der RAS-Messungen korreliert werden. Die Probe mit der stärksten Intensität und der geringsten Halbwertsbreite bei den Photolumineszenz-Messungen hat das stabilste RAS-Signal während des Wachstumsprozesses.

Die Einlagerung von Natrium-Ionen wird durch ungeordnete Strukturen in Kohlenstoff-Materialien verbessert und die Co-Interkalation von Lösungsmitteln in ungeordnete Strukturen verbessert die elektrochemische Leistung. Natriumionen werden zunächst an den aktiven Stellen (Defekte, Kanten) adsorbiert, gefolgt von der Interkalation in ungeordnete Strukturen in Kohlenstoffmaterialien. Hierin wird ein Kohlenstoff-Anodenmaterial, RGO, synthetisiert, getestet und charakterisiert. Das RGO wurde in drei verschiedenen Elektrolyten getestet und das RGO (getempert bei 400 ˚C) in DME-Elektrolyt haben eine reversible Kapazität von 300 mAh g-1 bei 500 mA g-1 geliefert, eine ausgezeichnete Ratenfähigkeit von 170 mAh g-1 bei 20 A g-1. Das RGO wird mittels Raster- und Transmissionselektronenmikroskop (SEM und TEM), XRD und Raman-Spektroskopie charakterisiert. CV zeigt, dass aktive Stellen im RGO die kapazitive Adsorption von Na+ dominieren, was zu einer besseren Leistung führt. Die Ladungstransferkinetik von RGO wird durch EIS untersucht. In Berücksichtigung der kostengünstigen Herstellung von RGO könnte diese Arbeit neue Erkenntnisse für Anodenmaterialien mit hoher Leistung liefern.

Das Ziel der vorliegenden Bachelorarbeit ist die Aufnahme von NMR-Relaxationsmessungen deuterierter Flüssigkeiten in porösen Medien, um Aussagen über die Moleküldynamik unterschiedlicher Flüssigkeitsmoleküle an einer Materialoberfläche zu erlangen und des Weiteren ein Vergleich mit Messungen undeuterierter Proben vorzunehmen. Für die Versuchsdurchführung wurden Proben mit dem mesoporösen Glas Vycor und den deuterierten Flüssigkeiten: schweres Wasser, Aceton-d6, Ethanol-d6, Toluen-d8, Cyclohexan-d12 und Nonan-d20 angefertigt. Die Messungen der longitudinalen und transversalen Relaxationszeiten T1, T2 sowie dem Selbstdiffusionskoeffizienten D wurden im Hochfeld (HF) bei einer Magnetfeldstärke von 7 T bzw. einer Deuteronenfrequenz von 46 MHz durchgeführt. Zudem wurde die Frequenzabhängigkeit der longitudinalen Relaxationszeit T1() deuterierter Flüssigkeiten in Vycor mittels Fast-Field-Cycling-Messungen (FFC) aufgenommen. Bei der Interpretation der Messdaten deuterierter Proben können intermolekulare Wechselwirkungen vernachlässigt werden. Die T1 Dispersion deuterierter Proben zeigt im Gegensatz zu undeuterierten Proben keinen deutlichen Unterschied zwischen polaren und unpolaren Flüssigkeiten. Und als Ergebnis der FFC-Messungen ist somit nur ein geringer Einfluss intramolekularer Wechselwirkungen auf die Dispersion anzunehmen. Zur weiteren Interpretation der Daten wurde das RMTD-Modell ("Reorientation Mediated by Translational Diffusion") angenommen und eine Aufenthalts- und Sprungzeit ermittelt. Die HF-Messungen zeigen einen dominierenden Einfluss der Geometrie des porösen Mediums auf die Mobilitätseinschränkung der Flüssigkeitsmoleküle, sowie einen linearen Trend der Reorientierung der Moleküle an der Oberfläche mit dem Dipolmoment.

Das Ziel dieser Arbeit bestand in der Untersuchung des Zusammenwirkens zwischen den ionischen Flüssigkeiten EMIm[Tf2N] beziehungsweise BMP[Tf2N], in welche jeweils das Salz Na[Tf2N] in verschiedenen Konzentrationen gegeben wurde. Unter Zuhilfenahme von winkelaufgelöster Photoelektronenspektroskopie wurden verschiedene Schichttiefen untersucht. Eine eindeutige Abhängigkeit der Resultate von den verwendeten Kationen (EMIm oder BMP) konnte nachgewiesen werden. Die geschichtete Anordnung des Natrium-Ions scheint in BMP[Tf2N] einem systematischeren Verlauf zu folgen als in EMIm[Tf2N]. Auch die Verteilung der Kat- und Anionen der ionischen Flüssigkeit hängt empfindlich vom Zusammenspiel von Na[Tf2N] und EMIm[Tf2N] beziehungsweise BMP[Tf2N] ab und spiegelt die Komplexität derartiger Systeme wieder.

Die zentrale Themenstellung der vorliegenden Abschlussarbeit liegt in der Konzentrationsbestimmung gasförmiger Substanzen durch mikromechanisch gefertigte Wärmeleitfähigkeitsmesszellen. Im Kontext der Entwicklung moderner Anästhesiegeräte soll ein neuartiges Messprinzip basierend auf der zuvor genannten Methode umgesetzt und untersucht werden, das die Konzentrationsmessung volatiler Anästhetika anhand deren im Vergleich zu herkömmlichen Trägergasen verschiedenen Wärmeleitfähigkeiten erlaubt. Während in vorangegangenen Untersuchungen die Eignung und Umsetzbarkeit des Messprinzips demonstriert wurde, soll dieses nun für die aktuelle, noch unerprobte Hardware realisiert werden. Dabei werden der grundlegende Messeffekt detailliert in Theorie und Experiment untersucht, sowie einige noch ungeklärte Aspekte beleuchtet. Anschließend gilt es, aus den Messergebnissen einen analytischen Zusammenhang zwischen den zentralen Messgrößen und der Anästhesiegaskonzentration zu generieren. Mit dem somit gewonnenen sensorischen Funktionsmuster kann dessen Genauigkeit sowie die Reproduzierbarkeit der Messung ergründet werden. Einen wesentlichen Bestandteil der Arbeit bildet die anschließende Untersuchung zweier strömungsmechanischer Effekte, die im Kontext der Anästhesiegeräte bedeutsam sind. Anhand des Funktionsmusters können die Auswirkungen dieser Phänomene für die zu entwickelnde Sensorik quantitativ abgeschätzt werden.

Die Analyse der Ladungsträgerrekombinationsdynamik und die Bestimmung der Lebensdauern der Minoritätsladungsträgern von Halbleitermaterialien durch Photolumineszenz-Messungen ist entscheidend für verschiedenste elektronische und optoelektronischen Anwendungen. Im Allgemeinen wird die Analyse der erhaltenen Messdaten durch Lokalisierungsprozesse im Material verkompliziert. Im Rahmen dieser Arbeit konnte eine Analysemethodik zur Auswertung leistungsabhängiger zeitaufgelöster Photolumineszenz-Messungen mittels gekoppelter Ratengleichungen eingeführt werden, welche den Einfluss lokalisierter Störstellen im Material berücksichtigt. Die Methodik konnte an mehreren Proben getestet werden, wobei die durchgeführten Anpassungen der aufgenommenen Leistungsreihen zufriedenstellende Ergebnisse lieferten. Durch das Modell konnte zudem verdeutlicht werden, dass selbst bei hohen Anregungen einer Probe der Einfluss der lokalisierten flachen Störstellen auf die Photolumineszenz nicht vernachlässigbar ist. Weiterhin konnte das Ratengleichungsmodell durch zwei unabhängige Messungen validiert werden.

Es wurde eine Anordnung aus zwei optischen Resonatoren in Form zweier identischer Pascalscher Schnecken hinsichtlich der Verteilung der abgestrahlten Energieflussdichte, des Kopplungsverhaltens zwischen den Resonatoren abhängig von Abstand und Orientierung der Resonatoren zueinander sowie von der resonanten Mode der Lichtquelle im ersten Resonator untersucht. Es zeigten sich abhängig vom Abstand periodische Schwankungen im Energieflussdicheprofil und der Kopplungsstärke, deren Periode annähernd proportional zur verwendeten Wellenlänge war.

Bei der Transient-Current-Technique (TCT) handelt es sich um eine opto-elektronische Methode zur Untersuchung von Photodioden. Hierbei wird die Photodiode mit einem Laserpuls mit einer Breite von wenigen Nanosekunden beleuchtet. Der dadurch in der Diode induzierte Strompuls wird zeitaufgelöst gemessen. Durch eine gezielte Bewegung des Laserpunktes auf der Ober- oder Seitenfläche der Diode wird außerdem eine Ortsauflösung erreicht. Aus den so gemessenen Strompulsen können anschließend Größen wie die in der Diode generierte Ladung, die Anstiegszeit des Signals sowie das Maximum des Pulses berechnet werden. Hierdurch wird eine Charakterisierung der untersuchten Photodiode ermöglicht. Ziel dieser Arbeit ist es, spätere TCT-Messungen am CiS Forschungsinstitut für Mikrosensorik vorzubereiten. Dazu gehört der Entwurf von Leiterkarten zur für die TCT geeigneten elektrischen Kontaktierung von Photodioden. Außerdem sollen Verfahren zur Bestimmung der Laserfleckgröße und zur Rekonstruktion der in der Diode induzierten Strompulse aus den gemessenen Strompulsen entwickelt und angewendet werden. Dies soll anhand verschiedener Typen am CiS entwickelter Photodioden getestet werden. Hierbei werden an diesen Dioden verschiedene Arten von TCT-Messungen durchgeführt. Ein großer Bestandteil dieser Arbeit soll die Programmierung der Auswertung von TCT-Messungen sein, um auch in Zukunft aus Messdaten die gewünschten Messgrößen automatisch berechnen und graphisch darstellen zu können. Des Weiteren sollen die in Abschnitt 3.2.1 vorgestellten Dioden durch eine Bestimmung der Zeit, die diese benötigen, um in Form eines Stroms auf eine optische Anregung zu reagieren, weiter charakterisiert werden.

Die Verwendung einer neuen Materialklasse, wie die der ionischen Flüssigkeiten, in verschiedensten Anwendungsbereiche setzt ein breites Verständnis ihrer physikalisch-chemisch Eigenschaften voraus. Dabei spielen besonders die Transporteigenschaften und die Wechselwirkung mit anderen Spezies ein wichtige Rolle. Der in dieser Arbeit verfolgte Schwerpunkt lag somit darauf ein System, bestehend aus einer ionischen Flüssigkeit und einer Spinsonde, einem stabilisiertem Radikal, zu charakterisieren. Dafür wurden mit Messungen der Kernspinresonanz sowohl die Diffusion des Systems als auch der Einfluss der paramagnetischen Spezies auf die Spin-Gitter-Relaxationszeit der ionischen Flüssigkeit untersucht. Darüber hinaus wurde mittels Elektronenspinresonanz-Spektroskopie der Spinaustausch zwischen den im System enthaltenden Radikalen analysiert und mit weiteren Messungen verglichen. Des Weiteren erfolgte für dieses System eine Untersuchung der Erhöhung der NMR-Signalintensitäten durch die dynamische Kernpolarisation.

Da fossile Energieträger durch ihre Begrenztheit und ihre schädliche Wirkung auf die Umwelt keine nachhaltige Energieversorgung darstellen und die menschliche Zivilisation durch die Verursachung des Klimawandels langfristig bedrohen, ist ein Umdenken in der Art der Energieversorgung dringend nötig. Gleiches gilt für die konventionelle Atomenergie, welche ebenfalls nur begrenzt auf diesem Planeten zur Verfügung steht. Des Weiteren kann es bei dieser jederzeit zu einem GAU (größter anzunehmender Unfall, wie in Tschernobyl oder Fukushima) kommen. Soll der Energiebedarf der Menschheit auf nachhaltigere und weniger umweltschädliche Weise gedeckt werden, ist man auf erneuerbare Energien, wie Windkraft, Photovoltaik, etc. angewiesen. Die Konkurrenzfähigkeit von Photovoltaikanlagen hängt entscheidend vom Wirkungsgrad der verbauten Zellen ab. Möchte man den Wirkungsgrad einer Solarzelle verbessern, so ist man bei konventionellen Zellen mit nur einem Absorber und ohne Konzentration des Lichtes, durch das Shockley-Queisser-Limit auf ca. 30 % begrenzt. Um Zellen mit höheren Wirkungsgraden zu erreichen, ist es z.B. möglich, Halbleiter mit unterschiedlichen Bandlücken monolithisch zu kombinieren, also Heterostrukturen zu verwenden. Dabei wird durch die unteren Teilzellen ein größerer Teil des Spektrums genutzt, während bei den oberen eine niedrigere Thermalisierung (also die Umwandlung der Photonenenergie, welche über die der Bandlücke hinaus geht, in Wärme) auftritt. Ein möglicher Ansatz basiert auf einer Heterostruktur aus Silizium mit einer Bandlücke von EG = 1,1 eV und einer Gitterkonstante von [alpha] = 5,43 Å und Galliumphosphid (EG = 2,25 eV, [alpha] = 5,45 Å), da beide eine sehr ähnliche Gitterkonstanten haben. Im Idealfall sollte die Topzelle eines Tandems mit Si als Unterzelle allerdings eine Bandlücke von ca. 1,7 eV aufweisen, so dass zum Beispiel GaAsP geeignet wäre, wobei das anfängliche GaP als Pufferschicht dienen kann, auf der ein gradierter Puffer mit steigendem Arsengehalt aufgewachsen werden kann. Die Vorteile von Silizium als Substrat sind unter anderem ein vergleichsweise günstiger Preis, gute Verfügbarkeit und dass es bereits gut erforscht ist. Es kann vorteilhaft sein, das Substrat zunächst mit einer Arsenschicht zu terminieren. Dadurch lassen sich auf dem Si-Substrat Doppelstufen (die man für die III-V-Heteroepitaxie benötigt) bei einer niedrigeren Temperatur erzeugen, als bei der typischerweise bei MOCVD-Präparation verwendeten Wasserstoffterminierung. Dadurch lassen sich Prozessdauer und -temperatur reduzieren. Zudem lässt sich in dem für die Abscheidung von GaAsP genutzten MOCVD-Reaktor ein Arsenhintergrund kaum vermeiden. Daher ist eine kontrollierte Terminierung durch eine Arsenschicht sinnvoller, als unkontrollierte Arsenverunreinigungen in Kauf nehmen zu müssen. Für eine kontrollierte Arsen-Terminierung der Oberfläche ist ein genaues Verständnis dieses Prozesses sehr wichtig. Insbesondere ist von Interesse, welche Bindungen die Oberflächenatome eingehen und welche Stufen auf der Probe vorhanden sind. STM-Messungen zeigten, dass die Oberflächenatome Dimere ausbilden und ließen aufgrund asymmetrischer Struktur weiterhin vermuten, dass es sich um As-Si-Dimere handeln könnte. Dies sollte nun genauer untersucht werden. Eine Arsenterminierung von Ge(100)-Oberflächen, welche bereits als Substrat für effizientere Solarzellen etabliert ist, hat sich ebenfalls als vorteilhaft erwiesen, da sich die Probeneigenschaften je nach Arsenquelle sehr präzise einstellen lassen. In dieser Arbeit werden mithilfe von STM-Messungen arsenterminierte Si(100)-Oberflächen mit einer Fehlorientierung von 0,1˚ und arsenterminierte Ge(100)-Oberflächen mit einer Fehlorientierung von 6˚ auf ihre atomare Struktur hin untersucht.

Im Falle von Lithium-Ionen-Batterien ist es möglich, drei Komponenten zu verbessern - die Anode, die Kathode und den Elektrolyten. In dieser Masterarbeit wurden Elektrolyten untersucht, die als Basis ionische Flüssigkeiten besitzen. Zusätzlich wurde zur Verbesserung der Leitfähigkeit ein sogenanntes zwitterionisches Salz hinzugefügt. Die Leitfähigkeit wurde mit elektrostatischer Impedanzspektroskopie bestimmt und diskutiert. Das Hauptaugenmerk der Arbeit liegt auf der Oberflächenzusammensetzung der Elektrolyten. Diese wurde mittels Röntgenphotoelektronenspektroskopie (XPS) ermittelt. Diese Messmethode ist sehr oberflächensensitiv und findet in einem Ultra-Hoch-Vakuum statt. Flüssigkeiten sind in der Regel von solchen Untersuchungen ausgeschlossen, doch der geringe Dampfdruck der ionischen Flüssigkeiten machen sie zu einem interessanten Forschungszweig. Das zwitterionischen Salz hat in Abhängigkeit von der verwendeten ionischen Flüssigkeit in Bezug auf die Oberfläche unterschiedliche Auswirkungen.

Die Phosphid-Strukturen für solare Wasserspaltung wurden in dieser Arbeit untersucht. Das Ziel ist die zeitaufgelöste spektroskopische Ellipsometrie anzuwenden, um ultraschnelle Prozesse in Halbleitern und Halbleitern mit Polymerbeschichtungen für solare Wasserspaltung nachzuweisen. Die von dem zeitaufgelösten spektroskopischen Ellipsometrie-Aufbau gemessene Daten wurden analysiert. Die erste Probe war GaP, das als Elektroden für photoelektrochemische Zellen verwendet sein kann. Die zweite und die dritte Probe waren GaP mit 2 verschiedenen Polymerbeschichtungen - PEI und PEI+PSS, die als Schutzbeschichtungen für PEC verwendet sein können. Es wurden ultraschnelle Prozesse in GaP und der Einfluss von Polymer auf die Absorptionseigenschaften den Halbleitern mithilfe der ellipsometrischen Spektren mit Femtosekunden Zeitauflösung untersucht. Die Ergebnisse für GaP Probe zeigten Interbandübergänge an [Gamma] Punkt der Brillouin Zone bei 2,74 eV und 2,84 eV, an L bei 3,6 eV, und Intrabandübergänge im Leitungsband bei 2,8 eV. Die Proben mit Polymerbeschichtung wurden mit niedrigem Absorptionsgrad bei hohen Energien charakterisiert, mit höherem Absorptionsgrad bei 2,8 eV, sowie eine zusätzliche Absorption bei 2 eV. Das Absorptionsmaximum ging bei den Proben mit Polymerbeschichtung schneller zurück.

Knorpelgewebe besteht zum Großteil aus Wasser, welches in die Komponente des "reien" und des oberflächengebundenen Wassers eingeteilt werden kann. Um diese Komponenten selektiv zu beeinflussen und anschließend zu untersuchen, dienen Methoden wie das Gefrieren oder das Ersetzen der vorhandenen Wassermoleküle durch deuterierte Wassermoleküle. In dieser Bachelorarbeit wurden im Temperaturbereich zwischen 15 ˚C und -50 ˚C die Relaxationszeiten T1 und T2 sowie Spektren des hyalinen Rinderknorpels mittels Kernspinspektroskopie (kurz NMR-Spektroskopie) gemessen. Zusätzlich wurden einige Wassermoleküle zweier Knorpelproben durch deuterierte Wassermoleküle ersetzt. Aus den Messungen konnten Aussagen über die Dynamik der Wasser- und Proteinmoleküle im hyalinen Knorpel getroffen und das Modell der verschiedenen Wasserkomponenten bestätigt werden.

Die Lokalisation stehender Wellen ist ein interessantes Phänomen, welches in vielen physikalischen Systemen auftritt. Dazu zählen unter anderem quantenmechanische, optische oder auch mechanische Systeme. Anderson-Lokalisierung ist eine ihrer bekanntesten Ausprägungen und tritt bei zufällig inhomogenen Medien in komplexen Geometrien unter bestimmten Bedingungen auf. Die von Mayboroda et al. [1] kürzlich eingeführte Lokalisationslandschaft u bietet eine neue Möglichkeit Lokalisation in solchen Potentialen zu finden. Genauer gesagt können Minima, welche in dem effektiven Potential u-1 auftauchen, dem Grundzustand oder anderen Zuständen niedriger Energie zugeordnet werden. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit werden numerische statistische Aussagen über das effektive Potential bei zufälligen korrelierten und unkorrelierten Potentialen gewonnen, welche zusammen mit analytischen Modellen ein konsistentes Bild zeichnen. Dabei soll insbesondere auf die Korrelation als auch auf die Verteilung von Minima und Maxima dieses Potentials eingegangen werden. Zudem wird gezeigt, dass niederenergetische Zustände sich näherungsweise aus einer Weichzeichnung des Potentials konstruieren lassen, wodurch ein besserer Einblick in die Lokalisation innerhalb von Zufallspotentialen ermöglicht wird.

In dieser Bachelorarbeit wird die Selbstorganisation von Rubrenmolekülen (C42H28, 5,6,11,12-Tetraphenylnaphthacen) auf Pt(111) und Graphen mit einem Tieftemperatur-Rastertunnelmikroskop im Ultrahochvakuum untersucht und charakterisiert. Auf Pt(111) adsorbiert das Molekül bei geringer Bedeckung mit breiter Verteilung auf der Probenoberfläche in zwei identifizierbaren chiralen Enantiomeren, die sich stellenweise zu Dimeren und Trimeren zusammenfügen. Auf Graphen bildet Rubren ausgedehnte Inseln unter Anordnung zu einer charakteristischen "Ziegelsteinstruktur". Dabei orientieren sich die Moleküle innerhalb der Überstruktur entlang einer der kompakten hexagonalen Richtungen des Graphengitters. Anhand aufgenommener Spektren der differentiellen Leitfähigkeit einzelner Moleküle innerhalb der Überstruktur werden weiterhin die vibronischen Zustände des Moleküls auf Graphen hinsichtlich der molekularen Orbitalsignatur und der Elektron-Vibration-Wechselwirkung analysiert und diskutiert.

Mit Hilfe der ESR Spektroskopie werden TEMPO Radikale auf SiO2 Oberflächen untersucht bzgl. der Konzentration der Radikale auf der Oberfläche. Mit den erhaltenen Proben soll eine Signalverstärkung der NMR-Spektroskopie mittels DNP Effekt erzielt werden. Bei käuflichen Radikalen der Form ist die Konzentration für die Signalverstärkung allerdings zu groß. Deswegen werden 2 Ansätze verfolgt. 1) die Konzentration der herkömmlichen Radikale zu verringern. 2) Eigenpräparation der Proben mit geringer Konzentration.

In den vergangen Jahren wurde vielfach versucht, das Phänomen des Entstehens von Elektronenwolken in zeitgemäßen Teilchenbeschleunigern zu beschreiben und zu reduzieren. Dazu wurden insbesondere neue funktionelle Materialien mit reduzierter Sekundärelektronenemission entwickelt. Häufig werden diese Materialien jedoch nur mit Hilfe der gesamten Ausbeute von Sekundärelektronen charakterisiert. Um die Sekundärelektronenemission vollständig zu beschreiben, sind jedoch weitere Messungen nötig. In der vorliegenden Arbeit werden quantitative und energieaufgelöste Messungen an aktuellen Materialien von Protonenbeschleunigern sowie funktionellen Materialien nach Elektronenbeschuss durchgeführt. Es wird gezeigt, dass auch die neuen Materialien einer universellen Energieverteilung folgen. Zusätzlich wird durch den Vergleich mit bestehenden theoretischen Modellen eine mögliche Grundlage für Simulationen der Entstehung von Elektronenwolken geschaffen.

Im Rahmen meiner Masterarbeit habe ich das Verhalten von Fluorbenzol, 1,4-Difluorbenzzol, α,α,α-Trifluorbenzol, 2,2,2-Trifluorethanol und Cyclooctan in den porösen Gläsern VYCOR (Porengröße: 4 nm) und CPG (Porengröße: 11,5 nm) mit Hilfe von Kernspinresonanz bei 1 T für 1H und 19F untersucht. Die Moleküle wurden meist im Vergleich zum Reinstoff hinsichtlich ihrer chemischen Verschiebung, Relaxationszeiten in unmittelbarer Nähe zur Porenwand, effektiven Diffusionskoeffizienten und möglicherweise neu auftretenden parallelen Relaxationsmechanismen untersucht. Es konnte so der "Surface Enhancement Factor" und ein effektiver Diffusionskoeffizient für die ganze Pore berechnet und eine Verschiebung der Elektronendichte bestimmt werden. Die benötigen molekularen Radien und Oberflächenschichtdicken wurden mit bereits existierenden Daten der Infrarotspektroskopie und der Fluiditätsanalysismethode berechnet. Ein sich anschließendes Fast Field Cycling Experiment mit 2,2,2-Trifluorethanol offenbarte, unter Zuhilfenahme der RMTD (Reorientation Mediated by Translational Displacements)-Theorie, dass zusätzlich zur Interaktion aller Moleküle mit der Oberfläche über Wasserstoffbrückenbindungen ein Austausch der Wasserstoffkerne am Sondenmolekül mit denen der an der Oberfläche befindlichen Hydroxylgruppen wahrscheinlich ist.

In der industriellen Prozessmesstechnik werden zur Messung des Grenzstandes (definierte Standhöhe) sowie Dichte und Viskosität von Fluiden typischerweise vibronische Sensoren verwendet. Dabei wird ausgenutzt, dass sich durch die Fluid-Struktur-Interaktion eine Verschiebung der Resonanzfrequenz und der Dämpfung des Schwingelementes ergibt. Als problematisch stellt sich bei diesen Messungen die Bildung von festen Materialansätzen auf dem Schwingelement dar. Durch die zusätzliche Masse wird die Resonanzfrequenz sowie die Dämpfung des Schwingsystems erheblich beeinflusst. Ziel der vorliegenden Bachelorarbeit ist es, eine Sensorik zur Detektion eines festen Materialansatzes, welcher sich im Laufe der Zeit an den Schwingelementen ablagert, zu entwickeln. Neben der Detektion des Ansatzes sollte weiterhin die Messung des Grenzstandes bzw. der Dichte und Viskosität Teil der Funktion des Sensors sein. Dazu wurden zur Auslegung und Optimierung eines Paddelsystems numerische sowie analytische Methoden eingesetzt. Mit Simulationen nach der Finite-Elemente-Methode wurden zunächst zwei Einzelsysteme untersucht, welche getrennt voneinander die Detektion des Ansatzes und die Messung des Grenzstandes bzw. Dichte und Viskosität realisieren. In einem zweiten Schritt wurden die Einzelmodelle zu einem Gesamtmodell vereint. In dem Gesamtmodell ergeben sich neue Effekte aufgrund der Kopplungen der Einzelsysteme. Mit Hilfe von FEM-Simulationen konnte das Gesamtsystem dimensioniert und optimiert werden. Nach verschiedenen Optimierungszielen wurden drei verschiedene Modelle generiert. Diese wurden mittels 3D-Druck-Technologie hergestellt und anschließend messtechnisch validiert. Sowohl durch die Simulationen als auch durch die experimentellen Studien konnten die Abhängigkeit der Eigenfrequenz und der Dämpfung der vibronischen Sensoren von Fluiden und Materialansätzen überprüft werden. Zur Charakterisierung von Materialansätzen wurden ferner Methoden entwickelt, mit denen die Detektion aber auch Kompensation von Materialansätzen in Luft sowie Fluiden möglich ist.

Im Bereich der Materialwissenschaften gibt es eine Vielzahl Elektronenspektroskopiemethoden wie zum Beispiel UPS, XPS, STM usw. Die meisten Methoden besitzen eine hohe Oberflächenempfindlichkeit mit Austrittstiefen von bis zu 8 Angström, welche von der kinetischen Energie der Projektile und den quantenmechanischen Eigenschaften der Probe abhängen. Eine dieser Methoden ist die Metastable Impact Electron Spectroscopy. Dabei verwendet man Edelgasatome in metastabilen Zuständen, beispielsweise Helium, als Projektile. Diese Methode weist einige Vorteile auf. Zum einen ist die quantenmechanischen Beschreibung des metastabilen Heliums sehr gut bekannt, beispielsweise vom Helium-Neon-Laser oder der Atomoptik. Zum anderen weist Helium eine kleine Masse und somit einen kleinen Impuls auf. Aus diesem Grund dringt metastabiles Helium nicht in die Probenoberfläche ein oder zerstört diese. Die Abregung der Gasatome erfolgt ausschließlich über der Oberfläche. Weiterhin treten keine chemischen Reaktionen aufgrund des inerten Charakters von Helium auf. Alle bekannten Prozesse, die zur Elektronenemission bei MIES führen, sind mit dem Tunneleffekt verbunden. Die Wechselwirkungen treten somit in einem Bereich von ca. 0,5 nm auf und liegen damit in der gleichen Größenordnung wie bei STM-Experimenten. Allerdings ermöglicht MIES die Analyse der gesamten Probenoberfläche und nicht nur einzelner Stellen. Diese Masterarbeit zielt auf die Entwicklung einer Simulationsmethode ab, welche Ab-initio-Rekonstruktionen von MIES-Spektren für Moleküle, die an einer Oberfläche adsorbiert sind, ermöglicht. Hierbei sind zwei Themen wichtig: Die Übergangsraten für den dominanten Auger-Abregungsprozess müssen ohne die vereinfachenden Annahmen von KANTOROVICH ET AL. [1] bestimmt werden. Zudem müssen die Überlebenswahrscheinlichkeiten von metastabilen Helium entlang möglicher Trajektorien modelliert werden. Beide Problemstellungen können mithilfe von physikalischen und numerischen Methoden gelöst werden. Die Simulationsmethode wurde mit MATLAB und GAUSSIAN umgesetzt. Es erlaubt die Verifizierung der Methode durch das Vergleichen von Messung mit Simulationsdaten. Im Rahmen dieser Arbeit wird anhand des experimentellen MIES-Spektrums für Benzen auf einer Molybdänoberfläche die gute Übereinstimmung mit den dargestellten theoretischen Betrachtungen gezeigt. [1] Kantorovich et al., Surf. Sci. 444 (2000) 31-51

Kalium-Ionen-Akkumulatoren stellen eine der vielversprechensten Technologien für die stationäre Speicherung elektrischer Energie dar, welche im Zuge der dringend notwendigen Umstellung auf eine regenerative Energieversorgung unabdinglich in großem Maßstab benötigt wird. Die gut entwickelte Lithium-Ionen-Technologie kann in vielen Aspekten als Vorbild genommen werden, allerdings ist insbesondere die Erforschung von geeigneten Elektrodenmaterialien zum Erzielen hoher Kapazitäten und langer Lebensdauern vonnöten. In dieser Arbeit werden zwei Anodenmaterialen für den Einsatz in Kalium-Ionen-Akkus auf ihre Eignung untersucht. Die beiden Materialien, stickstoffdotierte Kohlenstoffnanofasern und Pyrrhotin-Kohlenstoff-Nanowürfel, werden in einfachen Verfahren hergestellt und anschließend strukturell sowie elektrochemisch analysiert. Die Leistungsfähigkeit beider Materialien wird anhand einer Reihe von Parametern bewertet und in den aktuellen Forschungsstand eingeordnet. Beide Anodenmaterialien weisen eine geeignete Entladespannung, eine große reversible Kapazität, eine lange Lebensdauer sowie eine gute Leistungsfähigkeit bei hohen Entladungsraten auf.

Die grundlegende Zielstellung dieser Arbeit ist die Anwendung der Extremwertanalyse für den Niederschlag im globalen Kontext und das Ermitteln der Trends. Hierfür wurde der globale Reanalysedatensatz ERA-Interim vorgenommen. Dabei wird die Analyse mittels einer geeigneten Fit-Software für das Schätzen der generalisierten Extremwertverteilung sowie durch die Nutzung der Modellklasse der Vektor-generalisierten linearen Modellen realisiert, die die Veränderungen der extremen Niederschläge untersuchen soll. Um die Resultate der Exremwertanalyse zudem abzuschätzen, wird zusätzlich vom Anpassungs- bzw. Fitgütetest des sogenannten Kolmogorov-Smirnov-Tests Gebrauch gemacht, welcher sowohl am Datensatz sowie an Monte-Carlo-Samples ausgeführt wird und deren Ergebnisse verglichen.

In dieser Bachelorarbeit sollen mittels der spektralen Ellipsometrie gesputterte Sc(x)Al(1-x)N-Schichten mit verschiedenen Scandiumkonzentrationen x anhand ihrer dielektrischen Funktion charakterisiert werden. Die Dicke der Schichten wird ebenfalls durch Ellipsometrie bestimmt. Bei Sc(x)Al(1-x)N handelt es sich um ein piezoelektrisches Material, welches noch nicht hinreichend untersucht wurde. Die Arbeit ist also der Grundlagenforschung dieses Materials zuzuordnen. Sc(x)Al(1-x)N erreicht hohe Polarisationen durch das Ersetzen von Aluminium mit Scandium. Es soll weiterführend mit einem magnetostriktiven Material kombiniert und als Dielektrikum für einen magnetfeldsensitiven, elektrischen Sensor eingesetzt werden. Deswegen ist es von Bedeutung die dielektrische Funktion von Sc(x)Al(1-x)N zu kennen. Der Aufbau und die Funktionsweise eines solchen Sensors wird im folgenden Kapitel erläutert. Besonderes Augenmerk wird in dieser Arbeit darauf gelegt, ob es möglich ist, einen Zusammenhang zwischen dem Scandiumgehalt und der dielektrischen Funktion der einzelnen Proben zu finden. Für die dielektrische Funktion wird ein Cauchy-Modell mit zusätzlichem Urbach-Absorptionsterm angesetzt. Die Gründe dafür werden in dem entsprechenden Kapitel dargelegt. Aus dem Modell ergeben sich Parameter, die auch in weiteren Messverfahren wie z. B. der Weißlichtinterferometrie genutzt werden sollen. Für die spektralen Ellipsometriemessungen wird ein WVASE32 Ellipsometer verwendet.

Das Ziel dieser Bachelorarbeit war die Untersuchung des Einflusses von Stickoxiden auf die Oberflächeneigenschaften von Indiumoxid. Dazu wurden zwei Untersuchungsmethoden verwendet, eine Widerstandsmessung und die Photoelektronenspektroskopie. Im Rahmen dieser Arbeit wurde ein 4-Punkt-Widerstandsmessplatz aufgebaut, der den zeitlichen Verlauf des Oberflächenwiderstands während der Gaswechselwirkungen mit dem Indiumoxid misst. Die Adsorption der Stickoxide an die Oberfläche verursachte eine Erhöhung des Oberflächenwiderstands. Dieser Effekt korrelierte mit den Ergebnissen der Photoelektronenspektroskopie.

Die Integration von GaAsP-Topabsorbern mit Si ermöglicht die Präparation kostengünstiger und hocheffizienter Mehrfachsolarzellen. Um die große Gitterfehlanpassung zwischen dem Si-Substrat und dem GaAsP-Absorber zu überbrücken, werden häufig eine dünne GaP-Schicht und anschließend gradierte GaAsP-Pufferschichten abgeschieden, in denen das As zu P-Verhältnis schrittweise ansteigt. Eine hochqualitative Grenzfläche zwischen den einzelnen GaAsP-Pufferschichten ist erforderlich, um die Bildung von Defekten zu minimieren. Hier wurden die atomare Oberflächenstruktur und die chemische Zusammensetzung von GaAsP-Oberflächen in Abhängigkeit von der Ausheiztemperatur nach dem Wachstum und dem As-Gehalt untersucht. Die GaAsP-Pufferschichten wurden mittels metallorganischer Gasphasenepitaxie auf GaP(100)-Substraten abgeschieden und ihre Oberflächenpräparation wurde in-situ mittels Reflexionsanisotropiespektroskopie (RAS) überwacht. Präparierte GaAsP-Epischichten wurden mittels oberflächensensiblen Messmethoden im Ultrahochvakuum untersucht. Die Spannungsrelaxation der gradierten GaAsP-Pufferschichten wurde mittels hochauflösender Röntgenbeugung gemessen. Durch Einsatz einer "Overshoot Schicht" wurde eine Relaxation von etwa 94% für die GaAs50P50-Schicht erreicht, welche eine defektarme Epitaxie des GaAsP-Absorbers ermöglicht. Die Oberflächenrekonstruktion und ihre Stöchiometrie hängen von der Ausheiztemperatur nach dem Wachstum ab und es kann entweder V- oder Ga-reiche Oberfläche präpariert werden. Die bei 500˚C getemperten GaAs50P50-Proben zeigen eine Oberflächenrekonstruktion (2×4) und weisen eine As-reiche Oberfläche auf, während das Tempern bei 700˚C zu einer Ga-reichen Oberfläche führt. Des Weiteren zeigten GaAs30P70- und GaAs19P81-Oberflächen die gleiche Oberflächenrekonstruktion (2×4). Die Oberflächenpräparation kann in-situ durch ihre charakteristischen RA-Spektra optimiert werden.

Das Ziel dieser Masterarbeit ist die Analyse von Lichtwellen in Systemen aus gekoppelten optischen Mikroresonatoren. Diese Analyse wird sowohl durch numerische Wellensimulationen in COMSOL durchgeführt sowie auch durch das Entwickeln eines eigenen Modells für die Approximation von Eigenfrequenzen und Eigenmoden in gekoppelten Resonatoren. Ein Vergleich zwischen Modell und Simulation liefert vergleichbare Ergebnisse. Im zweiten Teil der Arbeit wird das entwickelte Model genutzt, um ein photonisches System mit Defektzuständen zu entwickeln. Defektzustände sind nützlich für Anwendungen aufgrund ihrer räumlichen Lokalisierung sowie auch wegen ihrer spektralen Isolierung gegenüber andere Moden des Systems. Dabei wird gezeigt, dass die bis jetzt angenommene asymmetrische Rückstreuung, dass für solche Systeme als notwendig angenommen würde durch einfachere Störungen am System ersetzt werden kann.

Das Ziel dieser Masterarbeit ist die Erweiterung des Verständnisses der für die Wolkenbildung wesentlichen Dynamik von Wassertropfen in turbulenten Strömungsfeldern. Das Wachstum einzelner Tropfen durch Anlagerung von Wasserdampf in einer übersättigten Umgebung wird durch das Geschwindigkeits-, Temperatur- und Wasserdampffeld bestimmt. Für die Simulation des Prozesses wird ein Programm entwickelt, welches das Tropfenwachstum möglichst numerisch effizient in einem räumlich abgeschlossenen System beschreibt. Die physikalischen Prozesse hängen wesentlich von verschiedenen äußeren Faktoren ab, deren Einfluss ebenfalls im Rahmen dieser Arbeit untersucht wird. Die chemischen Prozesse bei der Wolkenbildung werden in einem Löslichkeitsterm erfasst. Des Weiteren ist die Schwankung der Übersättigung von Bedeutung. Die Fluktuationen der Übersättigung haben ihren Ursprung in den Luftströmungen. Diese werden zunächst in einem effektiven Modell untersucht, indem zu einer konstanten Übersättigung eine periodische Schwankung bzw. ein Rauschterm auf Basis des Wiener Prozesses addiert wird. Im zweiten Teil der vorliegenden Arbeit werden die Ergebnisse der vertieft. Dazu wird im zweiten Teil eine einfache turbulente Strömung im Fourierraum verwendet, welche eine Lösung der Navier-Stokes Gleichung ist. Die Zeitabhängigkeit der Strömung wird dabei durch Zufallszahlen beschrieben. Ein reduzierter Modensatz soll den Rechenaufwand minimieren. Dabei erhält man ein Gleichungssystem von Differentialgleichungen, welches mit einem Euler-Verfahren gelöst wird Nach dem erfolgreichen Funktionstest des Programms werden erste Simulationen durchgeführt und ausgewertet. Die Untersuchungen dieser Masterarbeit haben gezeigt, dass eine Berechnung des Tröpfchenwachstums im Fourierraum, im Vergleich zum Realraum, nummerisch effizient ist. Die Voraussetzung hierfür ist ein periodisches Geschwindigkeitsfeld, welches durch eine angemessene Anzahl an Moden darstellbar ist. Zu wenige Kopplungen erschweren die Berechnung, da die turbulente Strömung sich nur unvollständig ausbilden kann. Die große Abhängigkeit des Tropfenwachstums von hochfluktierenden Übersättigungsfeldern wird aufgezeigt. Ebenfalls zeigt sich der Einfluss des Löslichkeitseffektes auf das Wachstum der Wolkentropfen. Der Krümmungseffekt, welcher die Oberflächenspannung berücksichtigt, hat unerwarteterweise nur einen geringen Einfluss.

In dieser Bachelorarbeit erfolgt eine grundlegende Charakterisierung gesputterter Sc(x)Al(1-x)N-Schichten, welche als vielversprechendes piezoelektrisches Material für die Anwendung in der Magnetfeldsensorik im Bereich mikroelektromechanischer Systeme gelten. Durch die Einbindung eines bestimmten Anteils x an Scandium in die hexagonale Struktur des AlN erfolgt eine Änderung des Bindungscharakters im Materialsystem. Aus der so ansteigenden Fähigkeit der Polarisation in der Gitterstruktur resultiert ein starker piezoelektrischer Effekt, der zusammen mit einem magnetostriktiven Material als Magnetfeldsensor fungieren soll. Eine Reihe ausgewählter Sc(x)Al(1-x)N-Proben wird mittels Röntgenphotoelektronenspektroskopie auf ihre genaue Zusammensetzung, besonders auf den Scandiumgehalt x, untersucht. Anschließend wird in Abhängigkeit von x die Gitterkonstante c der hexagonalen Struktur mit Hilfe der Röntgendiffraktometrie ermittelt. Zudem erfolgt eine optische Charakterisierung des Materials in Form der Raman- und Infrarotspektroskopie, um einen genauen Überblick der Änderung der Schwingungsbanden in Sc(x)Al(1-x)N in Abhängigkeit von x zu gewinnen. Zusätzlich können anhand der gewonnen Daten Aussagen über die kristalline Qualität der Struktur getroffen werden. Zuletzt werden die gefundenen Ergebnisse der verschiedenen Messmethoden miteinander korreliert und verglichen. Das weiterführende Ziel im Anschluss an diese Arbeit ist die genaue Quantifizierung der piezoelektrischen Reaktion von Sc(x)Al(1-x)N in mikroelektromechanischen Sensoren. Als Grundlage hierfür und für ein genaueres Verständnis des Materialsystems Sc(x)Al(1-x)N wurde diese Bachelorarbeit angefertigt.

In der vorliegenden Arbeit werden die elektronische Struktur und die Molekülverteilungen von vier IFs auf Metalloberflächen diskutiert. Eine Kombination zwischen zwei Anionen ([TfO] und [Tf2N]) und zwei Kationen ([EMim] und [BMP]) führt zur Bildung von [EMIm][TfO], [EMim][Tf2N], [BMP][TfO] und [BMP][Tf2N] IFs. Als Metallsubstrate wurden Ti, Ni und Au gewählt. Durch die Verwendung von Spin-Coating wurden dünne (2 [my]m) und ultradünne (ca. 10 nm) IFs Schichten erzielt, die anschließend mittels Röntgenphotoelektronenspektroskopie untersucht wurden. Die temperaturabhängige Stabilität von [Tf2N] Ionen basierten IFs wurde auch in dieser Arbeit gezeigt. Darüber hinaus wurde die Stabilität aller in dieser Arbeit verwendeten IFs während der monochromatischen Röntgenstrahlung untersucht.

Die Bachelorarbeit "Qualifizierung und Optimierung eines Messsystem zur Erkennung der lokalen Farbunterschiede der Interfrenzoptschen Beschichtungen" befasst sich mit der Machbarkeit von Farbmessungen an dünnen interferenzoptischen Beschichtungen. Es werden über Spektralmessungen Reflexionssprektren aufgenommen und diese in Farbraumwerte umgerechnet. Von diesen Farbraumwerten wird der Abstand errechnet und die Streuung dieser Abstandswerte für die statistische Auswertung betrachtet. Über diese Streuung sollen die gemessenen Proben dann Kategorien zugewiesen werden, die das Qualitätssprektrum der Produktion wiederspiegeln sollen. Es werden verschiedene Messmethodiken besprochen und deren Probleme mit der Sicherheit der Messwerte. Zum Schluss sind noch Möglichkeiten besprochen, wie das Messsystem zur Qualitätskontrolle in den Betrieb eingebunden werden können.

Zur Kenntnis von optischen Strukturen im mesoskopischen Regime sind seit Jahren auf Mikroresonatoren basierende Laser ein oft untersuchter Forschungsbereich. Diese besitzen gegenüber einem Fabry-Pérot-artigen Aufbau den Vorteil, ihre Eigenschaften bezüglich Interferenzen, Wave Confinement und direktionaler Emission je nach Wahl der Struktur zu nutzen und dabei in den (Sub-) Mikrometerbereich vorzudringen. Theoretische Rechnungen dazu können über die Auswertung der Maxwell-Gleichungen, sowie das Nachvollziehen der chaotischen Dynamik von Lichtstrahlen im Billiardsystem erzielt werden. Diese Kavitäten sind auf beide Arten und durch Experimente erforscht und finden Anwendung in Bereichen der Sensorik, Lichterzeugung und als dynamische Frequenzfilter. Ziel dieser Masterarbeit ist es, auf dieser Grundlage eine simulationsbasierte Auswertung zu Billards in Lima¸con-Form auf Basis von Graphenheterostrukturen zu schaffen, die ebenso über Confinement und hochdirektionale Emission eine mögliche technische Anwendung finden können. Diese Heterostrukturen werden über unterschiedliche Potentiale an den 2D-Graphenflächen realisiert. Im Vordergrund steht dabei eine Analyse der strahlenartigen Elektronendynamik im Graphenbilliard, die durch quasirelativistische Fermionen am Diracpunkt zustande kommt. Die mittels MATLAB durchgeführte Simulation untersucht die Charakteristika der Strahlenverläufe und Abstrahlung im Hinblick auf verschiedene Parameter wie Verformung und angelegtes Potential zur Erzeugung der Heterostruktur und vergleicht eine uniforme initiale Intensitätsverteilung mit der einer Punktquelle. Dabei wird festgestellt, dass sich im Billiard mit einer Potentialstufenberandung kaum Vorteile gegenüber den optischen Kavitäten ergeben, da diese eine schlechte Anisotropie in der Abstrahlung vorweist, während eine Berandung durch eine dünne Potentialbarriere eine direktionale Abstrahlung und Sensitivität bezüglich einiger Parameter verzeichnet. Denkbar wäre hier eine Anwendung in der Sensorik.

In dieser Arbeit wird das Verhalten von C60-Molekülen auf Ir(111) und auf graphenbedecktem Ir(111) untersucht. Dazu wird die Probe einmal direkt mit C60 bedampft und einmal wird zunächst eine Monolage Graphen auf der Probe erzeugt, bevor diese bedampft wird. Beide Systeme werden mittels niederenergetischer Elektronenbeugung und hochauflösender Elektronenenergieverlustspektroskopie erforscht. Bei Raumtemperatur sind von C60 weder auf reinem noch auf graphenbedecktem Iridium Reflexe im Beugungsbild sichtbar. Zu beobachten ist neben den hexagonalen Iridiumreflexen lediglich das Moiré-Muster von Graphen, welches mit steigendender C60-Bedeckung an Intensität verliert. Mittels der Beugungsbilder wird außerdem die Periodizität des Moiré-Musters berechnet. Auf reinem Iridium zeigen sich bei der Elektronenenergieverlustspektroskopie mehrere C60-Schwingungsanregungen, von denen die zeitliche Entwicklung mit steigender Bedampfungsdauer untersucht wird. Das Einbringen einer Graphenschicht zwischen Iridium und C60 führt zu einer Verringerung der Anzahl der beobachteten Anregungen. Basierend auf den Energien der bekannten C60-Schwingungsmoden werden die Signaturen und ihre zugehörige Schwingung identifiziert und dargestellt. Um die beobachteten Unterschiede auf beiden Substraten zu erklären, wird auf die Art der Adsorption auf beiden Oberflächen eingegangen. Dabei werden die unterschiedlich starke Adsorbat-Substrat-Interaktion und die Orientierung der Moleküle auf beiden Oberflächen unter Berücksichtigung der Auswahlregeln auf Metalloberflächen beleuchtet.

Feldemissionsmikroskopie ist eine Methode um einzelne Moleküle auf der Oberfläche einer Nanospitze sichtbar zu machen, da das das elektrische Feld an den Molekülen überhöht wird. Obwohl es in den letzten Jahrzehnten etliche Forschungen dazu gab, ist der genaue Mechanismus der Strukturen, die von Molekülen erzeugt werden, immer noch unklar. Unabhängig von der Art der Moleküle treten immer zwei- und vierblättrige Strukturen auf dem Schirm der Beobachtung auf. Die lässt auf zwei mögliche Mechanismen schließen: Entweder werden Elektronen aus der Metallspitze an Molekülen an der Oberfläche gestreut oder die Elektronen kommen direkt aus den Molekülorbitalen. Im ersten Fall hängt die Strukture der beobachteten Abbildungen an der Struktur der Moleküle, während im zweiten Fall die elektronische Wellenfunktion der Moleküle ausschlaggebend ist. Um dies zu klären wurde laserinduzierte FEM (LFEM) verwendet. Der Laser wird die Elektronen im Molekül anregen, die anschließend im LFEM sichtbar gemacht werden. Die würde zu euner Veränderung der beobachteten Struktur führen. Die Untersuchungen wurden dabei an C60 Molekülen durchgeführt. Zunächst wurde die Position der Moleküle auf der Spitze des Mikroskops untersucht. In weiteren Untersuchungen wurden dann andere Strukturen im LFEM Experiment beobachtet als im FEM Experiment, was stark auf die Molekülorbitalen als Ursprung der Feldemission hinweist.

GaAs Nanodrähte sind zukunftsweisende Materialen für Anwendungen im Bereich der Solarenergie sowie für Bauteile im Nanometerbereich. Der pn-Übergang innerhalb der Nanodrähte ist für die Leistungsfähigkeit verschiedener Module von zentraler Bedeutung. Ein detailliertes Verständnis der Vorgänge in einem pn-Übergang im Nanobereich ist daher von großem Interesse. Im Rahmen dieser Arbeit wurden einzelne Nanodrähte mit axialem pn-Übergang elektrisch und optisch charakterisiert. Vier-Punkt Messungen im Multi-tip STM ermöglichen die Bestimmung des Widerstandes entlang eines Nanodrahtes mit hoher räumlicher Auflösung. Durch die Anwendung eines Transportmodells wurde die Dotierungskonzentration des n- und p-dotierten Nanodrahtsegmentes berechnet. Zusätzlich wurde die Dotierungskonzentration mithilfe räumlich aufgelösten optischen Messungen wie Mikro-Photolumineszenz (u-PL) und Kathodolumineszenz (CL) untersucht. Die Strom-Spannungs Charakteristik der Nanodraht pn-Übergänge wurde durch vier-Punkt Messungen räumlich aufgelöst ermittelt. Die vier-Punkt Methode ermöglicht die Bestimmung des Widerstandes einzelner Nanodrähte ohne den Einfluss von Kontaktwiderständen. Mithilfe des UHV Transfersystems war eine Charakterisierung der Proben ohne externe Verunreinigung möglich. Die Strom-Spannungskennlinie zeigte im Vergleich zu gewöhnlichen GaAs Dioden einen ähnlichen Verlauf. Jedoch wurde eine starke Anfälligkeit durch auftretende Oberflächenzustände herausgestellt, welche sich durch eine fehlende Passivierung verstärkt ausbilden. Die räumlich aufgelösten elektrischen und optischen Messungen tragen zu einem erweiterten Verständnis von pn-Übergängen im Nanobereich bei und können damit die weitere Entwicklung von Nanodrahtstrukturen unterstützen.

Hochleistungsscheibenlaser zeigen mit zunehmender Pumpleistung starke Oberflächenabberationen des aktiven Spiegels. Diese beeinflussen die Modenausbreitung im Oszillator und damit die Strahlqualität des erzeugten Laserstrahls. Zur effektiven Kompensation der auftretenden Störungen bietet sich der intrakavitäre Einsatz einer adaptiven Optik an. Im Gegensatz zu einer extrakavitären Korrektur des Strahls kann die Störung eines Einzeldurchlaufes im Resonator mit verhältnismäßig geringem Hub kompensiert werden. Um den hohen Strahlungsintensitäten innerhalb einer Laserkavität standhalten zu können, kommt eine wassergekühlte, thermisch aktivierte adaptive Optik zum Einsatz. Platziert in der konjugierten Ebene des aktiven Spiegels kann sie direkt auf entstehende Oberflächenabberationen einwirken. Die Arbeit beschreibt die grundlegende Charakterisierung der verwendeten Optik, den Aufbau eines Versuchsresonators sowie den geregelten Einsatz der adaptiven Optik im Hochleistungslaserbetrieb. Es konnte gezeigt werden, dass das Konzept der thermisch modulierten adaptiven Optik den hohen Ansprüchen im Resonator gerecht werden kann. Die Korrektur von Oberflächenabberationen der Verstärkerscheibe wird demonstriert. Weitergehende Untersuchungen zeigen das Optimierungspotential der Optik in Bezug auf erreichbaren Maximalhub und Kantensteilheit.

In dieser Arbeit wird der Transport von Lichtstrahlen, die sich in einem System mit schwach fluktuierenden und lokal korrelierten Brechungsindex ausbreiten, numerisch untersucht. Motiviert wird diese Studie durch das Verhalten von Elektronen, Schallwellen und Wasser- bzw. Meereswellen in ähnlichen Systemen mit entsprechenden Fluktuationen im Elektronenpotential bzw. in der Schallgeschwindigkeit und Meeresströmungen. Diese zeigen, im Gegensatz zur homogenen Propagation, ein Branching-Verhalten auf. Das heißt eine Fokussierung auf gleiche Bahnen. Das Verhalten des optischen Falles wird in einem zwei dimensionalen System untersucht, wobei die Strahlen aus einer Punktquelle starten. In der folgenden Ausarbeitung wird ebenso ein Branching beobachtet, dessen Statistik genauer untersucht wird. Ziel ist es außerdem, zwischen der Korrelationslänge des zugrundeliegenden Potentials und dem lokalen Übergang branching zu diffusiv einen klaren Zusammenhang festzustellen. Am Ende wird ein Vergleich mit dem elektronischen Analogon gezogen und auf Gemeinsamkeiten und Unterschiede der beiden Systeme eingegangen.

Ziel dieser Bachelorarbeit war die Untersuchung der Diffusionseigenschaften von ionischen Flüssigkeiten, die in einer Matrix aus Polyvinyl-Alkohol (PVA) eingeschlossen sind. Die verwendeten Kationen gehören zur Familie der 1-Alkyl-3- methyl-Imidazol-Kationen. Konkret handelt es sich um Emim+ und Bmim+ die mit den Anionen BF4-, DCA- and Br- kombiniert wurden. Die Experimente wurden mit einem unilateralen NMR-Scanner, MOUSE genannt, durchgeführt. Dieser arbeitet nach dem Prinzip der Kernspinresonanzspektroskopie. Es konnte ein Zusammenhang zwischen der Zusammensetzung der ionischen Flüssigkeit und der Stärke des Diffusionsverhaltens festgestellt werden. Ebenso zeigten die experimentellen Ergebnisse eine Abhängigkeit von der Länge der Alkyl-Kette im Kation. Neben dem unterschiedlichen Aufbau wurde auch der Einfluss des Mischungsverhältnisses aus ionischer Flüssigkeit und PVA untersucht. Es zeigte sich, dass mit steigender Menge an ionischer Flüssigkeit auch eine verstärkte Diffusion einhergeht. Weiterhin gibt es Anzeichen für einen Zusammenhang zwischen Porengröße der ich ausbildenden Polymerstruktur und Größe des Kations. Zusätzlich wurde auch die elektrische Leitfähigkeit der Proben gemessen. Dazu wurde das Standardverfahren der Vierpunkt-Messung in einer selbst konstruieren Messanlage umgesetzt. Auch hier konnte ein Zusammenhang zwischen Zusammensetzung der ionischen Flüssigkeit, dem Mischungsverhältnis und der elektrischen Leitfähigkeit beobachtet werden.

Um In2O3 auch im Bereich transparenter Elektronik einsetzen zu können, muss man die Herstellung von gleichrichtenden Kontakten zu In2O3 verstehen. Behindert wird die Gleichrichtung durch eine intrinsische, hohe Elektronenkonzentration (SEAL) an der In2O3 Oberfläche. Durch reaktives Sputtern in einer Argon- und Sauerstoffatmosphäre konnten bereits gleichrichtende Schottkykontakte hergestellt werden. Ziel dieser Arbeit ist es den Mechanismus dahinter zu verstehen. Reaktive Sauerstoffspezies innerhalb des Sputterprozesses, die ähnlich wie für eine reine Plasmabehandlung bekannt den SEAL verarmen oder eine chemische Veränderung des abgeschiedenen Metalls, hier Platin, sind die vorgeschlagenen Mechanismen. Mit Photoelektronenspektroskopie und elektrischen Messungen wurden sowohl reaktiv abgeschiedenen, als auch nicht-reaktive abgeschiedene Proben untersucht, die vorab noch durch eine optionale Plasmabehandlung verarmt werden konnten. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass die reaktiven Sauerstoffspezies zu Beginn des Prozesses zwar den SEAL verarmen, aber die chemische Veränderung des Metalls auch notwendig ist um eine Diffusion der Sauerstoffspezies weg von der Grenzfläche zu verhindern, die für die nicht-reaktiv abgeschiedenen Proben beobachtet wurde. Demnach sind beide Mechanismen notwendig um gleichrichtende Kontakte zu In2O3 herzustellen.

Wilberforce-Pendel werden häufig in der Bildung eingesetzt um die Prinzipien gekoppelter harmonischer Oszillatoren zu veranschaulichen. Aufgrund der Kopplung seiner translatorischen und rotatorsichen Schwingung zeigt das Pendel Effekte wie Schwebungen oder die vermiedene Kreuzung seiner Normalschwingungen. Darüber hinaus ist auch ein adiabatischer Transfer von einer Schwingungsform zur anderen zu erwarten. Um diesen nachzuweisen muss bei einem Wilberforce-Pendel dessen Massenträgheitsmoment kontinuierlich verändert werden können, während es schwingt. Bislang gibt es aber kein Pendel welches dies vermag. Deshalb entwerfen und bauen wir ein neues Wilberforce-Pendel. Mit diesem weisen wir adiabatische Transfers innerhalb einzeln angeregter Normalschwingungen nach. Um beweiskräftige Daten dafür zu sammeln, messen wir die Zeitverläufe der translatorischen Schwingung.

Selbstorganisation von Objekten in begrenzten Volumina spielt eine zentrale Rolle für Prozesse in der Natur wie auch in der Industrie. In dieser Arbeit untersuchen wir, wie sich die Form von Objekten auf deren Selbstorganisation auswirkt. Wir nutzen hierfür kolloidale Superballs, submikrometergroße Partikel, deren Form zwischen der einer Kugel und einem Würfel interpoliert. Durch Einschließen von 4-9 Kolloiden in Emulsionstropfen untersuchen wir den Übergang zwischen diskreten dichtgepackten Strukturen, wie sie für perfekte Kugeln und Würfel theoretisch vorhergesagt sind. Wir zeigen, dass trotz der vorherrschenden kugelartigen Packung sogar bei runderen Superballs ein Einfluss der abgeflachten Seiten spürbar ist. Die zur Herstellung von kolloidalen Clustern angewandte experimentelle Technik erlaubt es uns, eine neue Klasse von Kolloiden zu synthetisieren: Partikel mit wohldefinierten magnetischen Bereichen. Wir stellen sogenannte Opal Balls dar, indem wir 10^10 kolloidale Partikel in mm-große Wassertropfen auf superhydrophoben Oberflächen einschließen. Hiermit zeigen wir, dass kolloidale Superballs weitreichende geordnete Strukturen bilden können, die noch weiter zu untersuchen sind. In dieser Arbeit diskutieren wir verschiedene Einflussfaktoren auf die Bildung solcher Opal Balls.

Supraleitung ist ein stetiges Thema der physikalischen Grundlagenforschung. Von besonderem Interesse sind dabei unkonventionelle Formen der Supraleitung. Das betrifft gerade die Fälle, die sich nicht direkt mit der mikroskopische Theorie nach Bardeen, Cooper und Schriefer erklären lassen. Bekanntestes Beispiel dafür stellt die Klasse der Hochtemperatursupraleiter, auch Typ-II Supraleiter genannt, dar. Allerdings tritt auch in anderen Systemen unkonventionelle Supraleitung auf. In den letzten Jahren ist die Untersuchung von Supraleiter/Ferromagnet-Systemen immer mehr in den Focus gerückt. Aufgrund des Proximity E ekts können in solchen Systemen Supraleitung und Ferromagnetismus koexistieren und das, obwohl sich beide E ekte ansonsten kategorisch ausschlieyen, da ihre Ordnungsmechanismen einander entgegenwirken. In dieser Arbeit werden Cluster aus Eisen auf einer Blei(111)-Oberfläche unter Ultrahochvakuumbedingungen aufgebracht und mit Hilfe eines Rastertunnelmikroskops bei einer Temperatur unterhalb der kritischen Temperatur des Bleis analysiert. Das Rastertunnelmikroskop bietet die Möglichkeit, ortsaufgelöste Messungen mit einer Präzession im Ångströmbereich durchzuführen. Dabei werden Erkenntnisse über die Adsorptionscharakteristik des Eisen sowie die elektronische Struktur der Cluster erlangt. Weiterhin wird das Verhalten der Supraleitung auf und um die Eisencluster untersucht

Der Elektronenleckstrom ist eins der Hauptverlustmechanismen in AlGaN basierten Licht emittierenden Bauelementen (UV-LEDs). Dieser kann durch das Hinzufügen einer Schicht mit einer breiten Bandlücke, einer Elektronenblockschicht (EBL), in die Heterostruktur und die daraus resultierende Leitungsbanddiskontinuität, die typischerweise 0,3 bis 0,8 eV beträgt, reduziert werden. Durch das aufeinanderstapeln mehrerer Nanometer großen EBLs aufeinander, kann eine zusätzliche virtuelle Barriere (VB) für die Elektronen in den sogenannten Multiquantumbarrieren (MQB) entstehen. Es wurden numerische Untersuchungen durchgeführt um die Breite der VB in AlGaN-MQBs zu quantifizieren und die Strukturen gegenüber von Fluktuationen zu optimieren. Die Beachtung der Polarisationsfelder und die Berechnung des Bandprofils erfolgte durch die selbstkonsistente Lösung der Schrödinger- und der Poisson-Gleichungen. Die Transfermatrixmethode und die Esaki-Tsu-Stromformel wurden benutzt um die Elektronenreflexionswahrscheinlichkeiten und die Strom-Spannungs-Charakteristiken zu berechnen. Die Simulationen zeigen einen Anstieg der effektiven Elektronenbarriere von bis zu 66\% durch die Anwendung einer optimierten Al$_{0,2}$Ga$_{0,8}$N/GaN-MQB gegenüber einer Al$_{0,2}$Ga$_{0,8}$N EBL der gleichen Breite. Ansätze zur experimentellen Verifikation der VB wurden ebenfalls diskutiert.

Der molekulare Elektronendonator Dibenzotetraphenylperiflanthen (DBP) wurde auf seine elektronischen Eigenschaften sowie seine Schwingungseigenschaften auf einem Graphen/Ir(111) Substrat untersucht. Organische Moleküle sind besonders für die spätere Applikation in organischen Solarzellen oder organischen Leuchtdioden (OLED) von großer Bedeutung. Mittels Rastertunnelmikroskopie (STM) und Elektronenenergieverlustspektroskopie (HREELS) wurden die Schwingungsmoden des DBP Moleküls eindeutig identiziert. Dabei war es möglich in der Rastertunnelspektroskopie durch die verringerte Hybridisierung zwischen Molekül und Ir(111)-Substrat, welche durch das dazwischenliegende Graphen erreicht wurde, direkt Signaturen der Schwingungsanregung des niedrigsten unbesetzten (LUMO) und des höchsten besetzten (HOMO) Molekülorbitals in den aufgenommen Spektren zu messen. Die gefundenen Vibrationsmoden wurden mit theoretisch berechneten Schwingungsmoden des DBP Moleküls verglichen. Die Messung wurde über in Inseln zusammengeschlossenen Molekülen sowie Einzelmolekülen durchgeführt, wobei eine Verschiebung des gesamten Spektrums festgestellt wurde.

In der vorliegenden Arbeit wurde das Passive Infrarot Nachtkühlung-System (PINC-System), welches am Energy Efficiency Center (EEC) installiert ist, in der Simulationsumgebung TRNSYS abgebildet. Hierbei wurde das PINC-System kombiniert mit einer thermischen Gebäudesimulation. Die Kälteübergabe in den Räumen wurde in der Simulation über Kühldecken realisiert. Das Simulationsmodell konnte anhand realer Monitoringdaten des EEC validiert werden. Die Hauptaufgabe bestand darin, das PINC-System des ECC in TRNSYS als Modell aufzubauen. Das PINC-Modell wurde mit den Monitoring-Daten des Jahres 2015 validiert bzw. überprüft. Aus dem validierten Modell wurde im nächsten Schritt das PINC-System mit einem Gebäude-Modell verbunden. Danach wurde ein Vergleich zwischen dem PINC-System und einer Kältemaschine vollzogen, um das PINC-System exakt bewerten zu können. Anschliessend wurden verschiedene Szenarien definiert und anhand von Simulationen evaluiert. Hierbei wurde entweder eine konventionelle Kühldecke oder eine PCM-Kühldecke im Gebäude verwendet. Die Ergebnisse bestätigten, dass das SEER des PINC-Systems ist effektiver als das SEER der konventionellen Kältemaschine. Andererseits verbraucht die PCM-Kühldecke mehr Energie, als die konventionelle Kühldecke.

Um den Klimawandel entgegenzuwirken ist es notwendig den Treibhausgasanstieg in der Atmosphäre entgegenzuwirken. Dies kann nur mithilfe des Einsatzes erneuerbarer Energien gelingen. Bekannte Techniken sind Photovoltaik, Solarthermie, Wind- und Wasserkraft. Da die Wärmeenergie einen großen Anteil an der genutzten Gesamtenergie hat, muss auch in dem Wärmeenergiesektor eine Energiewende gelingen. In der Masterarbeit werden verschiedene Techniken zur Wärmebereitstellung in Großwohnungsbauten anhand technischer, energetischer und wirtschaftlicher Daten miteinander verglichen. Ziel ist es Potentiale an einen oder mehreren Gebäuden aufzuzeigen. Erreicht wird dieses Ziel durch ein extra entwickeltes Berechnungswerkzeug, dass verschiedene Gebäude zu einen Energiesystem zusammenfasst. Mit diesem Hilfsmittel können nicht nur Experten mögliche Potentiale an ihren Gebäuden bestimmen und verschiedene Techniken miteinander vergleichen. Die Masterarbeit zeigt Rahmenbedingungen auf unter denen sich ein sehr effizienter Einsatz der verschiedenen Techniken ergibt.

Das Ziel der Arbeit war, die Generationskinetik von thermisch erzeugten Donatoren in sauerstoffreichem Silizium genauer zu beleuchten und mit Hilfe der Fouriertransform-Infrarotspektroskopie sowie von Vierspitzenmessungen bisherige Untersuchungen zu vertiefen und zu verifizieren. Die Infrarotspektroskopie hat sich als geeignete Untersuchungsmethode gezeigt, um die Ionisationsenergien von flachen Donatoren für die hier verwendeten dicken Proben zu überprüfen, die weitere Forschergruppen gemessen haben. Die Befunde über die Generationskinetik der thermischen Doppeldonatoren, die in dieser Arbeit gefunden wurden, decken sich in einigen Punkten, mit denen, die andere Forschergruppen gemessen und postuliert haben. Allerdings wurden auch Unterschiede festgestellt. Die wichtigsten bestätigten Ergebnisse sind, dass die optimale Generationstemperatur, bei der die höchste Formierungsrate der thermischen Doppeldonatoren beobachtet wird, bei 450˚C liegt. Außerdem wurde die Auffassung bestätigt, dass die thermischen Defekte zweifach ionisierbare Sauerstoffkomplexe sind, die unter andauernder Temperaturbehandlung weiteren Sauerstoff anlagern und sich dadurch vergrößern. Abhängigkeiten der Generation von der Sauerstoffkonzentration konnten nur insofern bestätigt werden, als dass Proben verwendet wurden, die die erforderlich hohe Konzentrationen an Sauerstoff enthielten, welche sich in Untersuchungen anderen Forschergruppen als notwendig gezeigt hatte. Die Verwendung bordotierter Proben machte es außerdem möglich, die Kompensation von Defektelektronen durch die Generation der thermischen Doppeldonatoren zu messen und damit ebenfalls vergleichbare Berichte früherer Untersuchungen nachzuvollziehen. Die Frage, die sich zu Beginn der Arbeit stellte, war, ob sich thermische Doppeldonatoren eignen, die Lebensdauer von Siliziumbasierten Strahlungsdetektoren zu verlängern. Die gezielte Veränderung der Leitfähigkeit von Wafermaterialien aus Silizium (und Germanium) mit Hilfe der Generation thermischer Defekte wird schon länger in der Halbleiterindustrie angewandt und ist gut erprobt. Die in dieser Arbeit durchgeführten Untersuchungen liefern eine Grundlage für Defekt-Engineering, um die Generationskinetik thermischer Defekte und deren Eignung für die Lebensdauerverlängerung von Strahlungsdetektoren, zu prüfen.

Das Ziel der Bachelorarbeit ist die Untersuchung des Einflusses von verschiedenen Asphalten-Konzentrationen und -Arten auf die Relaxationszeiten von kleinen Molekülen, sogenannten Maltenen. Hierzu wurden verschiedene asphaltenhaltige Lösungen angesetzt, welche anschließend mit der Kernspinresonanzspektroskopie (NMR-Spektroskopie) untersucht wurden, um die Relaxationszeiten der Maltene zu bestimmen. Es wurde eine Abhängigkeit der Relaxationszeiten von der Asphalten-Konzentration gefunden. Des Weiteren ist der Einfluss des Asphaltens auf die Relaxationszeiten der Maltene für fluorierte Moleküle deutlich stärker ausgeprägt, als für protonierte Moleküle. Dieser Effekt nimmt mit der Größe, nicht jedoch mit der Aromatizität, der untersuchten Maltene zu. Es konnte kein Einfluss der Elektronenkonzentration der Lösung auf die Relaxationszeiten festgestellt werden.

Die Laser-Light-Sheet-Technik ist ein Verfahren, um Partikel innerhalb einer Schnittebene eines Volumens zu beobachten. Diese Technik wurde eingesetzt, um den Kraterauswurf nach Hypervelocity-Impakten in Marmor zu untersuchen. Die Flugbahnen der Partikel wurden erfasst, ausgewertet und die Ergebnisse mit Modellvorstellungen, Skalengesetzen und Literatur verglichen. Anhand der Ergebnisse und des Vergleichs wurde die Eignung der Technik und eingesetzten Auswertemethodik zur Untersuchung von Hypervelocity-Impakten festgestellt.

Ziel der vorliegenden Arbeit ist es, ein einfaches Modell zu erstellen, welches die Ausbreitung von Funkwellen im Innenbereich eines Gebäudes berechnet. Es wurde sich in dieser Arbeit zum einen auf die Ausbreitung in einem Raum mit beliebig geformter Geometrie und zum anderen auf einen viereckigen Raum mit einem Hindernis konzentriert. Für die Beschreibung der Wellenausbreitung wurde der strahlenoptische Ansatz verwendet. Dieser Ansatz besagt, dass Lichtwellen durch die Gesetze aus der Geometrischen Optik beschrieben werden können. In dieser Arbeit wird untersucht ob der verwendete Ansatz auch auf die Beschreibung von Funkwellen anwendbar ist. Dieser Ansatz ermöglicht eine gute Darstellung desWellenspektrums aller einfallenden Wellen am Ort des Empfängers sowie die Darstellung der zurückgelegtenWege aller Teilwellen. Es erfolgte eine Kombination des strahlenoptischen Ansatzes mit der Uniform Theory of Diffraction (UTD), um auch Beugungen an Hindernissen untersuchen zu können. Das Simulationsmodell wurde auf ein Real Time Location System (RTLS) angepasst, welches eine Lokalisierung von Personen oder Objekten im Innenbereich von Gebäuden mit einer Präzision von 10 cm ermöglicht. Dies geschieht mittels der Messung von Laufzeitunterschieden ausgesendeter Wellen im Ultra-Breitband (UWB) Bereich. In dieser Arbeit wurde ein Vergleich der Ergebnisse der Simulation mit denen aus einer Messung mit dem Real-Time-Location-System angestellt.

Wohldefinierte Substratoberflächen sind für das weitere, defektfreie, heteroepitaktische Wachstum von III-V-Halbleitern unabdingbar. In dieser Masterarbeit wurde die atomare Struktur von GaP- und Si-Oberflächen, die mittels metallorganischer Gasphasenepitaxie (engl. MOVPE) präpariert wurden, mithilfe eines Rastertunnelmikroskops (engl. STM) untersucht. Der Schwerpunkt lag dabei auf der Untersuchung und Auswertung der Oberflächenstruktur von vier verschiedenen Probenarten: GaP(111), GaP(100), Si(100) und Si(111). Neben den STM-Messungen wurden die Proben auch durch Röntgen-Photoelektronenspektroskopie (engl. XPS) zur Bestimmung der chemischen Zusammensetzung an der Probenoberfläche und durch Beugung niederenergetischer Elektronen (engl. LEED) zur Bestimmung der Oberflächenrekonstruktion analysiert. Für diese Messungen wurden die Proben von der MOVPE-Anlage kontaminationsfrei ins Ultrahochvakuum transferiert. Die MOVPE-Prozesse wurden mittels Reflexions-Anisotropie-Spektroskopie in situ überwacht. Die hier erstmals untersuchte MOVPE-präparierte GaP(111)B Oberfläche zeigt eine Struktur ohne einheitliche Rekonstruktion, aber lokale c(2×4), (2×2) und (&worte;3×&worte;3)R30&ring;Ordnung. Die XPS-Messung zeigte, dass bei dieser Präparation der Galliumanteil an der Oberfläche größer war als der von Phosphor. STM- und LEED-Untersuchungen an der Ga-reichen GaP(100) Oberfläche ergaben die bekannte Mixed-Dimer (2×4)-Rekonstruktion. STM-Messungen an einer Si(100) Oberfläche mit 6&ring; Fehlorientierung in <011> Richtung ergaben eine (2×1)/(1×2)-Rekonstruktion mit (2×1) Vorzugsdomäne, die auch durch LEED-Messungen bestätigt wurde. Die XPS-Messung dieser Probe zeigte eine kontaminationsfreie Si-Oberfläche. Dagegen konnte eine nur unter Schutzgas transferierte Si(111) Probe im STM nicht atomar aufgelöst abgebildet werden; es wurden aber dennoch Doppellagenstufen nachgewiesen; XPS-Messung an dieser Probe zeigte Kontamination durch Sauerstoff und Kohlenstoff.

Die vorliegende Bachelorarbeit zeigt, dass die Übergangsraten der Auger-Abregung durch Ab-initio-Rechnungen bestimmt werden können. Mithilfe vereinfachender Annahmen kann die Rechnung unter Einsatz gängiger Methoden und Softwarepakete erfolgen. Das entwickelte Matlab-Programm erlaubt unter Verwendung der von Gaussian berechneten Wellenfunktionen eine schnelle Kalkulation der Übergangsrate nach Kantorovich et al. für beliebige Moleküle. Für die Bestimmung der Molekülorbitale können sowohl die Dichtefunktionaltheorie als auch die Hartree-Fock-Methode verwendet werden. Beide Methoden weisen nur geringe Unterschiede bei den berechneten Übergangsraten auf. Allerdings weichen die Energieeigenwerte des Benzens bei beiden Methoden von den experimentellen Werten ab. Jedoch ist die Hartree-Fock-Methode aufgrund der besseren Abschätzung der Energien und der direkten Anwendbarkeit des Koopmans-Theorems zu bevorzugen. Ein qualitativer Vergleich der berechneten Übergangsraten mit den experimentellen Daten am Beispiel des Benzens zeigt, dass die berechneten Übergangsraten tendenziell die Intensitätsverhältnisse in einem MIES-Spektrum wiedergeben können. Es werden dabei auch einige Schwächen der Theorie deutlich. Diesbezüglich ist die Näherung nach Kantorovich et al. zu überdenken, welche die Impulsabhängigkeit der Übergangsmatrix vernachlässigt. Zum anderen wird die räumliche Verteilung und die möglichen Flugbahnen des metastabilen Heliums nicht weiter betrachtet.

In dieser Arbeit wurde mit Hilfe eines Rastertunnelmikroskops die Streuung von Shockley-Oberflächenzustandselektronen auf der Cu(111)-Oberfläche an unterschiedlichen Adatomen untersucht. Dafür wurden die Ladungsdichteoszillationen um einzelne Kupfer- und Eisenadatomen vermessen. Aus den Wellenvektoren lässt sich die Dispersionsrelation berechnen und aus der Verschiebung der Maxima kann die Streuphase bestimmt werden. Der Vergleich der Adatome ergab folgende Ergebnisse: Zum Einem ist die Streuphase und damit die Transmission für Punktstreuer energieabhängig, zum Anderen besitzen Kupfer-Adatome ein geringeres Streupotential als Eisen-Adatome. Die Dispersion des Oberflächenzustandes von Cu(111) ergab ebenfalls nennenswerte Auffälligkeiten. Unterhalb des Kreuzungspunktes von den Oberflächen- und Volumenzuständen in der oberflächenprojizierten Bandstruktur von Cu(111) verläuft die Dispersion der Streuwellen parabelförmig. Bei Wellenvektoren oberhalb des Schnittpunktes weichen die Werte stark von einer Parabel ab. Für diesen Fall wird das Modell eines gestörten Zweiniveausystems vorgeschlagen, welches zu einer vermiedenen Kreuzung am Übergang von Oberflächenzuständen zu Volumenzuständen führt. Sowohl der Vergleich der Streuung von unterschiedlichen Adatomen, als auch die genaue Untersuchung am Übergang zwischen Oberflächen- und Volumenzuständen rechtfertigen zukünftig weitere Untersuchungen.

Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Untersuchung von Doppelquanten-Kohärenzen und ihre Messung mithilfe von NMR-Methoden. Es wurden Messungen an Gummis, sowie organische Proben untersucht. Messungen wurden auf einem Minispec der Firma Bruker, sowohl einer NMR-Mouse von Magritek durchgeführt. Für die Mouse wurde die zur Messung verwendete Pulssequenz, im Rahmen der Arbeit mit Prospa implementiert. Mit der Mouse wurden zusätzlich Doppelquanten-Profile aufgenommen. Die Grundlagen für das Entstehen von Doppelquanten-Kohärenzen und deren Messung werden dargestellt. Die grundlegende Funktionsweise von Pulssequenzen zur Doppelquanten-Messung wird erläutert und es werden real einsetzbare Doppelquanten-Pulssequenzen vorgestellt.

Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Charakterisierung einer Iridium (111)-Oberfläche hinsichtlich der Adsorption und Interkalation zweier Alkalimetalle. Die Untersuchung findet mittels hochauflösender Elektronenenergieverlustspektroskopie und niederenergetischer Elektronenbeugung statt. Analysiert wird die Adsorption von Alkalimetallatomen, sowie deren Interkalation zwischen dem Iridiumsubstrat und einer Graphenschicht. Verwendet wird das leichteste, metallische Alkalimetall Lithium sowie das schwerste, noch stabile Alkalimetall Cäsium. Ein Vergleich der Alkalimetalle zeigt große Unterschiede in der Ausbildung von Überstrukturen und im Schwingungsverhalten. Cäsium lagert sich ungeordnet auf der Oberfläche an, während Lithium komplexe Strukturen, aufgeteilt in bis zu drei Domänenarten, bildet. In den Vibrationsspektren verursacht Cäsium lediglich eine Schwingung vertikal zur Iridium (111)-Oberfläche. Im Gegensatz dazu weisen die Lithiumspektren zwischen vier und sechs Signaturen auf, deren Energie teilweise außerhalb des in dichtefunktionaltheoretischen Rechnungen vorhergesagten Bereiches liegt. Bezüglich der Mechanismen Adsorption und Interkalation zeigt Cäsium nur geringe Unterschiede. In beiden Fällen wird keine Überstruktur und lediglich eine Schwingung senkrecht zum Substrat beobachtet. Es gibt jedoch eine Verschiebung in deren Energie. Bei Lithium unterscheiden sich die Mechanismen stark. Die Adsorption weist klare Überstrukturen in den Beugungsbildern und bis zu sechs deutliche Vibrationen in den Schwingungsspektren auf. Bei der Interkalation lagern sich die Lithiumatome hingegen ungeordnet an und es zeigt sich nur noch eine deutliche Signatur. Diese verändert ihre Position gemäß dem Modell von Lucas und Mahan mit steigender Bedeckung deutlich hin zu höheren Energien. Bei der Interkalation wird außerdem ein Plasmon und die Existenz einer Fano-ähnlichen Signatur beobachtet. Zusätzlich wird die Zeitabhängigkeit der untersucht. Nach einer Messdauer von zwei Tagen zeigen sich beim Lithium starke Veränderungen sowohl der Überstrukturen, als auch der Schwingungsspektren. Die Ergebnisse des Cäsiums bleiben auch nach langer Wartezeit unverändert.

Die vorliegende Arbeit beschreibt die Inbetriebnahme und Optimierung eines Elektronenstrahlverdampfers zur Kohlenstoffabscheidung in einem Rastertunnelmikroskop. Der anfangs zu geringe Fluss an C-Atomen konnte mittels eines selbstgebauten Filaments sowie einer alternativen Spannungsquelle verbessert werden. Die Funktionsweise des Verdampfers kann mittels Rastertunnelmikroskop - Untersuchungen auf einem Au(111) - Substrat nachgewiesen werden. Bei nicht zu großer Bedeckung sammeln sich die aufgedampften C-Atome an den Ecken der charakteristischen Herringbone-Rekonstruktion des Substrates. Im zweiten Teil der Arbeit werden wiederum mittels des Verdampfers Graphennanoflocken auf einem Ir(111) - Substrat hergestellt. Neben verschiedenen topografischen Untersuchungen, wie zum Beispiel die Herkunft des auftretenden Moirémusters sowie die Betrachtung der Randstruktur, werden insbesondere mittels Rastertunnelspektroskopie die elektronischen Eigenschaften vermessen. Hierbei können beispielsweise ein weiterhin sichtbarer Ir-Oberflächenzustand sowie mehrere deutliche Phononensignaturen des Graphens nachgewiesen werden. Mit Hilfe der I(z)-Spektroskopie wird außerdem die Austrittsarbeit der Probe gemessen.

Die Sauerstoffatome liegen in einkristallinem Czochralski (CZ) Silizium interstitiell (Oi) vor. Diese interstitielle Sauerstoffatome (Präzipitate) können die mechanischen bzw. die elektrischen Eigenschaften von Si beeinflussen und sie können bei erhöhten Temperaturen von 350 &ring;C bis 500 &ring;C die thermische doppel Donatoren (TDD) erzeugen. Die Anzahl dieser TDD ist stark Temperaturabhängig. Ziel der vorliegenden Arbeit ist die Erforschung der Metastabilität dieser TDD. Es werden hauptsächlich CZ-Si Proben untersucht. Als Messmethoden sind Tieftemperatur Fourier-Transform-Infrarotspektroskopie (TTFTIR) und Vierspitzenmessung vorgesehen. Zunächst werden die TDD in den Proben nachgewiesen. Die Proben werden bei Zieltemperaturen von 450 &ring;C und 600 &ring;C jeweils in bestimmten Zeiträumen getempert und anschließend gemessen um die qualitativen und quantitativen Veränderungen (Dichte, Spezies) der TDD zu beurteilen. Zusätzlich für die Analyse der Metastabilität werden die Proben auch bei 200 &ring;C getempert. Nach jeder Temperung der Proben werden sie mit und ohne Beleuchtung mittels FTIR gemessen zum Nachweis der verschiedenen Spezies (neutrale und ionisierte) der TDD. Unter Verwendung der Vierspitzenmessung wird die Veränderung des spezifischen Widerstandes der Proben untersucht und mittels TTFTIR werden die Peakhöhen der einzelnen TDD ausgewertet. Durch Vergleich der metastabilen Eigenschaften der thermischen Donatoren mit den metastabilen Eigenschaften des ASi-Sii-Defektes sollen Rückschlüsse auf die Zusammensetzung der TDD gezogen werden. Mit Hilfe der Vierspitzenmessung wurde die Aufnahme des spezifischen Widerstandes und durch die TTFTIR-Spektroskopie die Identifizierung der TDD sowie ihrer Charakterisierung ermöglicht. Unter anderem wurde hier: - die Erzeugung sowie die Vernichtung von TDD bei 450 &ring;C bzw. 600 &ring;C bestätigt, - durch die Beleuchtungen, die während der TTFTIR-Messung durchgeführt wurde ein klarer Unterschied bei dem Verlauf zwischen ionisierten und neutralen TDD mit steigender Beleuchtungsleistung gezeigt. Tatsächlich wurden die ionisierten TDD immer wieder neutral, - die Metastabilität von TDD in dieser Arbeit betrachtet. Im Rahmen der Messungenauigkeit der Messmethode konnten Änderungen der TDD Dichten festgestellt werden. Allerdings konnte keine Systematik in den Änderungen nachgewiesen werden. Hierfür sind weitere Untersuchungen notwendig.

Memristoren (Kurzform von "memory resistor") und memristive Systeme sind Widerstände mit Gedächtnis. Durch ihre völlig neuartigen Eigenschaften sind sie Gegenstand vieler Forschungsgebiete, die von digitalen Speichertechnologien bis zu neuronalen Netzen und Chaos reichen. Diese Arbeit führt in die Theorie dieser Bauelementeklasse ein und liefert ein solides Fundament für weitere Arbeiten. Zuerst werden die ursprünliche und einige moderne Definitionen der Gedächtniselemente gezeigt und verglichen und eine für technisch relevante Memristoren passende Definition vorgeschlagen. Darauf folgt eine Darstellung der generischen Eigenschaften und Erkennungsmerkmale wie der abgeschnürten Hystereseschleife, deren Fläche mit steigender Frequenz abnimmt. Wir besprechen außerdem Signalverhalten, Modellierung und einige interessante Implementierungen wie den Supraleiter-Memristor.

In der vorliegenden Arbeit wurden mit einem STM lineare Ketten der Form Cu_mCoCu_n aus einzelnen Atome aufgebaut und der Kondo-Effekt dieser Ketten untersucht. Dabei wurde zunächst die Entwicklung der Kondotemperatur bei verschieden langen Seitenkette betrachtet und anschließend die Variation der Kondotemperatur über den Clustern analysiert. Anschließend wurde versucht die in den Messungen gefundenen Verläufe der Kondotemperatur mit Hilfe eines Modells anzunähern, das die Ketten als Potentialkasten annimmt, in denen sich stehende Elektronenwellen ausbilden.

Aufgrund ihrer vielfältigen elektronischen Eigenschaften, preiswerten Herstellungsmethoden und schnell steigender Leistung, zählen hybride organisch-anorganische Perowskite zu vielversprechenden photovoltaischen Materialien. In dieser Arbeit werden Struktureigenschaften, thermodynamische Stabilität und elektronische Bandstrukturen von CH3NH3PbxSn(1-x)X3 Perowskiten mit X=I,Br,Cl mittels DFT Methoden untersucht. Es wurde gefunden, dass die gemischten Verbindungen mit unterschiedlichen Pb:Sn Stöchiometrien ab Raumtemperatur stabil sind. Die abgeschätzten Bandlückenwerte ändern sich nicht-linear mit der Änderung der Pb:Sn Stöchiometrie, dabei wurden die minimalen Werte bei dem 1:1 Verhältnis gefunden. Die gemischten Verbindungen mit X=I haben vielversprechende Eigenschaften für einfache Solarzellen gezeigt, während die Verbindungen mit X=Br,Cl in Tandem-Solarzellen Anwendung finden könnten. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die gemischten Pb:Sn Perowskiten von großem Interesse für weitere theoretische und experimentelle Forschung sind.

In dieser Bachelorarbeit wurden Drahtgitterpolarisatoren unter Verwendung selbstorganisierender Blockcopolymere hergestellt und deren Polarisationswirkung analysiert. Dabei kamen standardlithografische Verfahren zur Strukturerzeugung, Methoden zur Ausrichtung der Blockcopolymere sowie Strukturübertragungsprozesse wie reaktives Ionenätzen, thermisches Bedampfen und Lift-off zum Einsatz. Die Charakterisierung der erstellten Proben erfolgte mittels Bestimmung des Polarisationsgrades an einem Spektralphotometer. Hier konnte eine nennenswerte polarisierende Wirkung nachgewiesen werden. Die gewonnenen Ergebnisse werden in der Arbeit diskutiert.

Das Ziel der vorliegenden Masterarbeit ist die systematische Analyse stochastisch nanorauer Oberflächen zur Eruierung topografischer Schlüsselparameter für oleophiles und oleophobes Benetzungsverhalten. Dies beinhaltet die Konzipierung sowie Realisierung einer Benetzungsmethode für Unterwasseranwendungen. Auf diese Weise kann ein Vergleich des Benetzungsverhaltens von Öl an Luft und Öl unter Wasser erfolgen. Über die Sol-Gel-Synthese wurden stochastisch raue Schichten aus Aluminiumoxid hergestellt, die sich durch eine gezielte systematische Rauheitsabstufung im Nanometerbereich sowie ein hygrophiles Benetzungsverhalten an Luft auszeichnen. Das Aufbringen einer Deckschicht mit einer niedrigen Oberflächenenergie ermöglicht die Hygrophobierung der Dünnschichten an Luft. Die angestrebten Rauheitsabstufungen wurden experimentell mittels Synergie von rasterkraft- und rasterelektronenmikroskopischen Messungen bestätigt. Eine quantitative Bewertung erfolgte über die spektralen Leistungsdichtefunktionen und den daraus ermittelten Benetzungsparametern KB. Die Benetzungseigenschaften beschichteter Oberflächen gegenüber Öl wurden an Luft sowie unter Wasser über den makroskopischen Kontaktwinkel charakterisiert. Die hygrophile Probeserie wurde als stark oleophil an Luft klassifiziert. Mit zunehmender Rauheit wies diese eine Erhöhung des oleophoben Benetzungsverhaltens unter Wasser und somit eine Benetzungsumkehrung gegenüber dem System an Luft auf. Infolge der systematischen Aufrauhung zeigte die hygrophobe Probeserie eine Zunahme des oleophoben Verhaltens an Luft, während diese bei Unterwassermessungen oleophiler wurden. In dieser Arbeit wurden erstmals empirisch qualitative und quantitative Korrelationen zur Oleophilie und Oleophobie an Luft und unter Wasser für stochastisch nanoraue Oberflächen hinsichtlich ihrer Topografie bzw. Morphologie analysiert.

Ein chromatisch konfokaler Sensor wird im Rahmen dieser Arbeit charakterisiert. Dabei handelt es sich um einen optischen Topographiesensor. Es wird untersucht, ob dieser Sensor im Gegensatz zu vielen anderen optischen Topographiesensoren unabhängig von verschiedenen Oberflächeneigenschaften messen kann. Die betrachteten Eigenschaften sind das Material, die Geometrie und die Rauheit der Oberfläche. Zuerst wird an Normalen festgestellt, welche Messgrößen mit dem Sensor bestimmt werden können. Weiterführend wird der Einfluss der erwähnten Oberflächeneigenschaften auf das Messverhalten des Sensors untersucht. Als Referenz werden dazu noch zwei weitere Messverfahren herangezogen, die Weißlichtinterferometrie und die Fokusvariation. Es zeigt sich, dass die Messqualität des Sensors nicht unabhängig von diesen Oberflächeneigenschaften ist. Gerade das Zusammenwirken von Geometrie und Rauheit hat einen großen Einfluss.

In dieser Arbeit wird die Temperaturabhängigkeit des ASi-Sii-Defekts für Indium-dotiertes CZ-Silizium untersucht. Dafür wurden Messungen nach dem MWPCD-Verfahren (microwave-detected photoconductance decay) durchgeführt. Die Ergebnisse der Messungen werden auf Basis des ASi-Sii-Defektmodells diskutiert. Es konnte eine Licht-induzierte Degradation der Ladungsträgerlebensdauer beobachtet werden. Dieser Prozess lässt sich in eine schnelle und eine langsame Komponente unterteilen, welche durch Elektroneneinfang und -Rekombination mit einem Loch des Valenzbandes erklärt werden. Die Messungen zeigen, dass beide Komponenten eine Temperaturabhängigkeit aufweisen. Mit Hilfe einer Arrhenius-Darstellung und den ermittelten Defektgenerationsraten werden die Aktivierungsenergien der Komponenten ermittelt. Stoppt man die Beleuchtung nach der schnellen Komponente der Degradation, so ist der Prozess reversibel und ein Anstieg der Lebensdauer auf den Anfangswert kann beobachtet werden. Auch dieser sogenannte Annihilationsprozess ist Temperaturabhängig. Analog zur Degradation wird mit einer Arrhenius-Darstellung die Annihilationsenergie bestimmt. Abschließend werden die Ergebnisse mit Tief-Temperatur-Photolumineszenzmessungen an Bor-dotierten Proben verglichen.

Refraktärmetalle wie Tantal und Niob sind aufgrund ihrer besonderen Eigenschaften, wie z.B. ihrer hohen Beständigkeit gegenüber Säuren und Basen, ihrem hohen Schmelzpunkt und ihrer guten Leitfähigkeit, für viele technische Anwendungen ausgesprochen interessant. Eine vielversprechende Möglichkeit sie darzustellen ist die elektrochemische Abscheidungen aus Salzschmelzen, insbesondere aus ionischen Flüssigkeiten, d.h. Salzen, die z.T. bereits bei Raumtemperatur flüssig sind. Um die Vorgänge bei diesen Abscheidungen genauer verstehen zu können, wurden in dieser Bachelorarbeit die in den ionischen Flüssigkeiten [BMP]TFSA und [PMIm]TFSA gelösten Salze Tantal - und Niobfluorid mittels Röntgenphotoelektronenspektroskopie untersucht. Die dabei erhaltenen Ergebnisse zur chemischen und elektrischen Umgebung der einzelnen Elemente wurden, auch im Hinblick auf einen Vergleich der verwendeten Spektrometer, mit Ergebnissen vorheriger Untersuchungen verglichen. Darüber hinaus wurden sie graphisch ausgewertet und diskutiert, um z.B. mögliche Unterschiede zwischen den verwendeten Flüssigkeiten sowie Tantal und Niob herauszuarbeiten.

In dieser Masterarbeit werden die Eigenschaften dreidimensionaler optischer Mikrokavitäten am Beispiel der Lima¸con-Kavität untersucht. Die Kavitäten werden dabei als dielektrische Zylinder lima¸con-förmigen Querschnitts mit unterschiedlichen Höhe-zu-Radius-Verhältnissen modelliert. Ziel dieser Arbeit ist es, dabei den Einfluss auf die Resonanzen, Gütefaktoren, Eigenmoden und Fernfeldprofile im Vergleich zum zweidimensionalen Lima¸con zu untersuchen. Die Berechnung der genannten Eigenschaften erfolgt durch numerisches Lösen der Maxwellschen Gleichungen im Zeitbereich. Zu diesem Zweck wird das frei verfügbare FDTD-Simulationssoftwarepaket MEEP benutzt. Als erstes Ergebnis kann man festhalten, dass gewisse Parallelen in der Struktur der zweidimensionalen (2D) und dreidimensionalen (3D) Eigenmoden existieren. Die Vergleichbarkeit hängt dabei vom Verhältnis der Kavitätenhöhe zur Wellenlänge ab. Diese Eigenschaft lässt sich mit Hilfe des Modells des effektiven Brechungsindex quantifizieren. Die Berechnung der Resonanzen für TM-polarisierte Wellen wird zeigen, dass für kleine Höhe-zu-Radius-Verhältnisse Resonanzen erst bei höheren Frequenzen beginnen im Vergleich zum 2D-Lima¸con. Hier kann wieder das Modell des effektiven Brechungsindex herangezogen werden. Zusätzlich werden Kavitäten mit metallischen Boden- und Deckflächen (Sandwich-Lima¸con) betrachtet. Dort gleicht das Verhalten der TM-polarisierten Resonanzen für kleine Höhe-zu-Radius-Verhältnisse denen im 2D-Lima¸con. Im Fall des 3D-Lima¸con (ohne metallischen Boden und Deckel) sind die Gütefaktoren für alle betrachteten Höhe-zu-Radius-Verhältnisse gut vergleichbar mit denen des 2D-Lima¸con. Im Fall des Sandwich-Lima¸con ist das am besten für kleine Höhe-zu-Radius-Verhältnisse erfüllt. Die maximalen Gütefaktoren des Sandwich-Lima¸con sind eine Größenordnung höher als die des 3D-Lima¸con. Die Analyse der Fernfeldprofile wird zeigen, dass die vom 2D-Lima¸con bekannte gerichtete Abstrahlung in azimutaler Richtung (in der Querschnittsebene) ebenfalls existiert. Die Fernfeldprofile in polarer Richtung (senkrecht zur Querschnittsebene) lassen sich mit der Beugung am Spalt mit veränderter Spaltbreite beschreiben. Eine wichtige Eigenschaft ist die Abstrahlung schräg zur Resonatorebene. Diese wird für die Idee eines Partikeldetektors genutzt. Ein Scheibe-Lima¸con-Hybrid-System gibt einen Ausblick auf die Kombination von hohen Gütefaktoren und gerichteter Abstrahlung.

OP-Tische benötigen in der medizinischen Diagnostik einen hohen Durchleuchtungsbereich (hohe Auslagerungslänge) für physikalische bildgebende Methoden. Für zukünftige Anwendungen in der Medizintechnik ist dieser jedoch zu gering. In dieser Bachelorarbeit werden verschiedene Möglichkeiten untersucht, wie eine optimale Auslagerungslänge erreicht werden kann. Durch Analyse der Auslagerungslänge von OP-Tischen, mittels theoretischer Betrachtungen, wird zunächst eine Informationsbasis geschaffen. Außerdem ergibt sich, dass keinerlei Lösungen zur Forschungsthematik existierten. Wichtige im Kraftfluss liegende Baugruppen werden auf ihre Festigkeit in Hinsicht einer erhöhten Auslagerungslänge durch theoretische Berechnungen geprüft. Danach werden verschiedene Möglichkeiten zur Optimierung an einem Versuchsstand aufgebaut. Durch Messung verschiedener physikalischer Größen folgt die Analyse der neu entworfenen Baugruppen auf ihre Funktionalität in Bezug auf das Forschungsthema. Am Ende dieses Abschnitts folgt wird eine zu präferierende Lösung aus den vorangegangenen Ergebnissen abgeleitet. Zuletzt werden Formeln zur Berechnung der OP-Tisch-Koordinaten theoretisch hergeleitet und experimentell geprüft. Diese sind für die Regelungstechnik bei der "besten" Lösungsmöglichkeit nötig. Dazu gehört unter anderem die Prüfung aller intern vorgegebenen Eingangsgrößen auf ihre Genauigkeit. Die Fehleranalyse des angegebenen Berechnungsmodells enthält u.a. eine Berechnung der linearen Fehlerfortpflanzung.

In dieser Arbeit wurde das organische Molekül Dibenzotetrapehnylperiflanthene (kurz: DBP) mit einem Rastertunnelmikroskop auf seine strukturellen und elektronischen Eigenschaften auf einer Au(111)-Oberfläche untersucht. DBP bildet auf der Goldoberfläche abhängig vom Bedeckungsgrad zwei verschiedene Strukturen aus. Ebenfalls ist der Übergang zwischen beiden Strukturen zu erkennen, welcher bei einem Bedeckungsgrad von knapp unter einer vollständig geschlossenen Monolage auftritt. In der zweiten Struktur ist eine Modifikation der Herringbone-Rekonstruktion der Au(111)-Oberfläche zu beobachten. Zusätzlich wurden mittels Rastertunnelspektroskopie die Spektren und Karten des differentiellen Leitwerts des DBP-Moleküls für die ersten beiden besetzten und unbesetzten Zustände in beiden Strukturen aufgenommen.

Das Ziel dieser Arbeit, die praktische Technologie der MAPbI3-Perowskitsolarzellen am Forschungsstandort Ilmenau zu etablieren, konnte erfolgreich umgesetzt werden. Dies umfasste die lösemittelbasierte Präparation, die Charakterisierung und die Verbesserung von Perowskitsolarzellen. Hinsichtlich der Solarzellfunktionalität stand insbesondere die I-U-und EQE-Charakterisierung von Perowskitsolarzellen bei Betriebstemperaturen zwischen 30&ring;C bis 100&ring;C im Vordergrund. Die Variation der MAPbI3-Schichtdicke im "Einstufen"-Verfahren zeigte, dass die Qualität der Aktivschicht und folglich die Solarzellenfunktion stark von der Schichtdicke abhängen. Für dünne MAPbI3-Schichten konnte keine vollständige Benetzung erzielt werden. Dicke Absorptionsschichten waren zwar geschlossen, zeigten allerdings inselartige Oberflächenstrukturen. In beiden Fällen war die Solarzellfunktion stark eingeschränkt. Es konnte aber gezeigt werden, dass eine löcherblockierende Titandioxidschicht (TiO2) zwischen PC61BM und elektronenextrahierender Elektrode die Solarzellenfunktion um ca. 300% (von 0,3% auf 1,1% Wirkungsgrad) steigern kann. Durch Umsetzung des "Zweistufen"-Verfahrens konnte eine Verbesserung der Schichtqualität erreicht werden. Es wurde gezeigt, dass weder lückenhafte noch inselartige Oberflächenstrukturen auftreten. Durch Variation der TiO2- als auch der PC61BM-Schichtdicke konnte die Solarzellenfunktionalität weiter gesteigert werden. Durch die verbesserte Qualität der Absorptionsschicht sowie der Anpassung der TiO2- und PC61BM-Schichtdicke konnte der Wirkungsgrad von den anfänglich 1.1% auf 8% gesteigert werden. Des Weiteren wurde gezeigt, dass die Solarzellfunktion stark durch die Umgebungstemperatur beeinflusst wird. Die gefertigten Solarzellen wiesen in Vorwärtsmessrichtung eine starke Temperaturabhängigkeit auf. Insbesondere im Bereich der Phasentransformation wurde eine starke Verschlechterung von UOC und FF beobachtet. Es wurde aber auch festgestellt, dass die JSC in Vorwärtsmessrichtung bis zu einer Temperatur von 70&ring;C anstieg. Bei weiterer Erwärmung reduzierte sich diese wiederum geringfügig. In Rückwärtsmessrichtung wurden UOC und FF durch Erhöhung der Solarzellentemperatur vergleichsweise wenig beeinflusst (< 10% der Messwerte bei Raumtemperatur). Lediglich die JSC zeigte eine auffällige Verringerung um 25% bezogen auf die Messergebnisse bei Raumtemperatur. Dies konnte auch mit den EQE-Spektren belegt werden. Ähnlich wie bei den I-U-Messungen in Vorwärtsmessrichtung stieg die berechnete JSC zunächst bis zu einer Temperatur von 65&ring;C. Bei weiterer Erwärmung reduzierte sich diese wieder geringfügig. Insgesamt zeigte jedoch die Temperaturerhöhung in Vorwärtsmessrichtung einen negativen Einfluss auf die Solarzelle. Bei 100&ring;C wurden in Vorwärtsmessrichtung lediglich 25% des Wirkungsgrades bei Raumtemperatur gemessen. In Rückwärtsmessrichtung wurde dieses Verhalten nicht beobachtet. Das kombinierte temperatur- und messrichtungsabhängige Hystereseverhalten konnte in der vorliegenden Arbeit erstmals gezeigt werden. Die Erhöhung der Solarzellentemperatur führte insbesondere in Vorwärtsmessrichtung zu einer Verstärkung der Hysterese. Die Ursachen für dieses charakteristische Verhalten sind zum Zeitpunkt noch nicht vollständig verstanden und bleiben auch zukünftig Gegenstand der Forschung.

Die Interkalation von Lithium in Graphen auf Ir(111) führt zur Ausbildung vielfältiger Überstrukturen. Mit Hilfe von Rastertunnelmikroskopie bei niedrigen Temperaturen können die Bausteine ("pattern elements") dieser Strukturen für alle untersuchten Bedeckungen sichtbar gemacht werden. Bei kleinen Mengen interkalierten Lithiums wird lediglich ein spezieller Stapelungsplatz des Moiré-Gitters besetzt, welches durch die unterschiedlichen Gitterkonstanten von Graphen und Ir(111) erzeugt wird. Mit steigender Bedeckung bilden sich dreibein- und streifenförmige Lithiumanhäufungen aus, von denen letztere lediglich ein Moiré-Platz breit sind. Bei hohen Bedeckungen formen sich auch breitere Streifen und Inseln, bis schließlich eine interkalierte Lithium-Monolage mit atomarer p(&worte;3x&worte;3)R30&ring; Überstruktur in Bezug auf Graphen erreicht wird. Die beobachteten Strukturen und Strukturelemente sind abhängig von im Graphen bereits vorhandenen Spannungen und unterschiedlichen Bindungsverhältnissen in den verschiedenen Stapelungsplätzen des Moiré-Gitters. Im Gegensatz zu reinem Graphen auf Ir(111) weist das interkalierte System klare Signaturen von akustischen und optischen Kohlenstoff M-Punkt-Phononen auf. Weiterhin wurden mögliche Hinweise auf niederenergetische Vibrationen gefunden. Eine plausible Ursache für diese Beobachtungen liegt in der Entkopplung des Graphens vom Iridium-Substrat durch die Lithium-Zwischenschicht.

Durch die fortwährende Miniaturisierung von Halbleiterbauelementen wird der Einfluss der Grenzflächen immer größer, weshalb es notwendig ist, sich mit den Grenzflächeneigenschaften und auch deren Beeinflussung auseinanderzusetzen. Ein mögliches Messverfahren zur Untersuchung von Grenzflächen ist die Messung der Oberflächenphotospannung. Dabei werden durch Anregung mit Licht Überschussladungsträger generiert, die eine Änderung der Bandverbiegung an der zu untersuchenden Ober- bzw. Grenzfläche des Halbleiters zur Folge haben. Die zeitaufgelöste Messung der Oberflächenphotospannung (dynamische Oberflächenphotospannungsmessung) im Anschluss an einen Laserpuls lässt Rückschlüsse auf Ladungen an der Grenzfläche sowie die Minoritätsladungsträgerlebensdauer zu. Die Lebensdauer wird u.a. von Zuständen an der Grenzfläche beeinflusst. In dieser Arbeit wurde zunächst der Einsatz der dynamischen Oberflächenphotospannungsmessung als Lebensdauermessmethode überprüft. Dazu wurde zuerst die zur Auswertung benötigte Größe der maximalen Überschussladungsträgerdichte für die verwendete Messapparatur bestimmt. Die damit berechneten Lebensdauern wurden dann mit Ergebnissen zweier etablierter Lebensdauer-Messverfahren verglichen. Die Gegenüberstellung mit Lebensdauern, die aus der Messung der quasi-stationären Photoleitfähigkeit erhalten wurden, zeigte eine gute qualitative und quantitative Übereinstimmung der Lebensdauern im Bereich mittlerer Überschussladungsträgerdichten. Der Vergleich mit Lebensdauern, die aus Messungen des Mikrowellen-detektierten Photoleitfähigkeitsabklingens stammen, wies auch hier eine gute qualitative Übereinstimmung auf. Im Folgenden wurde die dynamische Oberflächenphotospannungsmessung genutzt, um die in der Halbleitertechnik häufig verwendete Siliziumdioxid-Schicht zu untersuchen. Es konnten Zusammenhänge zwischen den Eigenschaften der Silizium-Siliziumdioxid-Grenzfläche und den verwendeten Oxidationsparameter aufgezeigt werden. So kommt es bei Zunahme der Oxiddicke zu einer Abnahme der festen Ladungen in der Oxidschicht sowie einer Zunahme der Ladungsträgerlebensdauer. Die Untersuchung der festen Oxidladung gelang mit Hilfe dieser Messmethode erstmals auch für dünne Oxide mit Schichtdicken von nur bis zu 2 nm.

Graphen, ein zweidimensionaler Kohlenstoff-Halbleiter, zeichnet sich aus durch seine verschwindene Bandlücke sowie die lineare Dispersion der niederenergetischen Ladungsträger, welche sich wie masselose Dirac-Fermionen verhalten. Mittels optischer Anregung-Terahertz-Abfrage-Spektroskopie wird die Dynamik dieser Ladungsträger in epitaktisch gewachsenem, quasi-intrinsischen Multilagen-Graphen über einen weiten Bereich von Anregungsdichten untersucht. Für moderate Fluenzen ist eine photoinduzierte Zunahme der Intraband-Absorption festzustellen, welche über einen biexponentiellen Zerfall innerhalb von Pikosekunden relaxiert. Dieses kann auf die erhöhte Konzentration optisch generierter freier Ladungsträger in den quasi-intrinsischen Graphenlagen zurückgeführt werden. Via Elektron-Elektron-Streuung findet eine schnelle Thermalisierung der Ladungsträger statt, die sich anschließend durch Energietransfer an das Gitter abkühlen. Die positive Änderung der Drude-Leitfähigkeit im Terahertz-Spektralbereich stellt sich als eine sublineare Funktion der Anregungsstärke dar. Zudem verlangsamt sich mit zunehmender Fluenz die Relaxation via Phonon-Emission geringfügig aufgrund des steigenden Einflusses angeregter Gitterschwingungen. Bei intensiver optischer Anregung wird ein veränderter Terahertz-Respons für die Raumtemperatur-Messungen beobachtet. Unmittelbar nach der Anregung manifestiert sich eine transiente Reduktion der Photoleitfähigkeit, deren Ausmaß und Dauer stark von der angewandten Pumpfluenz abhängig ist. Das Auftreten eines Schwellwertes kann auf stimulierte Terahertz-Emission hindeuten, welche bereits durch mikroskopische Berechnungen vorausgesagt wurde und eine phonon-bedingte Besetzungsinversion involviert.

Zum Nachstellen interstellarer Kollisionen zu gleichen Bedingungen am Max-Planck-Institut für Kernphysik werden am Speicherring CSR (Cryogenic Storage Ring) interstellare Bedingungen hergestellt, bei denen kalte Molekülionen im Ultrahochvakuum durch elektrische Felder gespeichert werden und kurzzeitig mit extern zugeführten Atomen interagieren. Bei den hier untersuchten Ladungsübertragungskollisionen soll ein Detektor in die ladungsspezifisch separierten Trajektorien der entstehenden D+-Ionen eingebracht werden. Ziel dieser Bachelorarbeit ist es darum, unter Zuhilfenahme von Simulationen ein Detektordesign zu kreieren, das in der Lage ist, selbst einzelne Produkte einzufangen und in ein auslesbares Signal zu übermitteln. Dabei sollen die Reaktionsprodukte (mit maximalen kinetischen Energien im Bereich von kilo-Elektronenvolt) innerhalb eines kleinen Gehäuses auf eine Metallplatte stoßen, die daraufhin Sekundärelektronen emittiert, welche durch das elektrische Feld im Design auf einen Sekundärelektronenvervielfacher fokussiert und dort registriert werden. Im Laufe der Arbeit werden verschiedene Designs einer solchen Anordnung besprochen und untersucht, wobei Fragen zur Allgemeingültigkeit und notwendigen Komplexität des jeweiligen Designs gestellt und beantwortet werden. Durch Präsentation der Resultate mittels MATLAB werden sowohl die erreichte Effizienz als auch die durch die Primärteilchen verursachten Intensitätsverteilungen am Detektor dargestellt und diskutiert. Aufgrund des letztendlich sehr zufriedenstellenden Wirkungsgrades von mehr als 99.5% zum Auffangen der Sekundärelektronen unter den schwierigen Experimentierbedingungen und Materialanforderungen lässt sich konstatieren, dass das finale Design gute Detektiermöglichkeiten liefert. Durch Nachskalieren ließe sich das System aber auch gut auf andere Anwendungen übertragen.

GaAs/InAs Core/Shell Nanodrähte sind besonders interessant, da sich durch die Kombination aus GaAs, mit einer großen Bandlücke, und InAs, mit einer kleinen Bandlücke, ein hochleitfähiges freies Elektronengas in der InAs-Hülle bildet. Der Nanodraht verhält sich dadurch wie ein zylindrischer Leiter, was in Kombination mit magnetischen Feldern zu flussabhängigen, phasenkohärenten Transportphänomen führt. Als Beispiel sind hier (h/e)-periodische Leitwertoszillationen zu nennen. Das Hauptaugenmerk dieser Arbeit liegt auf der Untersuchung dieser Kohärenzeffekte bei tiefen Temperaturen und verschiedenen Verkippungswinkeln zwischen der Nanodrahtachse und dem anliegenden Magnetfeld. Dadurch ist es möglich, den Übergang von flussperiodischen Oszillationen (paralleles Feld ) zu universellen Leitwertfluktuationen (senkrechtes Feld ) zu vermessen. Eine genaue Analyse bestätigt die theoretischen Vorhersagen, dass der Transport in diesen Drähten innerhalb einer dünnen InAs-Schicht nahe der Drahtoberfläche stattfindet. Da die untersuchten Drähte außerdem über Hallkontakte verfügten, war es möglich, die ersten Tieftemperatur-Hallmessungen an Nanodrähten durchzuführen. Durch die Auswertung der Hallspannung bei verschiedenen Gatespannungen und Temperaturen konnte anschließend die Ladungsträgerkonzentration und Beweglichkeit der Drähte berechnet werden. Dabei hat sich außerdem herausgestellt, dass die Qualität des Hallsignals stark von der Größe der Hallkontakte abhängt. In vorherigen Arbeiten konnte bereits gezeigt werden, dass sich innerhalb der Drähteauch zufällige, intrinsische Quantenpunkte ausbilden können, was zu einer Quantisierung des Stromflusses führt. Diese Arbeit beschreibt nun die nötigen Prozessschritte zur Herstellung von sogenannten Bottom Gates. Mithilfe dieser Strukturen können Tunnelbarrieren und Quantenpunkte auf eine kontrollierte Art und Weise erzeugt werden, indem der Draht gezielt lokal verarmt wird. Durch erste Charakterisierungsmessungen an einer fertigen Nanodrahtstruktur konnte bestätigt werden, dass dieser Ansatz funktioniert. Die Halbleiter InSb und GaSb sind in den letzten Jahren immer mehr in den Fokus der Aufmerksamkeit gerückt, nachdem die Gruppe um Leo Kouwenhoven im Jahr 2012 die ersten Anzeichen für Majorana-Fermionen in InSb-Nanodrähten nachgewiesen hat. In dieser Arbeit werden nun die ersten Messungen an Core/Shell Drähten aus GaAs/InSb und GaSb/InAs präsentiert. Diese Heterostrukturen bilden jeweils ein sogenanntes Typ-III-System, indem das Valenzband des ersten Materials oberhalb des Leitungsbandes des zweiten Materials liegt. Durch die Vermessung der Strukturen bei Raumtemperatur kann gezeigt werden, dass in GaAs/InSb-Drähten mit t_s < 20nm, und bei ausreichend negativen Gatespannungen, ein Übergang von n- zu p-Leitung stattfindet

Den Ausgangspunkt der vorliegenden Arbeit bildete die experimentelle Untersuchung der Lichtausbreitung in den Wänden konisch zulaufender Tuben. Aus den Beobachtungen und Vermutungen der Gruppe um Prof. Dr. Oliver Schmidt und Dr. Libo Ma wurden die zentralen Thesen abgeleitet. Einerseits wurde vermutet, dass Licht in den Wänden inhomogener konisch zulaufender Tuben geschlossene Bahnen ausbildet. Andererseits wurde vermutet, dass die Schwingungsebene des Lichtes, während das Licht die Bahnen durchläuft, der Tangentialebene am Kegelstumpf folgt. Zur Überprüfung der Thesen wurden zwei Verfahren verwendet: die Geometrische Optik und die numerische Analyse auf Grundlage der Maxwell-Gleichungen. Auf die theoretischen Grundlagen beider Gebiete wird eingegangen. Die Geometrische Optik wird erfolgreich eingesetzt, um das Verhalten von Lichtstrahlen auf Kegeloberflächen zu untersuchen. Es kann mit Hilfe einer Geodätengleichung gezeigt werden, dass sich auf homogenen Kegeloberflächen keine geschlossenen Lichtbahnen finden lassen. Den zweiten Zugang zur Überprüfung der aufgestellten Thesen bildete die numerische Analyse mit Hilfe der Software MEEP. MEEP verwendet den Yee-Algorithmus, um die Maxwell-Gleichungen der Elektrodynamik zu diskretisieren. Es erlaubt die Implementierung komplizierter Geometrien und die Ausgabe aller elektromagnetischen Größen. Im Sinne eines besseren Verständnisses der gewonnenen Daten werden vorbereitende Simulationen an homogenen und inhomogenen dünnwandigen Hohlzylindern durchgeführt. Außerdem wurden homogene konisch zulaufende Tuben untersucht. Zur Überprüfung der Hypothesen der vorliegenden Arbeit werden Abbildungen erstellt, die die zeitliche Entwicklung der Energiedichte auf Strecken im Inneren der Tubenwände darstellen. Es werden Bahnen gefunden, die zeigen, dass die Energiedichte ausgehend vom Ort der Quelle zunächst zu kleineren Radien wandert. Die Bahn erreicht einen Umkehrpunkt bei einem minimalen Radius. Anschließend wandert die Energiedichte zu größeren Radien und verlässt danach das System. Es wird eine Strahlen-Wellen-Korrespondenz gefunden werden. Es wird ergänzend eine Quantisierungsbedingung aufgestellt. Abschließende Untersuchungen zeigen, dass die Schwingungsebene des elektrischen Feldes der Tangentialebene am Kegel folgt.

Die temperatur- und beleuchtungsabhängige Eisen-Akzeptor-Paar Assoziations- und Dissoziationsreaktion wurde sowohl in p-Typ als auch in Co-dotiertem Silizium untersucht. Zur Aufnahme der Reaktionskinetik werden zeitaufgelöste Ladungsträgerlebensdauermessungen mittels mikrowellen-detektierten Photoleitfähigkeitsabklingen durchgeführt. Die Messungen wurden an drei unterschiedlich dotierten Siliziumproben durchgeführt, als Dotanden wurden Aluminium, Gallium bzw. Indium verwendet. Eine gezielte Eisenkontamination fand mit einer Eisen(III)-Nitrat-Lösung statt. Die Assoziations- und Dissoziationszeitkonstante werden mit Hilfe der Ratengleichung aus den durchgeführten Messungen extrahiert. Die Zeitkonstanten werden anschließend für den sogenannten Arrhenius-Graphen verwendet, aus welchen die Aktivierungsenergie bestimmt werden kann. Es wurde festgestellt, dass der Assoziationsprozess ausschließlich temperaturabhängig ist, während die Dissoziationsreaktion sowohl durch die Temperatur als auch die Beleuchtungsstärke beeinflusst wird. Die Aktivierungsenergien des Assoziationsprozesses werden mit bekannten Literaturwerten verglichen. Im Falle des Indiums werden die Aktivierungsenergien in dieser Arbeit zum ersten Mal bestimmt. Darüber hinaus werden die erzielten Ergebnisse verwendet, um ein neu eingeführtes Eisen-Akzeptor-Paar Modell zu bestätigen.

Die Analyse ottomotorischer Verbrennung und Gemischbildung ist mit unterschiedlichsten physikalischen Ansätzen und technischen Umsetzungen möglich. In dieser Arbeit wird ein System, das auf Basis der Absorptionsspektroskopie arbeitet, analysiert und weitreichend modifiziert. Verwendet wurde dabei der Messaufbau ICOS, welcher von der Firma LaVision GmbH vertrieben wird. Im Rahmen dieser Arbeit ist es gelungen, das vom Hersteller vorgegebene Auswertungssystem zur Bestimmung des [Lambda]-Wertes an der Zündkerze genau nachzuvollziehen und zu optimieren. Des Weiteren gelang es, zwei alternative Auswertungsstrategien zu entwickeln und in die Praxis umzusetzen. Insbesondere ist es nun möglich, den [Lambda]-Wert ohne Kenntnis von Kraftstoff- oder Luftmassen berechnen zu können. Alle benötigten Schritte zur Auswertung sind dabei detailliert beschrieben und können leicht den eigenen Ansprüchen entsprechend modifiziert werden. Die [Lambda]-Wert Bestimmung ist dadurch deutlich transparenter, sowie effizienter und genauer durchführbar.

Eine vielversprechende Möglichkeit, optische Verbindungstechnik auf Boardebene zu realisieren, sind in Glas integrierte Wellenleiter. Das Glas fungiert als Leiterplatte bzw. Halterung der Bauteile und beinhaltet zusätzlich die optischen Wellenleiter für die Signalübertragung zwischen den Bauteilen. Die Wellenleiter werden durch Ionenaustausch hergestellt. Durch den Ionenaustausch erhöht sich der Brechungsindex im Glas, so dass aufgrund der Totalreflexion innerhalb dieser Bahnen eine gezielte Wellenleitung erreicht wird. Der Ionenaustausch und der daraus resultierende Einfluss auf den Brechungsindex sind jedoch stark von der Zusammensetzung des Glases abhängig. Dafür wurden in dieser Arbeit die Zusammenhänge zwischen der Glaszusammensetzung und dem thermischen Natrium-Silber-Ionenaustausch, basierend auf den Ergebnissen von Experimenten an den Gläsern B270, D263Teco und MEMpax, herausgearbeitet. Zusätzlich wurde ein Prozessparametermodell entwickelt, das auf Grundlage der Messwerte die Diffusionseigenschaften der untersuchten Gläser ausgibt und die Simulation von Brechzahlprofilen ermöglicht. Dabei können die Parameter Diffusionszeit, Temperatur und Silbernitratkonzentration der Salzschmelze variiert werden. Dieses Prozessparametermodell wird seither beim Fraunhofer IZM genutzt, um mit nur 20 Diffusionsversuchen die Diffusionseigenschaften neuer Gläser zu ermitteln. Die Möglichkeit, Brechzahlprofile simulieren zu können, wird verwendet, um die Eignung als Wellenleiter zu ermitteln. In einem weiteren Teil wurden Transmissionsmessungen durchgeführt, die zeigen, dass der Natrium-Silberionenaustausch die Transmissionseigenschaften der Gläser und damit letztlich die Dämpfung der Wellenleiter stark beeinflusst. Auch dort werden die Messergebnisse auf die Glaszusammensetzungen zurückgeführt. Insbesondere wurde die Bildung von Silberkolloiden berücksichtigt. Auf diese Arbeit kann ein Prozessparametermodell inklusive Maskierung und Ausdiffusion aufgebaut werden, sodass die Brechzahlprofile von in Glas integrierten Wellenleitern auf der Grundlage weniger Messungen für ein unbekanntes Glas simuliert werden können.

Diese Masterarbeit beschäftigt sich mit der Strukturierung und Kontaktierung einer multikristallinen Siliziumdünnschichtsolarzelle mittels Lithografie, nasschemischen Ätzen und Metallisierung. Es wird nur eine, sich wiederverwendende Schutzlackschicht, für Strukturierung und Kontaktierung umgesetzt. Die vollständig Rückseiten kontaktierte Solarzelle wird hinsichtlich der Leitungsverluste in den Kontakten und dem Absorber optimiert und die aktive Solarzellfläche vergrößert. Das Kontaktschema wird auf drei verschiedenen Varianten der multikristallinen Siliziumdünnschichtsolarzelle umgesetzt.

Im Rahmen dieser Arbeit wurden erstmalig ein Probensystem aus zwei ferromagnetischen Fe3Si Schichten und einer keilförmigen Magnesiumoxid (MgO) Zwischenschicht, mittels der Kombination von ferromagnetischer Resonanz (FMR) und magnetooptischer Detektion mit Hilfe des Kerr-Effekts (MOKE), am FR-MOKE Aufbau untersucht. An verschiedenen Stellen der Probe wurden frequenzabhängige Messungen durchgeführt, um daraus Rückschlüsse auf die magnetischen Eigenschaften des Materials zu ziehen. Durch den Vergleich mit Literaturwerten konnte gezeigt werden, dass mithilfe dieser Messmethode durchaus zuverlässige Messungen durchgeführt werden können. Anhand der aufgenommen Spektren wurde der Gradient in der Probe nachgewiesen, sowie die Abhängigkeit der Interlagenaustauschkopplung von der Zwischenschichtdicke verdeutlicht.

In einen Polymerfilm dotierte Disperse Red 1 Moleküle wurden bezüglich der Dynamik ihrer lichtinduzierten Isomerisation in einer Polymermatrix untersucht. Für die Untersuchungen wurde die neue Technik "Ultraschnelles Frequenzverdopplungsimaging" entwickelt und zur Messung der Proben verwendet. Anhand der Messergebnisse sollte festgestellt werden, ob die Dynamik lichtinduzierter Isomerisation der Disperse Red 1 Moleküle in einem Polymerfilm mit Hilfe von zeitaufgelöstem Frequenzverdopplungsimaging gemessen werden kann. Der Bericht stellt die theoretischen Grundlagen des verwendeten Materials und des Messsystems vor und präsentiert die Beschreibung des Messaufbaus, seine Charakterisierung und die Probenherstellung sowie die entwickelte Messprozedur. Die Ergebnisse und deren Diskussion vervollständigen die Masterarbeit.

Solarzellen auf Basis polymerer Verbindungen sind ein noch vergleichsweise junges Forschungsgebiet in der Photovoltaik. Durch kostengünstige Produktion und die Möglichkeit flexibler oder semitransparenter Zellen haben sie eine vielversprechende Zukunft in verschiedensten Anwendungsbereichen. Eine Hürde auf dem Weg zum Einsatz von Polymersolarzellen ist jedoch neben der Verbesserung von Effizienzen noch die Stabilität der Zellen. In dieser Arbeit wurden Polymersolarzellen deshalb hinsichtlich des Einflusses vorübergehend anliegender Potentiale auf die Stabilität der Zellen untersucht. Hierzu wurden die Solarzellen in einem Messaufbau unter ständiger Beleuchtung belastet und in konstanten Zeitabständen in drei unterschiedlichen Spannungsbereichen vermessen. Ein mathematisches Modell zur Beschreibung des zeitlichen Verlaufs der Degradation wurde herausgearbeitet, um eine möglichst genaue Information über die Stabilität der Zellen zur erhalten. Es konnte gezeigt werden, dass die Spannung die Degradation beeinflusst, jedoch nicht direkt ausschlaggebend für die Beeinträchtigung der Stabilität ist. Dahingegen kann ein erhöhter Stromfluss durch die Zellen, wie er bei angelegten Spannungen in Vorwärtsrichtung auftritt, eine Beschleunigung der Degradation herbeiführen.

Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Charakterisierung der lateralen Dotierstoffkonzentration in Siliziumgermanium Bipolartransistoren unter Zuhilfenahme der Rasterkapazitätsmikroskopie. Es soll hierbei gezeigt werden, dass diese Analysemethode dazu beitragen kann, neue Technologien in der Mikroelektronik besser zu verstehen, sodass letztendlich mehr Informationen für deren Optimierung bereitstehen. Dabei werden zunächst die physikalischen Grundlagen und die Konzepte zur Beschreibung der Leitungsmechanismen in Halbleiterbauelementen erarbeitet. Dies umfasst neben der Dotierung und der Ladungsträgerkonzentration auch den Ladungsträgertransport in Halbleitermaterialen. Die technologisch aufwendige Herstellung von Bipolartransistoren in integrierten Schaltungen wird ebenso behandelt, wie die Funktionsweise und die Einsatzmöglichkeit im kommerziellen Umfeld. Vor der eigentlichen Durchführung der Messung wird das komplexe Messprinzip, deren Aufbau, sowie die Einflussgrößen in Zusammenhang mit der Probenpräparation eingehend untersucht. Weiterführend wird mithilfe der Rasterkapazitätsmessung die Struktureigenschaft der Bipolartransistoren mit Siliziumgermanium Technologie analysiert und die Dotierstoffkonzentration charakterisiert. Anhand der vorliegenden Erkenntnisse erfolgt eine Konstruktionsanlayse zu diesen mikroelektronischen Bauteilen. Alle Messungen zur Thematik der Masterarbeit wurden bei der Texas Instruments Deutschland GmbH in Freising angefertigt.

Die Untersuchung der Wechselwirkung von Graphen mit seiner lokalen Umgebung ist wichtig, um es als wegweisendes Material in der Elektronik der Zukunft gezielt einsetzten zu können. Deshalb wurde in der vorliegenden Arbeit auf das Substrat Iridium(111) eine Graphen-Monolage aufgebracht, um in dieser ein-atomare Kohlenstoff-Fehlstellen zu erzeugen und näher zu untersuchen. Mit Hilfe eines Rastertunnelmikroskops wurden die Monovakanzen im Graphen sowohl topographisch als auch spektroskopisch näher betrachtet. Topographische Aufnahmen der ein-atomaren Fehlstellen zeigen häufig eine dreieckige Form; die Fehlstellen im Graphen sind zudem im Messmodus konstanten Tunnelstroms oft von einer regelmäßig erscheinenden Struktur umgeben. Spektroskopische Untersuchungen weisen darauf hin, dass die elektronische Zustandsdichte der lokalen Oberfläche an ein-atomaren Fehlstellen nicht signifikant von der elektronischen Struktur des intakten Graphens abweicht; insbesondere wurde an den ein-atomaren Fehlstellen gegenüber dem intakten Graphen kein erhöhter Einfluss durch das Metall-Substrat Iridium(111) beobachtet.

Zur Messung der Dialysedosis Kt/V wird von der B. Braun Avitum AG ein optischer Sensor eingesetzt, der auf dem Prinzip der UV/Vis-Spektroskopie basiert und den Gehalt an kleinen urämischen Toxinen in der verbrauchten Dialyseflüssigkeit misst. Im Rahmen neuer Anwendungsmöglichkeiten ist es nötig, das Serienmodell durch eine verbesserte Version zu ersetzen. In dieser Arbeit wurde der neue Sensor in Bezug auf gewisse Performancekriterien charakterisiert und mit dem Serienmodell verglichen. Es konnte gezeigt werden, dass der neue Sensor im Rahmen der in dieser Arbeit durchgeführten Tests vollständig rückwärtskompatibel zum Serienmodell ist. Weiterhin hat sich herausgestellt, dass sich der lineare Bereich des Sensors im Vergleich zum Serienmodell ungefähr verdoppelt hat. Als Ursache des nichtlinearen Verhaltens des Sensors für höhere Konzentrationen konnte der sogenannte Polychromatic Radiation Effect identifiziert werden. Dieser wird durch die Verwendung einer nicht monochromatischen Lichtquelle verursacht. Im Ausblick dieser Arbeit wurden Verbesserungsvorschläge erarbeitet, um den linearen Bereich des Sensors zu erhöhen.

Ziel dieses Projekts war es einen CO Laser zu bauen, der auf Wellenlängen zwischen 5 und 6 [my]m arbeitet, eine hohe Strahlqualität aufweist und eine Leistung von ca. 1 kW erreicht. Nach dem Aufbau, der Optimierung und des Tests dieses koaxialen Lasers wurden Schmelzschneidversuche durchgeführt. Um zu überprüfen ob dieser Laser die Vorteile des CO2 und des Scheibenlasers vereint, wurden diese Tests unter gleichen Bedingungen an Edelstahl durchgeführt. Nach Optimierung des Lasers wurde eine Leistung von 860 W bei einer Strahlqualität von K = 0,84 im Labor erreicht. Das Spektrum wies dabei Wellenlängen zwischen 5,35 und 5,9 [my]m bei einem gewichteten Mittelwert von 5,5 [my]m auf. Die Montage des Lasers auf die TRULaser 1030 Maschine verringerte die Strahlqualität auf einen Wert von K = 0,57 auf Grund von "thermal blooming" in der Strahlführung. Die Leistung stieg durch eine bessere Wasserkühlung auf 1100 W. Die Schneidversuche zeigten hohe Schnittgeschwindigkeiten des CO Lasers, die nur geringfügig unter denen des Scheibenlasers liegen. Dies ist zum einen begründet durch die unterschiedliche Wellenlänge mit der eine andere Absorption einhergeht. Zum anderen sind die hohen Schnittgeschwindigkeiten durch einen sehr kleinen Fokusdurchmesser erklärbar. Die Messungen der Oberflächenrauheit bestätigten den subjektiven Eindruck der hohen Schnittqualität des CO Lasers die nahezu an die des CO2 Laser heranreicht. Alle Ziele des Projekts wurden erreicht und wertvolle Erkenntnisse konnten gezogen werden. Dieses Wissen kann nun genutzt werden um potentielle Anwendungsgebiete dieses Lasers zu erschließen, da das industrielle Laserschneiden auf Grund der auftretenden Herausforderungen nicht optimal scheint. Weiterhin zeigen die Daten den Einfluss der Wellenlänge auf die Schnittgeschwindigkeit und die Schnittqualität und lassen somit Rückschlüsse zu, welche Ergebnisse bei Projekten mit anderen Wellenlängen zu erwarten sind und ob diese ökonomisch sinnvoll sind.

Die Elektron-Phonon-Kopplung in sp2-hybridisierten Kohlenstoffmodifikationen ist vor der möglichen Anwendung von Graphen in einer neuen Generation von schnelleren Transistoren stark in den Fokus aktueller Forschung geraten. In der vorliegenden Arbeit wurden die Kohn-Anomalien von einkristallinem Graphit mittels hochauflösender Elektronenenergieverlustspektroskopie bei verschiedenen Temperaturen vermessen. Aus der Steigung der Dispersionskurven in der Nähe des Gamma - und K-Punktes der Oberflächen-Brillouinzone wurden die Elektron-Phonon-Kopplungskonstanten zu (41.1 ± 10.3) (eV/Å)^2 bzw. (96.0 ± 25.6) (eV/Å)^2 bestimmt. Während das longitudinal optische Phonon um den Gamma-Punkt keine auflösbare Veränderung seiner Energie bei Temperaturvariation zeigte, ist das transversal optische Phonon am K-Punkt bei einer Temperatur von 130 K im Vergleich zu Raumtemperaturmessungen um 1.8 meV abgesenkt. Weiterhin wird in dieser Arbeit das erste Mal die Entartung der sekrecht zur Oberfläche schwingenden Phononenmoden um den K-Punkt präsentiert.

Untersuchungen der Grenzflächen zwischen Silizium und Passivierschichtsystemen durch die Kapazitäts-Spannungs-Messmethode (CV-Methode) unter Zuhilfenahme der konstanten-Spannungs-Stress-Methode (CVS-Methode) sind zum Verständnis der physikalischen, strukturellen und elektronischen Eigenschaften von Halbleiterbauelementen notwendig. Als Modelsystem für hocheffiziente Halbleiterbauelemente fungiert hierbei ein Stapelschichtsystem aus PECVD-abgeschiedenen Siliziumnitrid (a-SiNx:H) und Aluminiumoxid (a-AlOx) sowie einem nasschemisch hergestelltes Siliziumoxid (a-SiOx). Jede der enthaltenen Passivierschichten aus diesem System wird separat in eine MIS-Struktur integriert und hinsichtlich ihrer dielektrischen Eigenschaften und Passiviereigenschaften untersucht. Die Ergebnisse der Einzelschichtuntersuchungen werden mit denen des Stapelschichtsystems bezüglich der festen Oxidladung QF, der gefangenen Oxidladungen Qot und der Grenzflächendefektdichte Dit verglichen. Weiterhin werden Siliziumnitrid, Aluminiumoxid und das Stapelschichtsystem bezüglich Ladungs- und Defektveränderungen durch elektrische Belastungen untersucht.

Diese Bachelorarbeit beschreibt den Aufbau und die Inbetriebnahme einer Probenheizung für Temperaturen bis zu 2300 K. Diese soll für die Präparation von Proben und von STM-Spitzen eingesetzt werden, um anschließend eine atomar auflösende Oberflächenuntersuchung mittels eines Rastertunnelmikroskops durchzuführen. Die Heizung basiert auf dem Prinzip des Elektronenstoßes. Durch thermische Emission werden freie Elektronen erzeugt und anschliessend durch eine Hochspannung beschleunigt. Die Proben- und Spitzenhalterung wird durch den entsprechenden Elektronenstoß erhitzt. Die Funktionsweise, sowie die Auswahl der Materialien als auch die Funktionsprüfung der Apparatur anhand der Glühfadenpyrometrie wird beschrieben. Weiterhin werden die Messergebnisse der Funktionsprüfung dargestellt und ausgewertet. Es wird neben der erreichten Temperatur und deren Relation zur Heizleistung und auf die Zeitdauer bis zum thermischen Gleichgewicht eingegangen. Die Zuverlässigkeit der Heizung wird bewertet.

Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit gerichteter Schallabstrahlung mehrerer Lautsprecher. Unter dem Sammelbegriff Beamforming existiert eine Vielzahl an Verfahren, die eine mathematische Beschreibung für diese Aufgabe liefern. Nach der Darstellung zweier bereits existierender Ansätze, das Delay and Sum Beamforming und das Convex Optimization Beamforming, wird in dieser Arbeit eine weitere Methode untersucht, die auf der Wellenfeldsynthese beruht. Die Wellenfeldsynthese ist eine Theorie zur Synthese beliebig komplexer Schalldruckfelder. Die größtmögliche erreichbare Richtwirkung der Beamformingverfahren wird verglichen. Bei der Übersetzung der Wellenfeldsynthese Theorie in einen MATLAB Code treten numerische Instabilitäten auf, die wahlweise durch eine analytische Bedingung oder durch eine numerische Funktion verhindert werden. Es wird die Ansteuerfunktion der Lautsprecher berechnet und deren Robustheit untersucht. Das Wellenfeldsynthese Beamforming erreicht mit dem getesteten Array eine bessere Richtwirkung als das Delay and Sum Beamforming, bleibt allerdings hinter dem Convex Optimization Beamforming zurück. Die Arbeit entstand am Fraunhofer Institut für digitale Medientechnologie.

Diese Arbeit beschäftigt sich mit der Anwendung von Rheologie in Kombination mit magnetischer Kernresonanz (Nuclear Magnetic Resonance, NMR). Es wurde die Proton-Relaxation für Poly(acrylamid) (PAA) und cis-Poly(isopren-1,4) verschiedener Kettenlängen unter Scherung in einem 300MHz-Spektrometer gemessen, dabei konnte ein Zusammenhang zwischen Scherung und Relaxation beobachtet werden. Die NMR und ihre quantenmechanischen Grundlagen werden diskutiert, es werden grundsätzliche Methoden der Rheologie beschrieben und der Zusammenhang der Polmerdynamik nach Rouse und Doi/Edwards mit NMR-Relaxation erläutert. Im experimentellen Teil werden die Ergebnisse präsentiert und diskutiert, aufgenommen wurde T2-Relaxation für PAA in Anlehnung an Callaghan und Gil (2000), sowie T1 und T2 von Polyisopren über Scherung und Temperatur.

Untersuchungen zeigten, dass dünne Al2O3-Schichten sehr gute Passivierungsqualitäten auf p-typ Oberflächen besitzen. In dieser Arbeit wurde ein ALD-Prozess in einer MOCVD-Anlage realisiert und Al2O3 auf verschiedenen Substraten abgeschieden. Diese Schichten wurden hinsichtlich ihrer Wachstumsgeschwindigkeit, ihrer Homogenität, ihren optischen Eigenschaften, ihrer Zusammensetzung und ihrer Ladungsträgerlebensdauer charakterisiert. Die Ergebnisse zeigten eine hohe Übereinstimmung mit Werten aus der Literatur. Mittels UV/VIS-Spektroskopie wurden Transmissionen von über 95% (50 nm Al2O3 auf Glas) und Reflexionen von rund 10% (30 nm Al2O3 auf Silizium) ermittelt. Die Untersuchungen der Zusammensetzung mittels FTIR- und XPS-Messungen ergaben ein stöchiometrisches Verhältnis der Schicht und zeigten die Veränderung des Al2O3 durch die Temperung. Lebensdauermessungen, mit denen eine Aussage über die Passivierungsqualität getroffen werden kann, zeigten eine Steigerung von 1 mys (Substrat) auf knapp 400 mys (30 nm Al2O3) hin zu rund 1200 mys (30 nm Al2O3 mit Temperung). Die Effekte der Passivierung auf den Wirkungsgrad einer Solarzelle wurden abschließend durch Simulationen aufgezeigt.

In dieser Bachelorarbeit werden die Goos-Hänchen-Verschiebung und das Fresnel-Filtern aus der Wellendynamik eines Gauß-Strahls bei Reflexion nahe des Grenzwinkels der Totalreflexion an gekrümmten Grenzflächen extrahiert. Als Grenzflächen werden dielektrische Scheiben betrachtet. Es wird dabei zwischen konkaver und konvexer Krümmung unterschieden. Der Einfluss von Brechzahl und Krümmungsradius der Grenzflächen sowie linearer Polarisation des Gauß-Strahls werden untersucht. Ein Vergleich der Effekte an der ebenen Grenzfläche wird durchgeführt. Die Berechnungen für die Wellendynamik erfolgen mit dem FDTD-Simulationsoftwarepaket "MEEP". Es wird gezeigt, dass die Goos-Hänchen-Verschiebung und das Fresnel-Filtern deutlich von Art und Stärke der Krümmung der Grenzflächen abhängen. Darüber hinaus werden diese beiden Effekte stark von p-Polarisation des Gauß-Strahls beeinflusst. Ein Vergleich mit analytischen Ergebnissen bestätigt die Berechnungen.

Die vorliegende Bachelorarbeit konzentrierte sich im Wesentlichen auf die Untersuchung der Geometrie der Porphyrin-ICZ-Konjugate. Dazu wurden sowohl experimentelle als auch theoretische Untersuchungsmethoden verwendet. Zunächst wurden die Absorptionsspektren der Konjugate in drei unterschiedlich polaren Lösungen (Toluen, THF und DMF) aufgenommen. In allen drei Lösungen haben die Konjugate eine leichte Rotverschiebung mit steigender Anzahl der ICZ-Substituenten gezeigt, die aber wegen ihrer geringen Werte keine Aussage über Geometrieänderung zulässt. Eine stärkere Verschiebung wies sich in Bezug auf die Art der axialen Ligandierung auf. Daraus folgte, dass der wichtigste Einflussfaktor die axiale Ligandierung ist. Zu einer kuppelförmigen Verzerrung des Makrozyklus kommt es aber nicht, wie die quantenchemischen Rechnungen zur Strukturbestimmung gezeigt haben, sondern allein das Zn-Atom wird aus dem ansonsten unveränderten Makrozyklus herausgezogen. Die Stärke dieses Herausziehens stimmte mit den ursprünglichen Vermutungen überein: im Falle der THF-Liganden war es schwächer als im Falle des DMF-Liganden. Die Anzahl der ICZ-Substituenten spielte dabei keine Rolle. Es wurde auch festgestellt, dass keine wesentlichen Deformationen der Phenyl-ICZ-Äste stattfinden. Im Weiteren wurden die UV-VIS-Spektren der Porphyrin-ICZ-Konjugate berechnet. Die Rechenergebnisse zeigten einige Unterschiede zu den experimentell gewonnenen Werten. Die berechnete Rotverschiebung stieg mit Zahl der ICZ-Substituenten deutlicher an, als im Experiment beobachtet. Die sehr viel stärkere Rotverschiebung im Falle der Konjugate ohne axiale Ligandierung stellte sich jedoch als Artefakt heraus, bei dem der erste elektronische Übergang ein Charge-Transfer-Übergang zwischen ICZ-Substituenten und Porphyrinkern ist. Mit steigender Anzahl der ICZ-Substituenten nahm daher auch der Wert der Rotverschiebung zu. Bei der axial-ligandierten Porphyrin-ICZ-Konjugaten, wie sie sich in THF und DMF bilden sollten, bestätigten die Berechnungen die experimentellen Werte in Bezug auf den Unterschied zwischen THF und DMF, bis auf kleine qualitative Abweichungen, die sich auf Solvatisierungseffekte zurückführen lassen. Der Anstieg mit der Anzahl der ICZ-Substituenten in den Rechnungen fand sich jedoch in experimentellen Spektren nicht wieder. Ob dies ebenfalls ein auf ein unzureichendes Funktional zurückzuführendes Artefakt der Rechnung ist, einschließlich der Möglichkeit, dass es zu keinerlei axialer Ligandierung kommt, oder sich durch Solvatisierungshülleneffekte erklären lässt, konnte im Rahmen der vorliegenden Arbeit nicht abschließend geklärt werden. Außerdem wurde die photophysikalische Dynamik der Konjugate untersucht. Dazu wurden die Fluoreszenzlebensdauern und die Fluoreszenzausbeuten gemessen und daraus die Übergangsraten für strahlende und strahlungslose Desaktivierungskanäle berechnet. Die Abhängigkeit der Fluoreszenzausbeute von der Anzahl der ICZ-Substituenten variierte bei unterschiedlich koordinierten Konjugaten: die tetrakoordinierten Strukturen ohne Ligand und die pentakoordinierten Strukturen mit einem THF-Liganden teigten ähnliches Verhalten: Der Wert der Fluoreszenzausbeute stieg bei den beiden Strukturen mit zunehmender Zahl der ICZ-Substituenten an, was ein Einfluss induktive bzw. mesomere elektronenschiebende Effekte sein könnte, die die Desaktivierungskanäle beeinflussen würden. Allerdings gaben die quantenchemischen Rechnungen hierzu nur unklare Hinweise, solche Einflüsse der ICZ-Substituenten nur für die tetrakoordinierte Formen auftraten, welche möglicherweise ein Artefakt der Rechnung sind. Die pentakoordinierten Strukturen mit DMF-Liganden haben dagegen im Experiment eine Verringerung der Fluoreszenzausbeute mit steigender Anzahl der ICZ-Substituenten gezeigt. Die Annahme, dass in diesem Fall eine starke kuppelförmige Verzerrung des Makrozyklus, die den Förstertransfer zwischen den so zusammengerückten ICZ-Substituenten erhöht, eine wesentliche Rolle spielen könnte, wurde aber durch die quantenchemischen Rechnungen weitgehend wiedergelegt. So sind auch hier weitergehende theoretische Untersuchungen von großem Interesse. Diese erfordern den Einsatz von verbesserten, insbesondere Range-Separated Funktionalen wie z.B. CAM-B3LYP, Lösemittelmodellen und ggf. Molekulardynamik-Simulationen, was den Rahmen dieser Arbeit aber definitiv gesprengt hätte.

Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit einem Ultrakurzzeitmodell für die Dynamik von Synchronmaschinen in komplexen Netzwerken basierend auf einem Kuramoto-Oszillator-Modell. Es werden bisher nicht beschriebene Fixpunkte untersucht, die im Zusammenhang mit einem Ringstrom bei bestimmten Netzwerken auftreten kann. Anhand eines Optimierungsverfahrens wird der Einfluss der Positionierung von Generatoren im Netzwerk auf die Störungsanfälligkeit und Synchronisierbarkeit analysiert und verallgemeinernde Schlussfolgerungen über die Beurteilung der Positionierung anhand topologischer Eigenschaften präsentiert. Der Einfluss eines veränderten Trägheitsmoments, wie es durch Windkraftanlagen oder Photovoltaik zu erwarten ist, wird im Rahmen des Modells betrachtet und mögliche positive Effekte für die Stabilität für das gesamte Netzwerk aufgezeigt. Die Folgen der vereinfachten Netzwerktopologie, welche lediglich die Hoch- und Höchstspannungsebene berücksichtigt, werden untersucht. Es wird gezeigt, dass es durch das Hinzufügen weiterer Netzwerkebenen zu prägnanten Veränderungen der Störungsempfindlichkeit und Synchronisierbarkeit kommt. Das letzte Kapitel widmet sich der verwendeten Methodik und beschreibt wichtige Programmteile und verwendete Python Module sowie vorgenommene Optimierungen.

In dieser Arbeit konnten Literaturwerte bezüglich der Austrittsarbeitsänderung bei Aufampfen von Kalium auf Graphit reproduziert werden. Es werden Grundlagen der UHV-Technik dargestellt und die Kelvin-Methode und die Kelvin-Sonde theoretisch betrachtet.

Sonnenlicht kann als erneuerbare Energiequelle benutzt werden, um den steigenden Energiebedarf der Menschheit zu decken. Dies kann zum Beispiel durch Umwandlung in chemische Energie durch Photokatalyse oder durch Umwandlung in elektrische Energie in Farbstoffsolarzellen realisiert werden. Die initiale Photoanregung in Farbstoffsolarzellen und der Photokatalyse basiert jeweils auf der photoinduzierten Ladungstrennung (LT), typischerweise in Metall-organischen Komplexen. Um eine routinemäßige Simulation der Anregungsenergien, spektralen Eigenschaften und der photoinduzierten Dynamik der LT in diesen Komplexen zu ermöglichen, wurde im Rahmen dieser Arbeit die Näherung der Pseudopotentiale in die Graphikkarten-beschleunigte Software TeraChem implementiert. Diese großen Komplexe werden mit Dichtefunktionaltheorie (DFT) und zeitabhängiger Dichtefunktionaltheorie (TD-DFT berechnet, damit angemessene Ergebnisse mit vertretbarem rechnerischem Aufwand erzeugt werden können. Die Wahl eines Dichtefunktionals ist für die Qualität dieser Berechnungen von entscheidender Bedeutung, da insbesondere TD-DFT-Rechnungen unter Verwendung klassischer Funktionale bekanntermaßen Probleme mit der Beschreibung der LT haben. Die neueren Funktionale M06 und CAM-B3LYP konnten durch den Vergleich von experimentellen mit den entsprechenden berechneten Resonanz Raman und Absorptionsspektren von Ruthenium(II)-Terpyridin-Komplexen als geeignet für die Simulation der genannten Spektren identifiziert werden. Theoretische Untersuchungen zur Optimierungen der photoinduzierten LT in diesen Ruthenium(II)-Terpyridin-Komplexen sind ein weiterer wichtiger Schwerpunkt dieser Arbeit. Diese LT kann durch Funktionalisierung verbessert und damit die Effizienz von Farbstoffsolarzellen und photokatalytischen Reaktionen erhöhen werden. In dieser Arbeit wird der Einfluss von Amino- und Nitro-Substituenten auf die LT am Franck-Condon Punkt von [(tbut-tpy) Ru(tpy-ph-R)] (R=NH2, NO2) Komplexen theoretisch untersucht. Die Ausdehnung der initialen photoinduzierten LT der substituierten Komplexe wurde mittels Ladungsdifferenzdichten visualisiert. Im Vergleich zum Amino-substituierten Komplex zeigt sich eine bessere LT für den Nitro-substituierten Komplex, was durch die chinoide Struktur des niedrigsten nichtbesetzten Molekülorbitals erklärt werden kann.

In dieser Arbeit wurde ein Laserprozess entwickelt und charakterisiert, um die Metallisierung von rückseitenkontaktierten Solarzellen zu strukturieren. Dieser Prozess kann in zwei Varianten durchgeführt werden. Variante 1 benötigt eine zusätzliche Ätzbarriere auf der Metallisierung, die im Strukturierungsvorgang selektiv aufgetrennt wird. Anschließend folgt eine Öffnung der Lasergräben mittels einer Ätzung in KOH-Lösung. Für große Dicken und Inhomogenitäten auf der Probenoberfläche ist dieser Prozess vorteilhaft, da eventuelle Defekte durch den Ätzschritt entfernt werden. Variante 1 ist erfolgreich als Standardverfahren für die Prozessierung von IBC-Zellen eingesetzt worden. Das Hauptaugenmerk dieser Arbeit lag auf der Entwicklung der alternativen Variante 2. Diese verwendet keinen Ätzschritt, da die Polaritäten der Metallkontakte in einem einstufigen Laserschritt direkt voneinander separiert werden. Dazu wurden vielfältige Versuche in Abhängigkeit von der Laserwellenlänge, der Pulsenergie, der Repetitionsrate, der Fokuslage, der Schreibgeschwindigkeit und von geometrischen Parametern auf spezifisch entwickelten Probenstrukturen durchgeführt und ausgewertet. Auf der besten Zelle konnte eine mit Prozess Variante 1 vergleichbare Leerlaufspannung von 665 mV nachgewiesen werden. Somit wurde keine relevante Schädigung auf dieser Zelle erzeugt. Der Kurzschlussstrom lag bei 9,6 A. Der Füllfaktor wurde mit 45 % und der Wirkungsgrad wurde bei 12 % gemessen. Im Vergleich dazu ergaben sich für gemäß Variante 1 prozessierte IBC-Zellen mit 3 mym Metallisierungsdicke folgende Werte: Eine Leerlaufspannung von 669 mV, ein Kurzschlussstrom von 9,9 A, ein Füllfaktor von 74 % und ein Wirkungsgrad von 20,3 % wurden gemessen. Zusammenfassend konnten 2 Varianten zur Herstellung einer strukturierten Metallisierung für IBC-Solarzellen demonstriert werden. Ein tieferes Verständnis über die Zusammenhänge der Materialschichten und Laserparameter für eine schädigungsfreie Kontakttrennung wurde erlangt. Aufgrund der hohen Ansprüche an die Homogenität der zu ablatierenden Schichten ist Variante 2 aktuell nicht dem Standardprozess Variante 1 vorzuziehen. Dennoch können alternative absorbierende Isolationsschichten und gleichförmigere Metallisierungen potentiell in Zukunft Möglichkeiten zur Anwendung der direkten Laserstrukturierung eröffnen.

Ein vorhandenes Rastertunnelmikroskop tauglich für Ultrahochvakuum und Temperaturen des flüssigen Heliums wurde in eine Vakuumanlage eingebaut. Nach Optimierung der Kabelführung wurde das Gerät bei Raumtemperatur und 78 K an der atomar aufgelösten Ag(111)-Oberfläche kalibriert. Defekte konnten atomar aufgeflöst und spektroskopisch untersucht werden. Anschließend wurde der Shockley-Oberflächenzustand der Ag(111)-Oberfläche spektroskopisch untersucht und anhand stehender Wellen an Stufenkanten die Lebensdauer angeregter Elektronenzustände ermittelt und mit Literaturwerten verglichen. Zudem konnte die Dispersion des Elektronengases vermessen werden. Die Daten stimmen mit publizierten Daten überein, sodass die Funktionsfähigkeit des Instruments bestätigt werden konnte.

In dieser Arbeit wird die Anwendung der Weitfeld-Fluoreszenzmikroskopie zu Messungen der Fluoreszenz-Quantenausbeute untersucht. Benutzt werden dazu Proben aus fluoreszierenden Molekülen, die in dünne Polymerfilme eingebettet sind. Diese Probenstruktur ermöglicht die Betrachtung und Analyse einzelner, bestimmter Moleküle und wird daher üblicherweise in der Grundlagenforschung zu molekularer Fluoreszenz eingesetzt. Auf der Basis verschiedener Messparameter solcher Proben wird ein umfassendes Konzept zur Durchführung und Beurteilung der Experimente entwickelt. Dabei werden sowohl Ensemblemessungen als auch Untersuchungen zu Eigenschaften einzelner Moleküle durchgeführt. Als Referenzsubstanz dient hierbei der organische Farbstoff DXP. Die verschiedenen Aspekte werden anschließend in einer Computersimulation verknüpft, die eine virtuelle Nachbildung realer Proben durchführt und damit die schnelle und bequeme Überprüfung von Messergebnissen und Probeneigenschaften ermöglicht. Die Simulation ist speziell auf konjugierte Polymere zugeschnitten und erlaubt die Verwendung von Molmassenverteilungen, welche zuvor mithilfe von GPC gemessen wurden, als Grundlage für platzierte Moleküle. Das entwickelte Mess- und Bewertungskonzept wird anschließend auf das konjugierte Polymer MEH-PPV als erstes Testobjekt angewendet. Neben der Fluoreszenz-Quantenausbeute zeigen sich überraschende Resultate bei der Untersuchung zweier Fraktionen unterschiedlicher molarer Masse. Beide weisen unerwartet ähnliche Eigenschaften hinblicklich Anzahl von Molekülen und individueller Helligkeit auf. Dies motiviert zu weiteren Studien zum Verhalten konjugierter Polymere in Lösungen.

In dieser Arbeit wurde der Einfluss der Verbindungstechniken Weichlöten und anisotrop leitfähiges Kleben auf die mechanische Stabilität von monokristallinen 180 mym dicken Solarzellen untersucht. Dabei wurde im Experiment die Biegezugfestigkeit der Solarzellen mittels 4-Punkt-Biegeversuch bestimmt, mithilfe der Weibull-Verteilungsfunktion ausgewertet und mittels PL oder EL bezüglich Defekte charakterisiert. Insgesamt konnte gezeigt werden, dass das anisotrop leitfähige Kleben und das Löten als Verbindungstechnologien für monokristalline 180 mym dicke Solarzellen infrage kommen. Beim Reparaturtest konnte nachgewiesen werden, dass Nachbarzellen einer beschädigten Solarzelle wieder neu verbunden werden können und somit die Ausschussrate in der Fertigung von PV-Modulen reduziert werden kann.

Eine wichtige Rolle zur Leistungssteigerung von Solarmodulen spielt die indirekte Lichteinkopplung. Treffen Lichtstrahlen auf ihrem Weg durch den Modulschichtaufbau nicht direkt auf die Solarzellen, sondern auf andere Modulkomponenten, so können diese von dort reflektiert werden. Mittels Totalreflexion am Übergang von Glas zu Luft kann dann das Licht durchaus auf die Solarzelle zurückgestrahlt werden. Durch geeignete Kombination von entsprechenden Modulkomponenten lässt sich so die Modulleistung steigern. In dieser Bachelorarbeit wird auf diese indirekte Lichteinkopplung eingegangen. Ziel dabei ist die Charakterisierung der dadurch möglichen Leistungssteigerungen im Solarmodul. Dazu sollen in geeigneten Experimentierreihen folgende Effekte betrachtet werden: Welchen Einfluss hat der Gebrauch von verschiedenen Ethylen-Vinyl-Acetat-Folien (EVA-Folien) auf die Stromgeneration der Solarzellen? Welchen Vorteil bringt die Verwendung von strukturiertem Zellverbinder gegenüber dem Standard aus der Produktion? Kann ein Gewinn durch die Verwendung von weißer EVA-Folie zwischen Zelle und Backsheet anstelle von transparenter erzielt werden? Wie verhält sich der von der Solarzelle generierte Strom in Abhängigkeit vom Abstand der Solarzellen untereinander im Solarmodul? Dazu dient eine theoretische und experimentelle Betrachtung der optischen und elektrischen Effekte, die nach dem Umbau von der reinen Solarzelle zum Solarmodul auftreten, als Grundlage. Um die gesuchten Effekte zu analysieren, werden vier unterschiedliche Varianten des Schichtaufbaus der Solarmodule aufgebaut. Diese Varianten werden nach jedem Aufbauschritt in einem Sonnensimulator vermessen. Um die Messabweichung gering zu halten, werden pro Variante 25 Module aufgebaut, die nach jedem Prozessschritt des Aufbaus fünfmal gemessen werden. Es wird eine eigene Kalibrierzelle angefertigt, um die Messergebnisse des durch den Modulzusammenbau notwendigen zweiten Versuchsaufbaus, des Sonnensimulators, mit denen aus dem ersten vergleichen zu können. Weiterhin werden mit einer unbehandelten Referenzgruppe von Solarzellen die auftretenden Abweichungen bei der Messung mit dem Sonnensimulator untersucht. Anschließend wird mit den aufgebauten Modulen und geeigneter Messapparatur die indirekte Lichteinkopplung in den Zellzwischenräumen charakterisiert. Dazu wird mit einem LBIC-Messgerät (Light-Beam-Induced Current) der Verlauf bestimmt, welcher prozentualer Mehrertrag in Abhängigkeit von dem Abstand zur Solarzellenkante von 0 20 mm erzielt werden kann.

Diese Arbeit untersucht das Ausgasverhalten von Antriebsbaugruppen unter Vakuumbedingungen. Aktuell besteht die technologische Herausforderung, den Einsatz moderner Nanopositionier- und Messmaschinen unter Vakuum zu ermöglichen. Hierzu müssen die Komponenten bereits entwickelter Maschinen auf ihre Vakuumtauglichkeit untersucht werden. Nach Definition geeigneter Größen wird hierbei zunächst ein Evakuierungsverfahren der Probenkammer entwickelt. Dieses ermöglicht es, das Verhalten der leeren Kammer in Abhängigkeit der Luftfeuchte zu charakterisieren. Zur Beurteilung der Gasentwicklung werden hierzu Druckanstiegskurven aufgenommen und ausgewertet. Anschließend werden Antriebsbaugruppen bestehender Nanopositionier- und Messmaschinen untersucht. Durch Vergleich mit der leeren Kammer erfolgt schließlich eine quantitative Beschreibung des Ausgasverhaltens eines Messobjekts.

Aufgabenstellung der Bachelorarbeit ist die Untersuchung von Beta-BaB2O4- und Li2B4O7-Kristallen verschiedener Hersteller hinsichtlich ihrer ortsaufgelösten Absorption, Ausgangsleistung und Langzeitstabilität bei einer Wellenlänge von 254nm. Der zur Untersuchung hinsichtlich der Transmission entwickelte und vorgestellte Versuchsaufbau ermöglicht ortsaufgelöste Transmissionsmessungen mit einer Genauigkeit von 0,6%. Es stellte sich heraus, dass die mittleren Absorptionen der LB4-Kristalle und BBO-Kristalle in der selben Größenordnung liegen. Dank der ortsabhängigen Transmissionswerte lassen sich Kristalle nach ihrer Transmissionshomogenität untersuchen. Diesbezüglich konnten an Kristallen Beschädigungen, wie Kratzer und Risse, mangelhafte Polierungen oder minderwertige AR-Beschichtungen, sowie gleichmäßig hohe Transmissionen festgestellt werden. Außerdem wurden fortschreitende UV-induzierte Veränderungen der Kristallbeschaffenheit, welche die optischen Eigenschaften verschlechtern, an den Ausgangsfacetten beider Kristalltypen entdeckt und erklärt. Es konnte ein Langzeitbetrieb im Bereich von 500 Stunden mit einer Ausgangsleistung von 76 mW bei 254 nm erreicht werden.

In dieser Arbeit werden die Untersuchungen an multikristallinen Siliziumsolarzellen, die mit den ortsauflösenden Charakterisierungsmethoden PL (Photolumineszenz), SPV (Messungen der Oberflächenphotospannung) und LBIC (Messungen lichtinduzierter lokaler Ströme) durchgeführt wurden, vorgestellt. Mit dem erhaltenen umfassenden Datensatz werden zum einen mögliche Korrelationen zwischen den drei verwendeten Messmethoden an einer ausgewählten Zelle analysiert. Zum anderen erfolgt der Vergleich der Ergebnisse zweier verschiedener Methoden, die beide die Diffusionslänge messen, an allen Zellen. Die Ergebnisse werden abschließend hinsichtlich der zugrunde liegenden physikalischen Prinzipien sowie der spezifischen Materialeigenschaften interpretiert, um ein besseres Verständnis der jeweils von den verschiedenen Messmethoden erhaltenen Daten zu erlangen. Dabei stellte sich heraus, dass die Vergleichbarkeit der Methoden stark von der Probenqualität abhängt. Hierbei zeigten besonders die mittels PL erhaltenen Daten im Vergleich mit den Messwerten der anderen beiden Methoden (Diffusionslänge, Quanteneffizienz und Eisengehalt) eine hohe lineare Korrelation.

Im Rahmen dieser Bachelorarbeit wurde der Einfluss des Ausheizprozesses von Barrierefolien auf die Degradation der damit verkapselten OLEDs untersucht. Hierfür wurden die Prozessparameter Ausheizzeit und Ausheiztemperatur variiert. Während eines Lagerungsversuchs bei 50&ring;C und 80% relativer Luftfeuchte im Klimaschrank wurde die Abnahme der Leuchtäche der OLEDs beobachtet. Durch die Beobachtung der Dark-Spot-Degradation über die Zeit konnte die Auswirkung des Ausheizprozesses auf die Barrierewirkung und die Durchbruchszeit der Verkapselungsfolie bestimmt werden. Dabei erwies sich die Randdegradation als die dominante Degradationserscheinung. Für die Verkapselung von OLEDs stellte sich unter den untersuchten Parametern eine Temperatur von 120&ring;C sowie eine Zeit von acht Stunden für das Ausheizen von Barrierefolien mit dem genutzten Prozess als optimal heraus.

InN ist aufgrund seiner schmalen Bandlücke und hohen Elektronenmobilität ein vielversprechendes Halbleitermaterial. Es ist somit sein Einsatz für optische Anwendungen, Hochgeschwindigkeitsbauelemente und für Sensoren denkbar. Aufgrund seiner hohen Biokompatibilität wäre auch ein Einsatz als Biosensor möglich. Da Kalium eines der am häufigsten vorkommenden Stoffe in lebenden Zellen ist, ist es wichtig, im Hinblick auf eine Anwendung in der Biosensorik, die Wechselwirkung von InN-Oberflächen mit Kalium zu verstehen. Eine Herausforderung in der Entwicklung von Sensorapplikationen ist das Kontrollieren der ungewöhnlich hohen n-Dotierung des Materials und seiner hohen Oberflächenelektronenkonzentration. In diesem Zusammenhang scheint die Manipulation der Oberflächenelektronendichte durch Adsorbate vielversprechend. In dieser Arbeit wurden die Wechselwirkungen von Kalium und Wasser mit InN(0001)-(2x2)-Oberflächen untersucht. Die InN-Filme wurden dabei mittels PAMBE (plasma-assisted molecular beam epitaxy) auf GaN/Saphir-Substraten gewachsen. Gemäß der gewählten Wachstumsparameter wurde dabei eine 2x2-Oberflächenrekonstruktion erzielt. Unmittelbar nach dem Wachstum wurden die Proben in-situ mittels Photoelektronenspektroskopie (PES; Ultraviolett-PES und Röntgen-PES) charakterisiert ohne dabei die Vakuumbedingungen (Ultrahochvakuum) zu unterbrechen. Das Kalium wurde mit einem Alkaliverdampfer angeboten während gleichzeitig mit PES gemessen wurde. Das Angebot von hochreinem, bidestilliertem Wasser wurde über einen Gaseinlass in der Analytikkammer realisiert, ebenfalls während PES-Untersuchungen. Die Kaliumadsorption führt zu einer starken Reduzierung der Austrittsarbeit des InN, was auf die Entstehung eines positiven, kaliuminduzierten Oberflächendipols hinweist, welcher als Elektronendonator agiert. Weiterhin kann eine Verschiebung der Kernniveaus und des Valenzbandmaximums um 0,2eV zu niedrigeren Bindungsenergien beobachtet werden. Diese Verschiebung ist verbunden mit einer Reduzierung der Abwärtsbandverbiegung und folglich einer Verringerung der Oberflächenelektronendichte. Dies ist im Widerspruch mit der Annahme, dass das Kalium als Elektronendonator wirkt. Des Weiteren lassen sich neue, kaliuminduzierte Zustände in den PES-Spektren ausmachen bei 1,2eV, 0,6eV sowie ein neuer Stickstoffkernzustand bei 298,2eV. InN-Zustände im Valenzband spalten sich auf und bilden dort neue, zusätzliche Zustände. Weiterhin kann beobachtet werden, dass die durch die 2x2-Oberflächenrekonstruktion entstandenen Oberflächenzustände im Bereich der Fermikante aufgrund des Kaliumsangebots verschwinden. Bietet man anschließend den kaliumbedeckten InN-Proben Wasser an, so verschieben sich die Kernniveaus und das Valenzbandmaximun um 0,2eV zurück zu höheren Bindungsenergien, was eine Wiederverstärkung der Abwärtsbandverbiegung und eine Anreichung der Akkumulationsschicht bedeutet. Des Weiteren verschwinden sowohl die im vorhergehenden Versuch beobachteten kaliuminduzierten Zustände als auch die Aufspaltung von Valenzbandzuständen. Weiterhin kann die Entstehung zwei neuer Zustände bei 9,8eV und 5,5eV, welche auf Hydroxide zurückzuführen sind, beobachtet werden. Werden frisch abgeschiedenen InN-Proben gleichzeitig Kalium und Wasser angeboten, so hängen die Veränderungen der Materialeigenschaften davon ab, welches der angebotenen Adsorbate überwiegt. Dominiert Kalium, so verschieben sich die Kernniveaus und das Valenzbandmaximum um 0,1eV zu niedrigen Bindungsenergien, überwiegt Wasser, um 0,1eV zu höheren. Im Fall einer Kaliumdominanz lässt sich auch wieder ein neuer Stickstoffkernzustand bei 398,0eV ausmachen. In beiden Fällen lässt sich weiterhin die Entstehung von Hydroxidzuständen bei 9,8 und 5,7eV und ein Verschwinden der Oberflächenzustände im Bereich der Fermikante beobachten.

To utilize graphene in industrial applications it is inevitable to transfer the graphene to suitable substrates. The research presented in this work is adapted to this subject and introduces an indirect transfer of Chemical Vapor Deposition grown graphene via cold pressing. The investigations are based on a substantial literature review about graphene growth as well as graphene transfer. During the elaboration of this transfer it turned out that a sacrificing rubber-like material supports a uniform distribution of the pressure and thus increases the quality of the transferred graphene. Moreover the investigations of the benefit and impact of a surface activation through oxygen plasma treatment revealed interesting findings. The developed transfer was used to deposit graphene on PET and SiO2. To characterize the samples SEM, Raman, Optical transmittance as well as Electrical characterizations were used. Three layers of graphene on top of PET showed a sheet resistance as low as 450Ohmsq 1 with a corresponding transmission of T=82.7% (with an incident wavelength of = 549 nm). Although the results in this work are already applicable for transparent electrodes, further improvements are necessary in order to surpass and replace ITO (Indium tin oxide) in the optoelectronic industry.

Selbstorganisierte Monolagen aus Octadecyltrichlorsilan sind auf strukturierte sowie auf glatte oxidierte Siliziumoberflächen aufgebracht worden. Die topographischen Eigenschaften der glatten und strukturierten Siliziumoberflächen sind mit Rasterkraftmikroskopie untersucht worden. Aus den Ergebnissen konnten die Rauheitskennwerte der Oberflächen sowie die Anzahl der Rauheitsspitzen pro Fläche ermittelt werden. Die selbstorganisierten Monolagen wurden mithilfe von Kontaktwinkelmessungen, Röntgenphotoelektronenspektroskopie sowie Ellipsometrie charakterisiert. Die Ergebnisse waren mit Literaturwerten vergleichbar und bestätigten die Formation von dichtgepackten hydrophoben Monolagen. Tribologische Untersuchungen wurden mit einem Mikrotribometer durchgeführt, indem eine Siliziumkugel (Ø = 2,0 mm) mit Normalkräften bis etwa 500 [mikro]N gegen die verschiedenen beschichteten und unbeschichteten Oberflächen gerieben wurde. Das Aufbringen der selbstorganisierten Monolagen auf die strukturierten Siliziumoberflächen ließ die Reibwerte der Oberflächen ansteigen. Die tribologischen Ergebnisse lassen ein schrittweises Verschleißen der Monolagen, abhängig von den wirkenden Kontaktdrücken an den Rauheitsspitzen der Oberflächen, vermuten.

Inhalt dieser Arbeit ist die Untersuchung einer neuartigen Compoundhelikopter-Konfiguration, die die Vorteile von Hubschraubern und Flugzeugen miteinander verbindet. Durch diese Erfindung wird es möglich, bei vollem Erhalt der Schwebe- und Langsamflugeigenschaften eines konventionellen Helikopters, Geschwindigkeiten zu erreichen, die bisher für Hubschrauber weit außerhalb der erreichbaren Grenzen lagen. Zunächst werden die kritischen Bereiche der Hubschrauberaerodynamik, wie die Dynamic-Stall-Problematik beleuchtet und bisher existierende Lösungswege untersucht. Davon ausgehend wird der neue Ansatz einer anpassungsfähigen Flügelsegmentierung beschrieben, die eine senkrechte Durchströmung der Tragflächen im Schwebeflug erlaubt. Für die Analyse der Praxistauglichkeit dieses Konzepts wurden Testflüge mit mehreren Modellen, sowie Kräftemessungen im Windkanal in Kombination mit verschiedenen optischen Strömungsmessverfahren durchgeführt. Dadurch konnten wertvolle Erkenntnisse zur weiteren aerodynamischen Optimierung der Anordnung gewonnen werden. Die grundsätzliche Praxistauglichkeit hat sich bereits jetzt bestätigt. Es ist zu erwarten, dass bei geringer Behinderung des Helikopters im Schwebeflug erheblich höhere Endgeschwindigkeiten und eine gesteigerte Schnellflugeffizienz erreicht werden können.

In dieser Masterarbeit wurde der Einfluss von der Rauheit auf das tribologische Verhalten der Tribosysteme Saphir/Silizium und TiC/Silizium mit einem oszillierenden Tribometer untersucht und die trockene Festkörperreibung unter Normalbedingungen für die genannten Modellsysteme gemessen. Die Rauheiten der Saphir- und der TiC-Kugel wurden dabei als konstant angenommen. Die Rauheit der ebenen Siliziumproben wird durch eines der folgenden Verfahren verändert: reaktives Ionentiefenätzen, Laserablation, manuelles Diamantpolieren. Die Oberflächencharakterisierung wurde mittels der Methoden Weißlichtinterferometrie, Rasterkraftmikroskopie, Kontaktprofilometrie und Rasterelektronenmikroskopie durchgeführt. Es wurde gezeigt, dass die Rauheit im Bereich zwischen 0 und 70 nm (arithmetischer Mittenrauwert) einen Einfluss auf das tribologische Verhalten der Reibpaarungen hat. Im Hinblick auf einen Einsatz in Nanopositionier- und Nanomessmaschinen wurde die für minimale Reibung optimale Oberfläche in Abhängigkeit von der Rauheit der Kugel bestimmt.

Taktgeber stellen einen unverzichtbaren Teil der heutigen Mikroelektronik dar und sie mit ausreichender Energieeffizienz auf die Nanometerskala zu übertragen ist eine der Herausforderungen der Zukunft. Nanophotonik ist eine mögliche Alternative zur Elektronik um noch größere Integrationsdichten als bisher erreichen zu können, allerdings ist es nötig, analog zum Taktgeber in der Elektronik, eine periodische Kette von optischen Pulsen zur Verfügung zu stellen. Zu diesem Zweck wird ein für diese Anwedung möglicherweise brauchbares System von über relaxive und Nahfeldwechselwirkungen gekoppelten Quantendots vorgestellt. Dieses System wird dann auf theoretischer Ebene auf das Auftreten von Oszillationen in den Populationen derselben mittels eines Dichtematrixformalismus untersucht. Im Gegensatz zu bisherigen Untersuchungen wird auf das umständliche Lösen von vielen gekoppelten Differentialgleichungen verzichtet und stattdessen die Methoden der linearen Stabilitätsanalyse angewendet, um etwaige Diskrepanzen in den Ergebnissen aufzuzeigen. Ein entsprechendes Verfahren wird abgeleitet und implementiert und die Ergebnisse präsentiert. Im Gegensatz zu bisherigen Untersuchungen konnte kein Parameterregime, das durch das Vorhandensein der gesuchten Oszillationen gekennzeichnet wäre, gefunden werden. Mögliche Gründe für den scheinbaren Widerspruch zwischen diesem und früheren Ergebnissen werden angebracht. Als am wahrscheinlichsten wird angesehen, dass das hier vorgestellte Verfahren die Asymptotik des zeitlichen Verlaufs der genannten Populationen ermittelt, wohingegen bisherige Betrachtungen das anfängliche Verhalten unmittelbar nach der Anregung betrafen und somit kein Widerspruch zwischen den Ergebnissen existiert, da unterschiedlichen Teile der Lösung betrachtet wurden.

Mit dieser Masterarbeit wird die Entwicklung eines präzisen und schnellen Auto-Focus (AF) Systems für einen medizinischen IR Laser, dem Picosecond IR Laser (PIRL), beschrieben. Der PIRL Laser ist eine Entwicklung der Miller-Gruppe, Fakultät für Physik, an der Universität von Toronto. Der Laser emittiert Pikosekundenpulse mit einer Wellenlänge von 2, 96 mym und ermöglicht einen sehr effektiven Abtragungsprozess von Gewebe und anderen wasserhaltigen Materialien. Für einen idealen Abtragungsprozess muss die Laserstrahlung auf die Oberfläche des Gewebes fokussiert werden. Um dies auch bei unebenen oder bei sich bewegenden Oberflächen zu gewährleisten, ist ein AF Systems unentbehrlich. Da das Laser System, in der Zeit in der das AF System entwickelt und diese Arbeit verfasst wurde, nicht zur Verfügung stand, konnten keine Experimente des AF Systems mit dem PIRL Laser durchgeführt werden. Untersucht wird das AF System daher ohne angeschlossenen Laser bezüglich der Genauigkeit, Präzision, Geschwindigkeit des Fokussierungsprozesses und möglicher Fehlerquellen. Das dem AF System zugrunde liegende Prinzip ist nicht nur für den PIRL Laser anwendbar, sondern kann ebenfalls für andere Anwendungen, in denen ein Abstand konstant gehalten werden soll, adaptiert werden. Um eine hohe Genauigkeit des AF Systems zu gewährleisten, muss das System Abstände genau messen können. Es werden drei Methoden zur Abstandsmessung untersucht: Phase Detection (PD), Riken Optical Range-Sensing Scheme (RORS) und klassische Triangulation. Simulationen mit dem optischen Designprogramm OSLO EDU führen zu der Entscheidung, die klassische Triangulation zu implementieren. Dabei erzeugt ein separater roter Laserpointer auf der Oberfläche des Gewebes einen Lichtpunkt und das zurück gestreute Licht wird mit einem CMOS Sensor analysiert. Die Aufgabe des AF Systems ist es, den Abstand zwischen der Fokuslinse und einer Oberfläche in einem vordefinierten Abstand zu halten. Das System erreicht dabei eine Genauigkeit von bis zu 2, 1 mym und eine Präzision von bis zu 1, 3 mym. Das AF System misst den Abstand mit einer Abtastrate von bis zu 295 Hz. Dadurch kann es selbst schnellen Bewegungen der Oberfläche folgen. Bei einer Abtastrate von 295 Hz und einer Geschwindigkeit der Oberfläche von bis zu 64 mm/s kann eine Fehlstellung der Fokuslinse von unter 300 mym zu allen Zeiten gewährleistet werden. Das AF System wird von einem mit LabVIEW geschriebenen Programm gesteuert. Die Genauigkeit, welche das System erreicht, ist hauptsächlich von der Kalibrierung der Abstandmessung abhängig. Diese wird über die Aufnahme eines 3D-Kalibrierungsgraphen realisiert. Der 3D-Kalibrierungsgraph ist notwendig um eine hohe Genauigkeit zu erreichen, da in dem Graphen unvermeidliche Fehler, welche durch die Falschausrichtung der Fokuslinse entstehen, gespeichert sind. Da die Kalibrierung des Systems von Hand sehr zeitintensiv ist, wird eine halb-automatische Kalibrierungsprozedur entwickelt, welche die benötigte Zeit um den Graphen aufzunehmen deutlich reduziert.

A full quantum-mechanical calculation of the dielectric function of gallium nitride including excitonic effects is presented. The susceptibility has been calculated by solving the time-dependent Schrödinger equation taking into account the complex valence-band structure of the semiconductor. The 6x6 Bir-Pikus Hamiltonian for the six non-parabolic, non-degenerate and anisotropic valence bands has been used with different parameter sets obtained by previous groups. The results are compared to experimentally observed results for high quality GaN and interpreted. It turns out that the approximations made to create the parameter sets yield significant errors.

For the purpose of fluorescence ratiometric determination of the oxygen partial pressure, a chemical sensor with two embedded fluorochromes is employed. The main-fluorochrome interacts with oxygen from the air and emits fluorescence radiation within the spectral region of red. This emissivity process depends on the partial pressure of the oxygen mentioned before. The reference-fluorochromes fluorescence intensity is not being affected by the analyte and is determined to be within the green spectral region. Therefore, a wavelength-ratiometric method can be realized, that minimizes different parasitic drags, e.g. an heterogeneous distribution of fluorochrome inside the chemical sensor. The fluorescence intensity of the main-fluorochrome in the red and that of the reference-fluorochrome in the green spectral area are detected by two independent color channels. To carry out a reasonably wavelength-ratiometric measuring, the behavior of these channels has to be analyzed by methods of image processing. Precluding the impact of the real chemical sensor, two ideal chemical sensors come into action. Thereby, any color channel can be operated separately and provides an optimal response for each individual spectral sensitivity. The grey values of the red and the green channels show a linear course within specific intervals depending on the integration time. Thereby the red channel is more sensitive than the green at same integration times. For wavelength-ratiometric measurements the linear functions of any of the channels were being adjusted to each other. Moreover, an algorithm to automatically determine specific color channel intervals was developed. Thus the manual examination is applicable. In this essay calibration curves were plotted with the help of the real chemical sensor and those imaging processed color channels. This was accomplished by a variety of partial pressures of oxygen as well as different temperature values. In conclusion and with the help of the achieved measurement results the entire camera system was being evaluated in order to apply it by means of future imaging data solutions.

Eine lateral auflösende Messmethode wurde aufgebaut und zur schnellen und vielfältigen Charakterisierung von organischen Solarzellen genutzt. Die Messmethodik basiert auf der ortsaufgelösten Detektion der vom organischen Halbleiter emittierten Lumineszenzstrahlung mit einer hochempfindlichen CCD Kamera und wird daher als 'Bildgebende Lumineszenzanalyse' bezeichnet. Durch kombinierte elektrische und optische Anregung des photoaktiven organischen Materials wurde eine qualitative und quantitative Unterscheidung zwischen Degradation der Ladungsträger-injizierenden Elektroden und des Licht absorbierenden bzw. emittierenden organischen Halbleiters erreicht. Darüber hinaus wurde ein Stabilitäts-Messplatz aufgebaut, um die Lebensdauer hergestellter Solarzellen unter kontinuierlicher Beleuchtung und periodisch erfolgender automatischer Strom-Spannungs-Charakterisierung zu bestimmen. Dabei zeigte sich, dass die Kombination aus Bildgebender Lumineszenzanalyse und Stabilitätsuntersuchung tiefere Einblicke in die Ursachen und Auswirkungen von Degradationsmechanismen in organischen Solarzellen ermöglichen. Darüber hinaus konnte zum ersten Mal in einer Langzeitstudie sowohl qualitativ als auch quantitativ zwischen Degradation des organischen Mediums und des Metall/Halbleiter-Kontaktes unterschieden werden. Für die quantitative Beschreibung des inhomogenen Elektrolumineszenz-Profils wurde ein Modell basierend auf der Dünnschicht-Solarzellenarchitektur entwickelt. Maßgeblich ist dabei die Berücksichtigung des Flächenwiderstands des semitransparenten leitfähigen Oxids. Die Anwendung dieses Mikro-Dioden-Modells, bestehend aus einem Netzwerk miteinander verbundener Dioden und Widerstände, erlaubt die Charakterisierung des Flächenwiderstands der semitransparenten Elektrode sowie die Bestimmung der lokalen Strom-Spannungs-Kennlinie frei von Serienwiderstandseffekten. Die Erweitung des Mikro-Dioden-Modells auf den Fall der beleuchteten Solarzelle erlaubt darüber hinaus die Vorhersage lateraler Strom- und Spannungsverteilungen der Solarzelle unter Beleuchtung. Dabei wurde gezeigt, dass eine niedrige Leitfähigkeit der Elektroden nicht nur zu resistiven, d.h. Jouleschen Leistungsverlusten führt, sondern auch zu Leistungsverlusten aufgrund eines inhomogenen Stromerzeugungsprofils. Diese Ergebnisse liefern letztlich wesentliche Rückschlüsse auf die Geometrie-abhängige Effizienz von Dünnschicht-Solarzellen, bspw. der Polymer-Solarzelle wie sie im Rahmen dieser Arbeit untersucht wurde.

Abgesehen von einer steten Miniaturisierung, getrieben durch "Moore's Law", bildet sich in der heutigen Zeit ein weiterer Zweig in der Entwicklung der Halbleitertechnologie aus. Der "More than Moore" genannte Trend beschreibt dabei eine Ausweitung der beabsichtigten Anwendungen und Einsatzgebiete weg von einer reinen Schaltkreisherstellung, hin zu einer Integration von Datenverarbeitung und Sensorik, einschließlich einer Einbindung von mikromechanischen Systemen (MEMS). Um den Anforderungen moderner Applikationen gerecht zu werden, erfordert dies den Einsatz neuer Materialen, wie zum Beispiel Gruppe-III-Nitriden (GaN, AlGaN). Damit einhergehend ist eine Steigerung des Anspruchs und der Komplexität der Vernetzung und Integration solcher neuartigen Bauelemente und Strukturen. Es bestehen daher Bedarf und Interesse an einer Erforschung dieser Materialsysteme. Im Rahmen dieser Arbeit wurden elektrische Kontakte zu niederdimensionalen Elektronengasen (2DEG) in AlGaN/GaN-Heterostrukturen, welche zum Bespiel bei ionensensitive Feldeffekttransistoren (ISFET) eingesetzt werden können, evaluiert. Mittels einem auf Titan und Aluminium basierenden Mehrschichtsystem ist es möglich niedrige Kontaktwiderstände zu erzielen. Allerdings kommt es hierbei durch das Schmelzen des Aluminiums während des thermischen Prozessierens zu einer starken Durchmischung der Metallisierung. Dies resultiert in einer sehr rauen Oberfläche, was wiederum die Stabilität und die Zuverlässigkeit der Kontakte beeinflusst. Durch den Einsatz von gesputterten Ti/TiN-Kontakten können ebenfalls niedrige Kontaktwiderstände (1,8E-5 Omega cm2) erreicht werden, jedoch mit einer stark reduzierten Oberflächenrauheit (1,8 nm rms) im Vergleich zu den bisherigen Ti/Al/Ti/Au-Kontakten (2,8E-4 Omega cm2; bis zu 44 nm rms). Im Gegensatz zu vielen Veröffentlichungen zu Mehrschichtsystemen konnte mit dieser Arbeit eine einfache Methode zur Optimierung von Kontakten auf AlGaN/GaN-Heterostrukturen demonstriert werden.

Solarzellen werden zur Umwandlung von Sonnen-Energie in elektrische Energie verwendet. Die Rentabilität einer Solarzelle wird unter Anderem durch den Wirkungsgrad definiert. Dieser ist von der Güte des p-n-Übergangs der Zelle und folglich von der Diffusion der Dotant-Atome aus den Silikat-Gläsern abhängig. - Zur Optimierung des Diffusions-Prozesses und des p-n-Übergangs, ist es notwendig ein Maß für die Bor- und Phosphor-Konzentration in den Silikat-Gläsern zu finden. Es sind verschiedene Veröffentlichungen zu Messungen an Silikat-Gläsern bekannt, doch fehlen systematische Untersuchungen zur Quantifizierung der Konzentrationen. - In dieser Arbeit werden Boro- und Phosphorsilikatgläser mit Fourier-Transform-Infrarot-Spektroskopie charakterisiert. Dabei werden unterschiedliche Herstellungsverfahren und Diffusions-Prozesse verglichen, sowie ein quantitativer Zusammenhang zwischen der Bor beziehungsweise Phosphor-Konzentration in den Silikatgläsern und der Absorption hergestellt. Es werden verschiedene äußere und instrumentelle Einflüsse beachtet und die Einwirkung von Wasser auf die Silikatgläser untersucht.

The present bachelor thesis deals with the derivation of an approximation formula for the block-block entanglement in a one-dimensional inhomogeneous Fermi-Hubbard model. The method is based on the local-density and gradient-expansionapproximations commonly utilized in ab-initio density functional theory. We study blocks, consisting of 2, 3 and 4 sites, in a chain of 10 sites with periodic boundary conditions and two localized, adjacent impurity sites with adjustable potentials from strongly attractive to strongly repulsive. The entanglement between a block and the remaining sites is quantified via the von Neumann entropy. This entanglement measure is calculated, on the one hand, exactly via a Lanczos diagonalization, and, on the other hand, approximated via our DFT-inspired methods. The results of both approaches are compared to the exact data, to validate our approximations. First, entropies averaged over all possible blocks, are investigated, where the LDA-like approach is confirmed to be a good approximation. Second, analyzing the entropy of specific blocks shows that a GEA-like approach gives better results then. We find unexpected behavior in certain parameter-regimes, e.g. a monotonous relation between the impurity strength and the entanglement, when there is at least one site in between the impurities and the block.

In einer Brennstoffzelle wird Energie bei der Reaktion von Wasserstoff und Sauerstoff frei, die zuvor in den Gasen gebunden war und welche nutzbringend beispielsweise für den Antrieb von Fahrzeugen eingesetzt werden kann. Von besonderer Bedeutung für den Betrieb einer Brennstoffzelle ist die optimale Versorgung mit Sauerstoff. Bei der Anwendung in Fahrzeugen wird Sauerstoff in Form von Umgebungsluft angesaugt und gleichzeitig verdichtet, um eine Steigerung der Brennstoffzellenleistung und -effizienz zu erreichen. Für die Bereitstellung wird ein Kompressor verwendet, der von einem Elektromotor angetrieben wird. Eine vom Abgas angetriebene Turbine wird zur Entlastung des Motors benutzt. Dabei kann die Öffnung der Leitradschaufeln der Turbine variiert werden, um für verschiedene Lastpunkte den Druck im System einzustellen und damit bestmögliche Betriebsbedingungen für das Brennstoffzellensystem zu gewährleisten. Simulationen einer Luftversorgung für unterschiedliche Brennstoffzellensysteme werden auf Basis von Kennfeldern bereits bestehender Strömungsmaschinen durchgeführt. Dabei ist eine Anpassung von Kompressor und Turbine auf die neue, vom System benötigte Luftmenge erforderlich. Dies wird über die Skalierung der Kennfeldgrößen mittels jeweils eines Faktors realisiert. Im Rahmen dieser Arbeit wurde ein Algorithmus zur Berechung dieser Skalierungsfaktoren und der Öffnung der Turbine entwickelt. Dabei wird zur Bestimmung der Turbinenöffnung eine Interpolation auf Grundlage der Kennfelder durchgeführt. Für die Berechung der Skalierungsfaktoren wurde ein neuer Algorithmus entworfen, der auf den Kennfeldgrenzen und einer Vermeidung der Überschreitung dieser Begrenzungen basiert. Mit dem erstellten Algorithmus konnte eine wesentliche Zeitersparnis im Vergleich zur früheren, manuellen Bestimmung dieser Größen erzielt werden. Zudem sind die Komponentenkennfelder optimal auf das jeweilige Ziel-Brennstoffzellensystem angepasst. Die auf Basis der entwickelten Algorithmen erzeugten Kennfeldbeschreibungen werden nun auch für die Erstellung von Zuliefererspezifikationen herangezogen.

Um den Wirkungsgrad von Photovoltaikmodulen weiter zu erhöhen, soll der ultraviolette Anteil des Sonnenspektrums mittels seltenerdatombasierter Downconversion möglichst effizient in den sichtbaren bis nahen Infrarotbereich konvertiert werden. Die Umsetzung der Downconversion erfolgt über die Kopplung der hohen Ultraviolettabsorption von Cer und der Emission des Terbiums im grünen Spektralbereich. Im Gegensatz zu bisherigen Arbeiten erfolgt hier die Herstellung mittels Ionenimplantation, wobei eine dünne Schicht von amorphem Siliziumdioxid als Matrix dient. Das Ziel besteht im Nachweis und der Untersuchung des Energietransfers von Cer zu Terbium, wobei die optischen Eigenschaften der Schichten mit Photolumineszenz- und Photolumineszenzanregungsmessungen ausführlich untersucht wurden. Gleichzeitig werden verschiedene Ausheilverfahren nach der Implantation verglichen. Es wird gezeigt, dass bei resonanter Anregung von Cer ein sehr effizienter Energietransfer von Cer zu Terbium erfolgt, der zusätzlich mit einer Intensitätssteigerung einher geht. Im Vergleich der Ausheilverfahren zeigt die Blitzlampenausheilung die besten Resultate.

In dieser Arbeit werden Untersuchungen an einem tragbaren Tribometer vorgestellt. Neben dessen Kenndaten soll ermittelt werden, ob es sich für den Messeinsatz im Rahmen des modernen Wintersports eignet. Es werden sowohl Messungen mit hochdichtem Polyethylen (HDPE) als auch mit Stahlkugeln vorgestellt, um eine Verwendung im Rahmen des Skisports bzw. des Bob- und Rodelsports zu verifizieren. Neben den Tribometermessungen sind auch Messungen zum Kontaktverhalten von HDPE sowie deren Aufbau und Durchführung Teil dieser Arbeit. Abschließend wird gezeigt, dass für Belastungen innerhalb des modernen Skisports das Kontaktmodell nach Johnson, Kendall und Roberts eine hinreichend gute Näherung für Kontakte mit HDPE darstellt. Außerdem wird zusammengefasst, für welche Messaufgaben das tragbare Tribometer verwendbare Ergebnisse liefert.

Der Einsatzbereich von optischen Halbleiterbauelementen ist in den letzten Jahren stark gestiegen. Verbindungen zwischen der III. und V. Hauptgruppe des Periodensystems (III-V-Verbindungshalbleiter) haben die Möglichkeiten der Halbleitertechnik enorm gesteigert. - Zur gezielten Entwicklung und Optimierung optischer Halbleiterbauelemente, ist die genaue Kenntnis der dielektrischen Funktion (DF) von entscheidender Bedeutung. Eine erfolgversprechende Optimierung optischer Bauelemente, kann nur mit Kenntnis der Frequenz-, Temperatur- und Dotierungsabhängigkeit der DF durchgeführt werden. - In dieser Arbeit wurde die DF von n-dotiertem Galliumnitrid (GaN) im Temperaturbereich von 295 K bis 790 K mittels spektraler Ellipsometrie bestimmt. Der Imaginärteil der DF wurde im Rahmen des Modells nach Elliott und unter Beachtung von Exziton-Phonon-Komplexen (EPC) berechnet und an den experimentell erhaltenen Verlauf angepasst. So konnten Aussagen über die Dotier- und Temperaturabhängigkeit der Bandlücke, der Exzitonenbeiträge, sowie deren Verbreiterung und der integralen Stärke der EPC getroffen werden.

Der Valenzbandoffset (VBO) an der Grenzfläche Oxid-Indiumnitrid wurde mittels röntgenstrahlinduzierter Photoelektronenspektroskopie (XPS) untersucht. Die verwendeten Oxide sind: HfO2, In2O3, TiO2 und Al2O3. Für eine exakte Bestimmung des Valenzbandoffsets wurden verschiedene Schichtdicken des Oxides (1 bis 5 nm) untersucht. Der Wert für den Valenzbandoffset an der Grenzfläche ergibt sich aus einer linearen Extrapolation der dickenabhängigen Werte. Die berechneten Valenzbandosets für die verschiedenen Heterostrukturen sind (1.3 ± 0.2) eV für HfO2/InN, (1.5 ± 0.2) eV für In2O3/InN, (1.8 ± 0.2) eV für iO2/InN und (2.6 ± 0.2) eV für Al2O3/InN. Bei einigen Proben wurde eine Oxidation der Indiumnitrid-Schicht festgestellt, die sich auf den Herstellungsprozess zurückführen lässt.

Diese Bachelorarbeit befasst sich mit dem Aufbau und der Herstellung paralleler organischer Tandemsolarzellen. Wobei diese keine optische Trennschicht zwischen den Einzelzellen haben und Kalzium als Mittelelektrode verwendet wird. Zu Beginn der Arbeit werden die Grundlagen organischer Solarzellen vorgestellt, mit besonderem Fokus auf die verwendeten Materialien. Anschließend wird auf den Bau der Tandemzelle und deren elektrischen Verschaltung eingegangen. Das verwendete Herstellungsverfahren und die damit erzeugten organischen Tandemsolarzellen, so wie deren Messergebnisse werden präsentiert. Dabei wird explizit auf die Schichtdicke der Kalziummittelelektrode, so wie Herausforderungen während des Herstellungsverfahrens eingegangen.

Gegenstand dieser Arbeit ist die badfreie Vorbehandlung von Reintitan und der Legierung Ti-6Al-4V mit dem Ziel, die adhäsive Anbindung von Klebstoffen zu verbessern. Als Vorbehandlungsmethoden werden die thermische Oxidation in einem elektrischen Umluftofen sowie die Bestrahlung mit einem gepulsten Nd-YAG-Infrarotlaser an Luft untersucht. Die vorbehandelten Proben werden hinsichtlich der Topographie, der chemischen Zusammensetzung und der kristallinen Struktur der Oberfläche charakterisiert. Des Weiteren erfolgt eine Untersuchung zum Einfluss der Vorbehandlung auf die Klebfestigkeiten bei Einsatz eines einkomponentigen, warmhärtenden Epoxidharzklebstoffes. Die Hälfte der geklebten Prüfkörper wird nach Luftlagerung bei Raumtemperatur sowie die andere Hälfte nach Auslagerung unter feuchtwarmen Bedingungen (ca. 100 Stunden bei 120&ring;C und 100 % relativer Luftfeuchtigkeit) auf ihre Zugscherfestigkeit getestet. Dabei kann gezeigt werden, dass thermisch oxidierte Prüfkörper eine verbesserte adhäsive Anbindung des Klebstoffes im Vergleich zu nicht thermisch behandelten Prüfkörpern ermöglichen. Dieses Resultat spiegelt sich insbesondere in den Zugscherfestigkeitswerten nach feuchtwarmer Auslagerung wider. Eine mögliche Ursache für die Verbesserung der Klebstoffanbindung ist die thermodynamische Stabilisierung der Titanoxidschicht. Diese wird mit Hilfe von Röntgenbeugung und Rasterelektronenmikroskopie nachgewiesen. Ein wesentliches Ergebnis dieser Arbeit ist, dass die Bestrahlung mit dem Nd-YAG Laser die adhäsive Anbindung des Klebstoffes an Reintitan und Ti-6Al-4V Fügekörper signifikant verbessern kann. Als effektiv erweisen sich kurze Pulse hoher Intensität. Diese können anorganische Oberflächenkontaminationen vollständig entfernen sowie den Anteil organischer Kontaminationen an der Oberfläche reduzieren. Der Wärmeeintrag bewirkt darüber hinaus ein Aufschmelzen der Oberfläche und eine Bildung von Titan-Stickstoff bzw. Titan-Sauerstoffphasen in oberflächennahen Schichten. Eine Mehrfachbehandlung führt zur Ausbildung einer porösen und nanostrukturierten Deckschicht, die eine Dicke von wenigen Mikrometern aufweist. Diese besteht an der Oberfläche hauptsächlich aus Titandioxid. Röntgenbeugungsuntersuchungen zeigen, dass tieferliegende Schichten Anteile der Titan-Sauerstoffphasen Ti2O und TiO enthalten. Die adhäsive Anbindung des Klebstoffes kann bei Klebung derartig vorbehandelter Prüfkörper soweit gesteigert werden, dass die Bruchflächen nach Zugscherbelastung nicht mehr adhäsive, sondern kohäsive Brüche des verwendeten Klebstoffes aufweisen.

Es wurde der Einfluss von nanometer-dünnen Silberschichten als Schmiermittel auf das tribologische Verhalten zwischen subnanometer-rauhem Silizium(100) und Rubin im Ultrahochvakuum (UHV) untersucht. Um den stattfindenden Prozess analysieren zu können, wurden neben der Schichtdicke auch die Relativgeschwindigkeit und Normalkraft systematisch variiert. Die Filme wurden mittels Elektronenstrahlevaporation zu Schichtdicken zwischen 2,5 - 30 nm auf Siliziumproben aufgetragen. Die anschließenden Messungen mit einem Kugel-Ebene-Kontakt-Mikrotribometer ergaben, anstatt einer für Weichmetallfilme üblichen effektiven Schichtdicke, eine ineffektive Schichtdicke, bei der sich ein Maximum des Gleitreibungskoeffizienten ausbildete beziehungsweise die Gleitbewegung gänzlich gehemmt wurde. Der Effekt wurde eine Größenordnung über der Substratrauhigkeit beobachtet. Mit zunehmender Geschwindigkeit änderte sich die Form des Schichtdickenverlaufs von einem maximal- zu einem wendepunktähnlichen Verhalten. Mithilfe dieser Ergebnisse und der nachträglich unter Normalbedingungen durchgeführten Messungen der Verschleißspuren mit einem Rasterkraftmikroskop (AFM) war es möglich, eine erste Hypothese zum Reibungsmechanismus aufzustellen.

Das Anwachsen der Rechenleistung von Computern ist stark mit der fortschreitenden Verkleinerung deren Kernbestandteile (Transistoren und Kabel) verknüpft. Allerdings wird die momentan vorherrschende Siliziumtechnologie an eine Grenze stoßen, die eine weitere Verkleinerung nicht mehr zulässt und damit ein weiteres Ansteigen der Rechenleistung unterbindet. Ein vielversprechender Ansatz um diesen Engpass zu umgehen, ist einzelne Moleküle als aktive Bauelemente zu verwenden und das Konzept molekularer Elektronik auszunutzen. Der Schwerpunkt dieser Arbeit liegt in der Untersuchung eines Systems, das eindimensionale Strukturen erzeugt. In einem aktuellen Experiment der Arbeitsgruppe von A. Kühnle an der Universität Mainz wurde ein Materialsystem präsentiert, das eindimensionale Strukturen auf einer nichtleitenden Oberfläche produziert. Dieses System ist ein vielversprechender Startpunkt für die Entwicklung von selbstassemblierten und selbstorganisierten Strukturen, die als Kabel für molekulare Elektronik verwendet werden könnten. Das Wachstum dieser Strukturen weist ein interessantes Reifungsverhalten in der Post-Depositions Phase auf. Ziel dieser Arbeit ist es, die Kernprozesse, verantwortlich für das experimentell beobachtete Verhalten, zu identifizieren. Zu diesem Zweck wurden mehrere Modelle mit steigender Komplexität, der Addition von zusätzliche Prozessen, entwickelt. Die Dynamik wurde mit dem kinetischen Monte Carlo (KMC) Algorithmus simuliert. Die verantwortlichen Prozesse wurden als Dimerbildung und Kantendiffusion identifiziert.

Optische Femtosekunden-Experimente ermöglichen detaillierte Untersuchungen an ungeordneten Strukturen. Als Beispiel sei das quasi-zweidimensionale System aus homogen zufällig verteilten, vertikal ausgerichteten Zinkoxid (ZnO) Nanonadeln genannt. Die Gruppe von Prof. Dr. Lienau in Oldenburg fand in dieser Struktur ungewöhnlich hohe Intensitäten, die auf Lokalisierung schließen lassen. Zeitaufgelösten dreidimensionalen Berechnungen mit den Maxwellgleichungen werden an einem Modellsystem veranschaulicht und mit den experimentellen Ergebnissen verglichen. Um das Auftreten von Lokalisierung zu überprüfen, werden statistische Methoden dargelegt und auf die berechneten quadratischen Intensitäten sowie auf die experimentelle Ergebnisse angewendet.

Aufgrund der großen Exzitonen Bindungsenergien von GaN (25 meV) und ZnO (60 meV), in Verbindung mit einem polaren Bindungscharakter, resultiert die Wechselwirkung mit elektromagnetischen Wellen in starken Polarisationsfeldern mit großen longitudinal-transversalen Energieaufspaltungen, welche sich in Form von longitudinalen und transversalen Moden im Medium ausbreiten. Die Polarisationsfelder werden Exzitonen-Polaritonen genannt und ergeben sich aus der Wechselwirkung von elektromagnetischen Feldern mit Anregungen im Kristall (Exzitonen). Eine Konsequenz von Exzitonen-Polaritonen ist das Auftreten von räumlicher Dispersion. Ziel dieser Arbeit ist es den Einfluss von Exzitonen-Polaritonen auf die optischen Eigenschaften von GaN und ZnO zu untersuchen. Dies geschieht einerseits experimentell durch die Analyse und Auswertung von temperaturabhängigen Reflexionsmessungen an GaN und ZnO und andererseits theoretisch durch die Analyse des Effektes mit Hilfe von zwei verschiedenen Modellen der Dielektrischen Funktion in Abhängigkeit der Temperatur (das Polaritonenmodell und das klassische Lorentz-Oszillatormodell). Die Grundlage der Modelle bildet die Beschreibung innerhalb der linearen Response-Theorie. Im Rahmen dieser wird die Wechselwirkung von Licht und Materie als erzwungene Schwingung von harmonischen Oszillatoren beschrieben.

Stärker als je zuvor steht die Elektromobilität sowohl im politischen als auch im wirtschaftlichen Mittelpunkt und nimmt damit eine wichtige Rolle in der Forschung und Entwicklung der Automobilhersteller ein. Nicht nur die Entwicklung von Elektrofahrzeugen sondern auch die Frage nach geeigneten Ladekonzepten und einer Ladeinfrastruktur muss in diesem Zusammenhang untersucht werden. Neben dem kabelgebundenen Laden wird eine zweite Strategie der Energieübertragung verfolgt, das kabellose, induktive Laden. Die große Herausforderung besteht darin, den Prozess des kabellosen Ladens so sicher und frei von Gefahren zu gestalten, dass einem Einsatz im öffentlichen Raum nichts mehr im Wege steht. Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Untersuchung einer Sensorik zur Detektion sich erwärmender Metallgegenstände im Spulenzwischenraum bei der kontaktlosen Energieübertragung. Zu Beginn wird ein Einblick in die theoretischen Grundlagen der Erwärmung, der Infrarotstrahlung und der Infrarotstrahlungstemperaturmessung gegeben. Im Anschluss daran wird die Eignung der Infrarotsensorik zur Überwachung des induktiven Ladevorgangs untersucht. Aufgabe der Sensorik ist die Erkennung sich erwärmender Gegenstände auf Basis von Infrarotstrahlungsdetektion. Die Experimente zeigen, dass sich viele theoretische Ansätze praktisch anwenden lassen. Dazu werden Wärmebilder aufgenommen und ausgewertet. Anschließend erfolgt eine übersichtliche Ergebnisdarstellung in Wort und Bild. Die Arbeit liefert damit einen wesentlichen Beitrag zur Untersuchung der Sicherheit des Ladekonzeptes und zur Findung eines möglichen Sensorsystems zur Überwachung des Spulenzwischenraums.

Diese Diplomarbeit gibt einen Überblick über anwendungsspezifische integrierte Schaltungen (ASICs) und deren Einsatz auf Linecards aus dem Blickwinkel des Energiebedarfs mit besonderer Beachtung von Green Engineering Aspekten. Die Diplomarbeit ist demnach in drei Hauptpunkte untergliedert. Der erste Abschnitt bildet einen aufeinander aufbauenden Überblick angefangen mit den physikalischen Vorgängen im Silizium bis hin zur Funktionsweise einer Linecard. Dabei werden insbesondere Energiebedarf und Energiedissipation sowie funktionelle Prinzipien näher betrachtet. Der zweite Abschnitt beschreibt an Linecards durchgeführte Experimente zur Messung des Energiebedarfs und deren Korrelation. Der letzte Abschnitt diskutiert und bewertet ausgesuchte Techniken zur Reduzierung des Energiebedarfs.

Die Arbeit befasst sich mit der Implementierung, Optimierung and Anwendung unkonventioneller Methoden zur Diffusionsmessung im inhomogenen Magnetfeld eines sogenannten single-sided NMR-Magneten. Diese umfassen sowohl mehrere eindimensionale Methoden als auch zweidimensionale Methoden zur Diffusion-Relaxation-Korrelationsmessung und Diffusion-Diffusion-Korrelationsmessung. Darüberhinaus wurden einige dieser Methoden zur Untersuchung von Austauschprozessen in einer bimodalen porösen Struktur angewandt und mit random-walk-Simulationen ergänzt

Amorph/kristalline (a-Si:H/c-Si) Heteroübergang-Solarzellen besitzen das Potential eines sehr hohen Umwandlungswirkungsgrads. Das Passiviervermögen der a-Si:H/c-Si-Grenzfläche hat dabei entscheidenden Einfluß. Aber das Zellkonzept bedingt die Deposition einer transparenten und leitfähigen Oxidschicht (z.B. ZnO:Al) auf den Emitter. Das Ziel dieser Arbeit ist den Einfluß der ZnO:Al Deposition mittels reaktivem DC Magnetron Sputtern auf die a-Si:H/c-Si Grenzflächeneigenschaften zu untersuchen. Dazu gehören die Betrachtung der Passiviereigenschaften und der Elektrostatik. Es wurde Probenserie verschiedener intrinsischer a-Si:H Schichten präpariert und die a-Si:H(i)/c-Si(p)-Grenflächenpassivierung kontaktlos und zerstörungsfrei vor und nach dem Sputterprozess mittels sehr empfindlicher elektrischer Methoden gemessen. Eine a-Si:H(i)/c-Si(p) Grenzflächenschädigung bei geringen a-Si:H(i)-Schichtdicken konnte beobachtet werden. Der Grund ist die Formation von negativen Sauerstoffionen im Sputterplasma, welche auf das a-Si:H(i)/c-Si(p)-Substrat mit hoher kinetischer Energie auftreffen. Die Implantationstiefe bzw. dei kritische a-Si:H(i)-Schichtdicke wurden mittels Monte-Carlo-Simulation bestätigt.

Durch den steigenden Energiehunger der Menschheit und die fortschreitende Verbreitung von mobilen elektrischen Anwendungen steht die Polymere Solarzelle seit einigen Jahren im Interesse der Forschung. Sie verspricht gegenüber der anorganischen Solarzelle Vorteile bei Gewicht, Dicke, Kombination mit flexiblen Substraten und deutlich geringe Herstellungskosten. Diese Arbeit beschäftigt sich mit der systematisch variierten Seitenkettensubstitution an der der Hauptkette eines PPE(Poly(Phenylen-Ethinylen))-PPV(Poly(Phenylen-Vinylen) -Copolymers. Es konnte gezeigt werden, dass die Seitenkettensubstitution von konjugierten Polymeren einen großen Einfluss auf ihre strukturellen und optoelektronischen Eigenschaften hat. So führten lineare Seitenketten an der Anthracen-haltigen Phenylen-Vinylen-Gruppe zu einer größeren Ordnung der sekundären und tertiären Polymerstruktur im Vergleich zu verzweigten Seitenketten. Diese Ordnung konnte mit Hilfe von Röntgenstrukturanalyse an Polymerpuvler und des Absorptionsspektrums sowie der Oberflächenmorphologie von Polymerfilmen nachgewiesen werden, und hatte gleichzeitig auch einen deutlichen Einfluss auf die photovoltaischen Eigenschaften. So wurde in dieser Arbeit klar dargestellt, dass diese Ordnung zu größeren Photoströmen und Füllfaktoren führt. Das von Dr. Daniel Egbe neue Konzept eines statistisch substituierten Polymers führte interessanterweise unter allen betrachteten Polymeren dieser Familie zur Ausbildung der höchsten Kristallinität. Mit diesem Polymer konnte eine Solarzelle mit 3.8% Wirkungsgrad realisiert werden, was nach derzeitigem Kenntnisstand die bisher höchste Effizienz einer PPV-basierten Polymer-Solarzelle darstellt. Zusätzlich zum Einfluss der Seitenketten auf die Morphologie bzw. Ordnung der Polymere, konnte ein Zusammenhang zwischen der Seitenkettenlänge und der erreichten offenen Klemmenspannung in einer bulk-heterojunction Solarzelle erneut verifiziert werden. Die erzielte Photospannung verhielt sich anti-proportional zu der Seitenkettenlänge am PPE-PPV-Copolymer. Somit konnten im Rahmen dieser Arbeit verschiedene eindeutige Struktur-Eigenschafts-Zusammenhänge zwischen der chemischen Struktur der Polymere - hier insbesondere der Struktur der Seitenketten - und der optischen, strukturellen und morphologischen Eigenschaften von photoaktiven Schichten in Solarzellen nachgewiesen werden. Diese Erkenntnisse können in Zukunft für die noch gezieltere synthetische Einstellung von Polymereigenschaften von weiterentwickelten Polymeren für die Anwendung in Solarzellen genutzt werden

Transparent leitfähige Oxide finden vor allem in der Optoelektronik vermehrt Anwendung und verbreiten sich spätestens seit der Entwicklung von LCD-Flachbildschirmen weltweit. Dabei wird heutzutage aufgrund der exzellenten elektrischen Eigenschaften vor allem zinndotiertes Indiumoxid (ITO) eingesetzt. Wegen der begrenzten Verfügbarkeit des Metalls Indium wird jedoch seit einiger Zeit an aluminiumdotiertem Zinkoxid (ZnO:Al) als Alternativmaterial geforscht. Im Rahmen dieser Masterarbeit wurde dotiertes Zinkoxid mit Hilfe eines reaktiven Sputterprozesses in einer Rolle-zu-Rolle Laborbeschichtungsanlage am Fraunhofer-Institut für Elektronenstrahl- und Plasmatechnik in Dresden auf PET-Folie abgeschieden. Dabei wurden zwei Themenkomplexe bearbeitet: Zunächst wurde die Schichtabscheidung von ZnO:Al vor allem hinsichtlich Sauerstofffluss, Druck, Leistung und Schichtdicke optimiert, wobei die optischen und elektronischen Eigenschaften im Fokus der Betrachtungen standen. Es konnte unter anderem nachgewiesen werden, dass vor allem bezüglich des Sauerstoffflusses nur ein sehr enges Prozessfenster zu Verfügung steht. In einem zweiten Versuchskomplex wurde das System zusätzlich mit Indium codotiert, um eine weitere Verbesserung der elektronischen Eigenschaften zu erreichen. Dabei wurde ein Rückgang der Streuung an den Korngrenzen mit steigendem Indiumgehalt festgestellt, jedoch ergab sich keine Steigerung der elektrischen Leitfähigkeit um eine gesamte Größenordnung, wie es nach Kirby und van Dover (Thin Solid Films 517, 1958 (2009)) zu erwarten war. Insgesamt wurden durch ein anwendungsnahes Rolle-zu-Rolle-Verfahren Schichten mit einem spezifischen Widerstand von 2,8 x 10-3 Ohm cm und einer Transparenz von 80,2 % abgeschieden. Diese Schichteigenschaften sind mit bereits veröffentlichten Werten aus stationären Laborbeschichtungen vergleichbar und verdeutlichen das Potenzial von ZnO:Al auf polymeren Substraten.

Für komplementäre Metall-Oxid-Halbleiter (CMOS) Bauelemente müssen Halbleiterschichten mit niedrigen Widerständen hergestellt werden. Die dafür notwendigen Dotierkonzentrationen liegen oberhalb des Metall-Isolator-Übergangs. Die Supraleitfähigkeit hochdotierter Halbleiter ist ebenfalls von zunehmendem Interesse. Über das Verhalten von Gallium dotiertem Silizium ist jedoch nur wenig bekannt. Es wurden mit hohen Galliumdosen durch eine SiO2 Schutzschicht implantierte Siliziumproben untersucht. Die Struktur der dünnen Schichten und die Umverteilung des Galliums nach Kurzzeitausheilung wurde mit Rutherford Rückstreuspektrometrie und Transmissionselektronenmikroskopie analysiert. Abhängig von der Ausheiltemperatur kommt es zur Polykristallisation oder Festphasenepitaxie. Tieftemperatur Hall-Messungen (T > 2 K) dienen der elektrischen Charakterisierung und dem Nachweis von metallischem Widerstandsverhalten.

Die vorliegende Diplomarbeit ist in zwei wesentliche Aufgaben unterteilt. Die erste Aufgabe besteht darin das Konzept eines Detektors für Wellenlängenveränderung, erfunden von PARC (Palo Alto Research Center in Kalifornien/USA), auf den nahen Infrarot Bereich bei 1550nm anzupassen und einen Laboraufbau zu realisieren. Im zweiten Teil wird die Entwicklung eines speziellen Prototyps beschrieben, welcher eine Wellenlängenauflösung kleiner eines Picometers über einen Wellenlängenbereich von 5nm hat. Für den Laboraufbau werden zu erst drei verschiedene handelsübliche linear ortsabhängige Transmissionsfilter charakterisiert und gegenübergestellt, wobei ein Filter für die späteren Messungen selektiert wird. Zur Simulation des Detektors ist ein Programm in Matlab 6.5 programmiert worden, welches den Einfluss der geometrischen Parameter des Detektors auf seine Funktionsweise verständlich macht. Darüber hinaus wird das Programm für die Optimierung des Filters zur Anpassung an den speziellen Wellenlängenbereich des Prototyps genutzt. Das Simulationsprogramm wird mit verschiedenen Umsetzungen des Detektors im Laboraufbau validiert. Für die eigentliche Messung von Wellenlängenänderungen wird ein Faser-Bragg-Gitter-Sensor ausgelesen, wobei eine Änderung von ˜30fm messbar ist. Zur Entwicklung des Prototyps ist ein spezieller Filter nach der Optimierung des Simulationsprogramms angefertigt worden. Die Auswahl aller weiteren Komponenten und die gegenseitige Anordnung sowie Justierung für die Herstellung wird beschrieben. Zuletzt wird der Prototyp charakterisiert und mit den gewünschten Spezifikationen verglichen, welche realisiert werden.

Diese Diplomarbeit wurde bei der Schott Solar AG, Alzenau angefertigt. Das Ziel der Arbeit war es, einen Carrier-Density-Imaging (CDI) Messplatz aufzubauen und über eine temperaturabhängige Lebensdauermessung die Energieniveautiefen von Defekten zu bestimmen. Für diese Messungen wurde in der vorliegenden Arbeit erstmals ein CDI Messplatz pixelweise kalibriert, was eine wesentliche Vereinfachung und eine deutliche Zeitersparnis im Vergleich zur bisher in der Literatur vorgeschlagenen Kalibrierung nach J. Isenberg bedeutet. Vor allem bei wechselnden Umgebungsbedingungen kann somit schnell eine neue Kalibrierung durchgeführt werden. Auch wurde gezeigt werden, dass das CDI Messwerte liefert, welche vergleichbar mit den Werten der MWPCD sind. Der Unterschied liegt vor allem in der Messzeit und in der Ortsauflösung. Mit dem CDI, das vergleichbare Ortsauflösungen wie das MWPCD von etwa 50æm liefert, sind erheblich kürzeren Messzeiten möglich. Des Weiteren wird in der Arbeit dargestellt, dass die temperaturabhängigen Lebensdauern durch Defekte in bestimmten Temperaturbereichen exponentiell beeinflusst werden. Effekte, die zur Bildung der typischen temperaturabhängigen Lebensdauerkurve führen, werden erläutert und theoretisch hergeleitet. Mittels einer verfeinerten SRH-Theorie konnte in dieser Arbeit schließlich über den Anstieg im Arrheniusplot die Energieniveautiefe des vorhandenen Defektes bestimmt werden. Hierzu wurde eine Linearisierung nach Ling und Cheng durchgeführt. Die so ermittelten Energieniveautiefen der Eisenverunreinigung stimmen gut mit den angegebenen Werten aus der Literatur (0,39 eV) überein. Ein Problem der durchgeführten Messungen ist, das über Einzelmessungen nur Angaben über die Energieniveautiefe getroffen werden können, nicht jedoch über die Position des Defektniveaus in der oberen oder unteren Bandlückenhälfte. Auch kann keine Aussage über eine Konzentration von Defekten vorgenommen werden. Somit lässt sich nur zeigen, dass ein Defekt vorhanden ist, dies jedoch schon bei geringsten Konzentrationen, was eine solche Messung sehr wirkungsvoll macht. Man muss allerdings bedenken, dass nur der dominierende Defekt gemessen werden kann.

Der Schwerpunkt dieser Arbeit lag auf der experimentellen Untersuchung des Einflusses der Impulsgruppen im Mehrfachimpulsmodus auf die präzise Mikromaterialbearbeitung. Hierbei wird das Abtragsverhalten an den Materialien Messing, Stahl, Borosilikatglas und Silizium untersucht. - Anstatt, dass die Bearbeitung mit Impulszügen mit einem Impuls, welche einen gleichmäßigen Zeitabstand besitzen, erfolgt, werden Impulse in einer periodischen Sequenz von Impulsgruppen emittiert, sogenannten Mehrfachimpulsen (engl.: Burst). Hierzu werden zwei aufeinander folgende Impulsgruppen in die Gruppe A und B aufgeteilt. Die Anzahl der Laserimpulse in den Impulsgruppen A und B können unabhängig voneinander gesetzt werden. Der Impulsabstand zwischen den Impulsen innerhalb einer Impulsgruppe beträgt 20 ns. - Für die Untersuchungen stand ein ps-Lasersystem mit einer Impulsdauer von ca. 10 ps und einer mittleren Ausgangsleistung bis zu 50 W zur Verfügung, welcher bei einer Wellenlänge von 1064 nm operierte. Die Experimente wurden bei einer konstanten mittleren Ausgangsleistung von 10 W (25 W & Pmax) und konstanter Repetitionsrate (200 kHz, 400 kHz, 500 kHz & 1000 kHz) durchgeführt. Die Anzahl der Laserimpulse in den Impulsgruppen A und B wurde jedoch variiert. - Die Auswertung der Ergebnisse erfolgte mit einem Lichtmikroskop für die Ermittlung der Abtragstiefe, einem Weißlichtprofilometer und einem Rasterelektronenmikroskop für die Bestimmung der Oberflächenqualität. - Für die untersuchten Materialien wurde ein unterschiedliches Abtragsverhalten nachgewiesen: Bei Borosilikatglas werden die besten Abtragsergebnisse im Einzelimpulsmodus erzielt. Dagegen werden bei den Materialien Messing, Stahl und Silizium die höchsten Abtragsraten mit größer werdender Impulsanzahl in beiden Impulsgruppen erreicht.

Ziel der Diplomarbeit war die Verbesserung der Vorderseitenbeschichtung kristalliner mit selektivem Emitter hergestellter Siliziumsolarzellen des Solarzellenherstellers Bosch Solar Energy AG. Diese Vorderseitenbeschichtungen sollten eine gute elektrische Passivierung und Lichteinkopplung gewährleisten, sowie eine elektrische Kontaktierung der Solarzelle nicht verhindern. Dafür wurden verschiedene dielektrische Schichten und Schichtsysteme untersucht und optimiert. Die Passiviergüte der Schichtsysteme wurde mit Hilfe der QSSPC-Messmethode (engl.: quasi steady state photoconductance decay) bestimmt. Bei dieser Methode wird die effektive Lebensdauer der Ladungsträger gemessen und daraus die Emittersättigungsstromdichte bestimmt, welche ein Maß für die Qualität der Passivierung ist. Für die Charakterisierung der Metall-Halbleiter-Kontakte wurde die TLM-Methode verwendet (engl.: transfer length method). Die optischen Eigenschaften der Vorderseite wurden mit Hilfe von Ray-Tracing-Simulationen optimiert. Es stellte sich heraus, dass das optimale Schichtsystem für die elektrische Passivierung nicht dasselbe ist wie für die optimale Lichteinkopplung und für die optimale Kontaktierung. Um einen optimalen Kompromiss zwischen diesen Schichtsystemen zu finden, wurden Solarzellen mit verschiedenen Schichtparametern hergestellt, charakterisiert und sowohl miteinander als auch mit Referenzzellen verglichen. Die Zellen mit den besten Schichtsystemen zeigten deutlich höhere Leerlaufspannungen, Kurzschlussstromdichten, Füllfaktoren und letztendlich Wirkungsgrade als die Referenzzellen. Die in dieser Diplomarbeit bearbeiteten Themen und gefundenen Ergebnisse werden auf ihre Einsetzbarkeit in der zukünftigen Zellproduktion verfolgt.

Die Atmosphäre und in ihr stattfindende Prozesse sind von zentraler Bedeutung für die Gesamtheit aller Lebewesen. Ohne diese die Erde umspannende Gashülle wäre ein Leben auf dem Planeten nicht möglich. Das in der Atmosphäre vorherrschende Klima prägt dabei entscheidend das Verhalten der lebenden Spezien und den ihnen umgebenden Raum. Wesentliche Bedeutung im Klima kommt den Wolken zu. Diese steuern vor allem den Wasserkreislauf und beeinflussen den Strahlungshaushalt der Erde. Sie spielen daher auch eine wichtige Rolle bei der Frage nach einem antropogen verursachten Klimawandel. Aufgrund der hohen Komplexität des Systems Atmosphäre sind jedoch viele Prozesse noch unzureichend verstanden und Gegenstand aktueller Forschung. Im Rahmen dieser Arbeit wurden deshalb Laborexperimente an geladenen mikroskopisch kleinen Tropfen unter atmosphärisch relevanten Bedingungen durchgeführt. Der Fokus der Untersuchungen lag dabei auf dem Verdampfungsverhalten der Tropfen. Zu diesem Zweck wurden Versuche in einem elektrodynamischen Levitator durchgeführt, wodurch es möglich ist die Tropfen freischwebend ohne störenden Oberflächenkontakt zu untersuchen. Mit dieser Arbeit konnte gezeigt werden, dass eine von einem mikroskopischen Tropfen getragene Ladung ebenfalls eine stabilisierende Wirkung auf diesen hat. Die sich einstellende Tropfengröße im Gleichgewicht steigt dabei mit wachsender Nettoladung beziehungsweise wachsender relativer Luftfeuchtigkeit. Ausgehend davon kann geschlussfolgert werden, dass der Tropfenladung eine wesentliche Bedeutung bei der Erhöhung der Lebensdauer von Wolkentropfen in der Atmosphäre zukommt.

Einzelmolekülexperimente ermöglichen neue Einblicke in biologische Prozesse, die mit Messungen an herkömmlichen Systemen mit einer Vielzahl von Molekülen bisher nicht gewonnen werden konnten. In dieser Arbeit wird die Kinetik eines Haarnadelmoleküls mit vier Konformationszuständen mit Zugexperimenten unter Einsatz einer optischen Pinzette experimentell untersucht und theoretisch modelliert. Drei verschiedene Kraftsprünge, die mit Übergängen zwischen den Konformationszuständen einhergehen, werden in den Faltungs- und Entfaltungsvorgängen beobachtet. Mit Hilfe einer Übergangsratentheorie auf Grundlage eines Freien-Energie-Modells für das Haarnadelmolekül werden Wahrscheinlichkeitsverteilungen für die Aufbruchskräfte der einzelnen Übergänge berechnet. Eine gute Übereinstimmung der theoretischen Vorhersagen mit den experimentellen Ergebnissen wird für unterschiedliche Ziehgeschwindigkeiten erzielt.

Der Halbleiter Zinkoxid gewinnt seit der Mitte der 90er Jahre stetig an Interesse in der Halbleiterforschung. Die direkte Bandlücke von rund 3,4eV und die außergewöhnlich hohe Exzitonenbindungsenergie von etwa 60meV machen ZnO zu einem idealen Kandidaten für optoelektronische Anwendungen im ultravioletten Bereich des elektromagnetischen Spektrums. Eine Schlüsseltechnologie zur Herstellung optoelektronischer Bauelemente ist die Durchstimmbarkeit der Bandlücke. Dabei kann die Verschiebung zu höheren Energien durch die Substitution von Zn mit Mg realisiert werden. Während die optischen Eigenschaften von ZnO weitgehend verstanden sind, gilt dies nicht für das ternäre System MgZnO. Die vorliegende Arbeit stellt dazu im Vorfeld der Untersuchungen das Materialsystem vor, beschreibt die Theorie der optischen Eigenschaften und diskutiert den Einfluss von Verspannungen auf Basis der kp-Theorie. Den Schwerpunkt der Arbeit bildet die Bestimmung und die Analyse der komplexen dielektrischen Funktion von MgZnO. Diese wurde mit Hilfe der spektroskopischen Ellipsometrie im Bereich zwischen 1eV und 5eV an epitaktischen MgZnO-Schichten mit Mg-Anteilen von 0% bis 23% bestimmt. Die isotrope Anpassung lieferte die parameterfreien dielektrischen Funktionen der MgZnO-Schichten. Bei der Analyse auf ihre einzelnen Beiträge wurden, neben der Coulomb-Wechselwirkung, Beiträge durch Exzitonen-Phononen-Komplexe berücksichtigt. Es zeigte sich, dass diese einen signifikanten Beitrag zur dielektrischen Funktion von MgZnO liefern. Zusätzlich konnten aus den Anpassungen wichtige Materialparameter, wie z.B. die Bandlücke oder die Hochfrequenzdielektrizitätszahl, bestimmt werden. Neben der Ellipsometrie erfolgte eine unabhängige Charakterisierung mittels temperaturabhängiger Photolumineszenzspektroskopie im Bereich der Bandkante. Die Übergänge aus freien und gebundenen Exzitonen sowie ihre Phononenreplika konnten über den gesamten Temperaturbereich (5K-290K) identifiziert werden. Der Vergleich von Ellipsometrie und Photolumineszenz zeigte eine Stokes-Verschiebung.

Die Stromerzeugung über Photovoltaik gewinnt zunehmend an Bedeutung. Mit der sogenannten Dünnschichttechnik wird der Weg zu kostengünstigen Solarmodulen aufgemacht. Dünnschichtzellen auf der Basis von Kupfer-Indium-Gallium-Diselenid (CIGS) werden inzwischen kommerziell gefertigt. Bei heutigen Zellen wird zwischen dem Halbleiter und der Frontelektrode eine Cadmiumsulfid-Pufferschicht durch eine Fällungsreaktion aus wässriger Lösung aufgebracht. - Ziel der Bachelorarbeit war es eine cadmiumfreie Pufferschicht aus der Gasphase herzustellen, die vergleichbare Eigenschaften wie die bisherige Pufferschicht aufweist. Dabei wurde ein bereits auf kleiner Fläche (0,5 cm2) getestetes statisches Verfahren zur Erzeugung von In2S3-Pufferschichten mittels thermischer Verdampfung auf größerer Fläche (30x30 cm2) erfolgreich übertragen, wobei eine produktionsnahe In-line-Laboranlage verwendet wurde. Durch eine detaillierte Analyse der Vorgänge bei der Abscheidung konnten die Eigenschaften der Pufferschicht auf größerer Fläche optimiert werden. Auf dieser Basis wurden komplette CIGS-Module aufgebaut und charakterisiert. Thermisch verdampfte In2S3-Schichten als Puffer in 30x30 cm2 CIGS-Solarmodulen sind in der Literatur bisher nicht beschrieben und wurden somit erstmals in dieser Arbeit realisiert.

Die Vorder- und Rückseitenablation dünner Gold- und Siliziumsuboxidschichten auf einem Quarzglassubstrat mit Hilfe eines UV-Excimerlasers ist die zentrale Problemstellung der vorliegenden Arbeit. Hierzu kommen ein ArF-Laser (193 nm) sowie ein KrF-Laser (248 nm) zum Einsatz. Im ersten Versuchsteil werden beide Bearbeitungskonfigurationen, Vorder- und Rückseitenablation, vergleichend gegenübergestellt, wobei zusätzlich der Einfluss eines Grobvakuums auf den Prozess untersucht wird. Die Reduzierung des Umgebungsdrucks führt zu einer Verringerung der Ablagerungen auf der bearbeiteten Oberfläche. Eine Änderung der Schwellfluenz für die Ablation durch die veränderten Druckverhältnisse kann mit den verwendeten Methoden jedoch nicht festgestellt werden. Ebenso gibt es kaum Unterschiede hinsichtlich der Nanopartikel im Vergleich zur Bearbeitung an Luft. Bei der Vorderseitenablation der Goldschichten steigt die Größe der entstehenden Nanopartikel mit zunehmender Fluenz, wohingegen die räumliche Dichte abnimmt. Mit steigender Fluenz verändern sich Größe und Dichte der Partikel bei den rückseitig bestrahlten Goldschichten kaum, allerdings verschwinden die Partikel ab einer bestimmten Fluenz komplett. Im Gegensatz dazu zeigt sich bei den Siliziumsuboxidschichten keine deutliche Abhängigkeit der Form, Größe und räumlichen Dichte der Partikel von der Fluenz. Für den zweiten Versuchsteil werden die rückseitig bestrahlten Schichten direkt mit Aceton bzw. Ethanol in Berührung gebracht. Innerhalb eines definierten Fluenzbereichs verschwinden die Ablagerungen auf der Oberfläche durch das flüssige Confinement beinahe vollständig. Für praktische Anwendungen, wie die Herstellung von optischen Elementen, ist dieser Aspekt ein großer Vorteil. Allerdings bleibt an den Rändern der streifenförmig ablatierten Flächen Material zurück, weshalb die Ränder deutlich unsauberer im Vergleich zur Bearbeitung an Luft sind. Deshalb kann auf zusätzlich Reinigungsprozeduren nicht vollständig verzichtet werden. Zusätzlich werden die Ergebnisse einer Simulation zur Temperaturentwicklung innerhalb der Schichten bei dem Prozess der Vorderseitenablation vorgestellt. Das Programm basiert auf der numerischen Lösung der Wärmeleitungsgleichung mit Quellterm. Die Ergebnisse der Simulation stimmen gut mit dem Experiment überein und legen nahe, dass bei den vorderseitig bestrahlten Goldschichten ein Ablationsprozess vorliegt, bei dem hydrodynamische Effekte eine zentrale Rolle spielen.

Untersuchungsobjekt dieser Arbeit ist das aluminiumreiche metallische Glas Al85Ni10La5 (at- %). Hergestellt durch Heliumverdüsung, liegt die Legierung in Pulverform mit einem durchschnittlichen Durchmesser von 11 ?m vor. Aluminiumreiche metallische Gläser haben sehr hohe Streckgrenzen und ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit, wodurch eine Anwendung bei Hochfestigkeitswerkstoffen interessant ist. Die Streckgrenze kann durch eine partielle Kristallisation signifikant erhöht werden. Dabei entstehen fcc- Aluminiumkristalle mit einer Größe von wenigen Nanometern innerhalb der amorphen Matrix. Diese unvollständige Entglasung kann sowohl durch thermische als auch durch mechansiche Verfahren induziert werden. Der Kristallisationsmechanismus beider Verfahren ist vermutlich vollkommen unterschiedlich. Einige Wissenschaftler vermuten, dass der Kristallisationsmechanismus der mechanisch induzierten Kristallisation athermisch ist. Ziel dieser Arbeit ist die Untersuchung von Temperatureinflüssen auf die mechanisch induzierte Kristallisation von Al85Ni10La5 (at- %) verursacht durch Kugelmahlen. Hierfür wurden Mahlvorgänge in drei unterschiedlichen Temperaturbereichen vollzogen, wobei neben Raumtemperatur (RT), tiefe Temperaturen (TT) durch Trockeneis und hohe Temperaturen (HT) durch Heißluft realisiert wurden. Die gemahlenen Proben wurden mit unterschiedlichen experimentellen Verfahren untersucht: Licht- und Rasterelektronenmikroskopie (LM, REM), Differenzialkalorimetrie(DSC) und Röntgenstrukturanalyse (XRD). Die DSC- Kurven offerieren charakteristische Temperatureinflüsse, die vermutlich durch eine beschleunigte Bildung von fcc- Aluminium bei höheren Mahltemperaturen verursacht sind. Der Vergleich der XRD- Spektren nach 240 Minuten Kugelmahlen zwischen RT und HT weist auf einen deutlich größeren Anteil von fcc- Aluminium bei HT hin. Nach Kugelmahlen bei TT kann ein erhöhter Abrieb von ZrO2 festgestellt werden, wodurch Vergleiche zu Ergebnissen bei TT nur eingeschränkt möglich sind. Die Arbeit ist in sieben Abschnitte gegliedert. Nach der Einleitung(Abschnitt 1) werden die theoretischen Grundlagen(Abschnitt 2) zur Beschreibung metallischer Gläser definiert und die experimentellen Untersuchungsmethoden(Abschnitt 3) detailliert beschrieben. Die experimentellen Ergebnisse werden in Abschnitt 4 dargestellt und in Abschnitt 5 diskutiert. Abschließend werden die Ergebnisse zusammengefasst(Abschnitt 6) und ein Ausblick auf mögliche zukünftige Experimente (Abschnitt 7) gegeben.

Indiumnitrid ist ein Halbleitermaterial mit enormem Anwendungspotential. Es kann für LEDs, Hochfrequenztransistoren, Sensoren und Solarzellen verwendet werden. Wichtig für die Entwicklung technischer Anwendungen ist hierbei das Wissen um die Oberflächeneigenschaften. Diese werden wiederum von den Wechselwirkungen mit den Molekülen in der Umgebung des Halbleiters beeinflusst. In dieser Arbeit wurden die Wechselwirkungen von unrekonstruierten und 2x2-rekonstruierten InN-Oberflächen mit Wasser untersucht. Die Proben wurden dafür mittels plasmaunterstützter Molekularstrahlepitaxie gewachsen und mit Hilfe von RHEED, UPS, XPS sowie AFM charakterisiert. Dabei zeigten beide Probentypen ein ähnliches Verhalten unter Wasserangebot bei Raumtemperatur. So haben beide Proben zu Beginn eine etwa gleich große Reaktivität mit Wasser. Dieses bindet zunächst an sauberen Oberflächen auf eine andere Weise, als nach höheren Angeboten, was sich in einer anfänglichen Abnahme und späteren wieder Zunahme der Austrittsarbeit äußert. Weiterhin gibt es Hinweise auf entstehende Oxid- und Hydroxidbindungen, welche in den Intensitätsmaxima der Kernniveaus in den XPS-Spektren sowie im Valenzband in den UPS-Spektren zu finden sind. Hinweise auf rein wasserstoffinduzierte Bindungen sowie auf adsorbiertes, undissoziiertes Wasser lassen sich nicht erkennen. Weiterhin ist mittels UPS und RHEED festzustellen, dass aufgrund des Wasserangebots die 2x2-Oberflächenrekonstruktion verschwindet. Die Austrittsarbeit sinkt unter zunehmendem Wasserangebot kurzzeitig ab, und steigt anschließend wieder an. Eine mögliche Erklärung hierfür könnten Oberflächendefekte sowie Inseln sein.

Das quantenmechanische Verhalten von Elektronen auf dem Pyrochlorgitter und seinem zweidimensionalen Gegenstück, dem Schachbrettgitter war Gegenstand zahlreicher neuerer Untersuchungen. Diese wurden unter anderem durch das Tieftemperaturverhalten vom Lithiumvanadat inspiriert, welches als erstes Material ohne besetzte f-Orbitale Eigenschaften zeigte, die für Schwerfermionensysteme typisch sind. - In der theoretischen Erklärung dieser Eigenschaften spielt die Anordnung der Vanadiumatome in einem Pyrochlorgitter eine zentrale Rolle. Es ist bekannt, dass es sich dabei um ein geometrisch frustriertes Gitter handelt. - Eine charakteristische Eigenschaft der frustrierten Systeme ist ihre makroskopische Entartung der klassischen Grundzustands-Mannigfaltigkeit. Es wurde ausserdem diskutiert, dass auf dem Pyrochlor- und Schachbrettgitter mobile Ladungsträger existieren können, die halbzahlige vielfache der Elementarladung tragen. - Bisher ist wenig über den klassischen Transport von Ladungsträgern in diesen Systemen bekannt. Zur Untersuchung wurde zunächst ein Simulationsprogramm geschrieben. Mit der Simulation wurden zunächst Eigenschaften des Systems im thermodynamischen Gleichgewicht bestimmt. Ausserdem wurden mit einem externen elektrischen Feld Nichtgleichgewichtszustände provoziert und der daraus resultierende elektrische Strom untersucht. - Die mobilen Ladungsträger, darunter solche mit nicht ganzzahligen Vielfachen der Elementarladung, wurden charakterisiert. Es wird zudem eine bestimmte Systematisierung dieser Ladungsträger vorgeschlagen. Anhand dieser Systematisierung wurde versucht, analytische Zusammenhänge herzuleiten, mit denen die Dichte der mobilen Ladungsträger berechenbar ist. Diese ist ausserordentlich relevant für die Transporteigenschaften. In diesem Rahmen konnten die Ladungsträgerdichten in der Nähe des Grundzustands, also im Grenzwert niedriger Temperaturen und schwacher Felder, für alle Teilchendichten sehr erfolgreich analytisch berechnet werden. Die Schwierigkeiten bei der Erweiterung auf angeregte Zustände werden Anhand der Abweichungen zu den Simulationsergebnissen aufgezeigt und diskutiert. Eine vollständige Lösung dieses Problems, dessen Lösung die Vorhersage der Ladungsträgerdichten für alle Teilchendichten, Temperaturen und Feldstärken erlauben würde, muss aber Gegenstand zukünftiger Untersuchungen bleiben.

Diese Arbeit behandelt 2 Themen. - Das erste Thema ist Graphen, seine Entdeckung und Charakterisierung. Weiterhin werden AFM- und Raman Messungen von Graphen gewachsen auf SiO und Ni, gemessen am CMRR, präsentiert. Die optischen Aufnahmen von Graphen auf SiO zeigen verschiedene, gleichmäßig gefärbte Graphenlagen auf dem Substrat aber die AFM Messungen enthüllen, dass selbst die gleichmäßigsten Gebiete mit vielen kleinen Graphenlagen der Größe von 100nm^2 bedeckt sind. Die Raman Messungen zeigen eine eindeutige Verschiebung des 2D Peaks, abhängig von der Anzahl der Graphenlagen auf dem SiO Substrate, wie berichtet in der Literatur. Auf dem Ni Substrate konnte keine Verschiebung des 2D Peaks festgestellt werden. - Das zweite Thema ist die normale- und laterale Kalibrierung eines Rasterkraftmikroskops um normale und laterale Kräfte zu messen. Die benötigten Kalibrierungskonstanten, die normale Sensitivität SN und die laterale Sensitivität S, konnten erfolgreich bestimmt werden. Reibungsmessungen wurden auf 13 unterschiedlichen Materialien durchgeführt. Die gemessenen normal- und lateral Signale wurden zu Kräften umgerechnet und die Reibungskoeffizienten wurden bestimmt. Das Graphen auf SiO zeigt im Vergleich zum SiO Substrat und zu den meisten anderen Materialien einen sehr niedrigen Reibungskoeffizienten. Er wird nur übertroffen vom Reibungskoeffizienten von HOPG und SiN. Demgegenüber wurde für das Graphen auf Ni nur einen Reibungskoeffizienten zwischen Si und SiO gemessen. In dieser Arbeit wurden die theoretischen Kapitel von den praktischen Kapitel getrennt. Zu den theoretischen Kapitel gehört Kapitel 1 in dem allgemein Graphen eingeführt wird und Kapitel 3 in welchem das Rasterkraftmikroskop vorgestellt wird. Weiterhin ist im Kapitel 3 die theoretische Erklärung für die normale- und laterale Kalibrierung des AFM zu finden. Die experimentellen Ergebnisse und Messungen werden in den Kapitel 2, 4 und 5 behandelt. Und letztlich, in den Kapitel 6 und 7, werden die ermittelten Reibungskoeffizienten präsentiert gefolgt von der Bewertung der Ergebnisse und der Fehlerdiskussion. Eine Zusammenfassung ist in Kapitel 8 zu finden.

Bei der Zahnpflege treten verschiedene Wechselwirkungen auf, bei deren Beschreibung die unterschiedlichen Mechanismen und Randbedingungen der biologischen Materialien berücksichtigt werden müssen. Bisher wurden die verschiedenen Einflussfaktoren wie Reinigungsleistung, Polierwirkung und Minimalabrasion im oberflächennahen Bereich sowie die Wechselwirkungen unter der Berücksichtigung von Speichel, Pellikel und mechanischem Kontakt von Filament und Zahn noch nicht zuverlässig messtechnisch erfasst und bewertet. Dies stellt eine anspruchsvolle und bisher noch nicht gelöste Aufgabe dar. Durch ihre Lösung soll die Entwicklung neuer Zahnpflegeprodukte effektiv unterstützt werden. - Ziel dieser Arbeit war die komplexe Analyse des Reinigungsprozesses unter Berücksichtigung tribologischer Aspekte. Dazu wurde der Zahnputzvorgang auf den Kontakt von einem Bürstenfilament mit der Zahnschmelzoberfläche reduziert. Die Versuche wurden am Mikrotribometer durchgeführt und verschiedene Situationen nachgestellt. So konnten die Reibwerte für den Prozess des Zähneputzens sowie der Einfluss des umgebenden Mediums (destilliertes Wasser, Speichel oder Zahnpasta-Slurry) und der Oberflächenpräparation (poliert oder gefärbt) ermittelt werden. Im Anschluss an diese Versuche wurde die Oberflächentopographie analysiert und der Abrieb des Belages sowie des Zahnmaterials bei den verschiedenen Versuchen ermittelt. Es wurde gezeigt, dass nur die Verwendung einer Zahnpasta den Belag vollständig entfernen kann, es bei Verwendung dieser aber in Abhängigkeit vom RDA-Wert zu Verschleißerscheinungen am Zahnschmelz kommt. Anhand der Reibwerte konnte eine Abschätzung für die Reibleistung getroffen werden und es wurden Wege aufgezeigt, wie diese Energie für biochemische Reaktionen genutzt werden kann, sodass neue Zahnpflegeprodukte hinsichtlich ihrer Wirkungsweise optimiert werden können und die Reinigung nicht mehr ausschließlich auf mechanischem Wege mit Hilfe von Abrasivstoffen erfolgt.

Graphen ist eine der zukunftsträchtigsten Errungenschaften der letzten Jahre auf dem Gebiet der Festkörperphysik. Die zweidimensionale Graphitstruktur weist außergewöhnliche physikalische und elektronische Eigenschaften auf. In dieser Arbeit wird Graphen mit oberflächenphysikalischen Methoden untersucht, das auf zwei unterschiedliche Arten hergestellt wurde. Großflächiges Graphen, das mittels Chemischer Gasphasenabscheidung (CVD) auf polykristallinem Nickel gewachsen ist, wurde mit UV - Photoelektronenspektroskopie (UPS) und Rastertunnelmikroskopie (STM) untersucht. Epitaktisches, auf Siliziumkarbid gewachsenes Graphen, wurde mit hochauflösender Elektronenenergieverlustspektroskopie (HREELS), Elektronenbeugung (LEED) und Röntgen - Photoelektronenspektroskopie (XPS) untersucht. Das CVD-gewachsene Graphen zeigt im STM ein kontinuierliches Moiré-Muster an der Oberfläche, was auf eine sehr gute Kristallqualität hinweist. Mittels UPS wurde ein Endzustandseffekt beobachtet, welcher eine unterscheidung des Graphens nach der Qualität erlaubt. In den HREELS - Messungen wurde eine Kopplung der sogenannten Fuchs Kliewer Phononen mit den Ladungsträgern beobachtet. Eine Simulation der HREELS - Spektren auf Grundlage der Dielektrischen Theorie ermöglicht die Bestimmung von Ladungsträgerdichte, Ladungsträgerbeweglichkeit und effektiver Masse der Ladungsträger im Graphen.

In den letzten Jahren hat das Interesse an Galfenol (FeGa Legierung) stark zugenommen. Terfenol (Tb1-xDyxFe2), das als magnetostriktives Material jetzt schon kommerziell konkurrenzfähig mit piezoelektrischen Materialen ist, besitzt oft jedoch nicht die nötige mechanische Festigkeit. Da es zudem Seltene Erden beinhaltet, ist das Interesse an anderen Materialien groß. Seit 1998 Galfenol vorgestellt wurde, sind verschiedene Anwendungen bereits durchgeführt worden. Viele Herstellungsverfahren für makroskopische Mengen an Galfenol und deren Einfluss auf die magnetostriktiven Konstanten wurden untersucht. Für mikroelektronisch-mechanische Systeme (MEMS) wird die Herstellung von kleinen Strukturen wichtig. Um das Material optimal einzusetzen, müssen ihre physikalischen Eigenschaften genauer untersucht und verstanden werden. Die Ursache der Magnetostriktion in Galfenol wird dabei immer noch diskutiert. Neben Sputtertechniken, die zur Herstellung von dünnen Filmen verwendet werden, wird im Rahmen dieser Diplomarbeit die Möglichkeit des Wachstums von Galfenol durch Molekularstrahlepitaxie untersucht. Durch Variation der Verdampfungszellentemperaturen kann Galfenol mit beliebigen Ga Konzentrationen leicht hergestellt werden. Durch die große Anzahl Materialien, die bereits mit Molekularstrahlepitaxie gewachsen wurden, ermöglicht diese Technik die Abscheidung von verschiedenen Heterostrukturen mit glatten Grenzflächen. Damit eröffnet die Molekularstrahlepitaxie neue Optionen bezüglich Wachstum und Charakterisierung von Galfenol. Die Charakterisierung mit Hilfe mittels der Photoelektronenspektroskopie (XPS) und der vibrierenden Proben Magnetometrie (VSM) ist im Fokus dieser Diplomarbeit. Der Einbau von Ga in Fe Filme wird demonstriert. Dabei bleiben dünne Fe Filme bis 26 % Ga Konzentration einkristallin. Frühere Studien von Wun-Fogle haben gezeigt, dass einkristallines Galfenol bei Ga Konzentrationen um 18 %, die größte Magenostriktivität (400ppm) entlang der <100> Richtungen aufweist. Hysteresekurven mit Ga Konzentrationen von 8 bis 26 % wurden im Rahmen der Diplomarbeit gemessen, wobei die kleinsten Koerzitivfelder entlang der leichten Richtungen für Ga Konzentrationen zwischen 16 und 20 % beobachtet wurden.

Galliumnitrid (GaN) ist ein künstlich gezüchteter Gruppe-III-Nitrid-Halbleiter mit einer großen Bandlücke von etwa 3,4 eV, dessen Hauptanwendungen in der Hochleistungs-, Hochfrequenz- und Hochtemperaturelektronik sowie der Optoelektronik und Sensorik liegen. Im Rahmen dieser Arbeit wurden ultradünne Schichten von N-polarem alpha-GaN mittels Plasma-unterstützter Molekularstrahlepitaxie (PAMBE) auf zuvor thermisch und mechanisch präparierten Saphir (Al2O3) gewachsen und mittels hochenergetischer Elektronenbeugung (RHEED), Röntgenphotoelektronenspektroskopie (XPS) und Rasterkraftmikroskopie (AFM) untersucht. Schichtdicken des Adsorbaten von 0-4 nm ermöglichen eine Analyse des chemischen und elektronischen Übergangs sowie des Einflusses des Substrates auf die Schicht. Das Wachstum wurde auf zwei Arten, schichtweise und direkt, durchgeführt. Es zeigt sich, dass beide Methoden zwar stöchiometrische Schichten erzeugen, bei ersterer jedoch eine deutlich größere Rauheit der Oberfläche auftritt. - Eine Bestimmung des Valenzbandoffsets zwischen GaN und Al2O3 zeigt einen Sprung am Übergang von 1,6-1,7 eV und eine weitere Verbiegung mit zunehmender Schichtdicke von 0,3-1 eV, welche stark von der Qualität der gewachsenen Schicht abhängt. - Eine Untersuchung des chemischen Übergangs zwischen Substrat und Adsorbat mittels Asymmetrien im XPS weist auf eine AlGaO3 bzw. Ga-Al2O3 Übergangsbindung hin, bei der die unterste Lage Gallium sowohl Bestandteil der obersten Lage Saphir als auch der ersten Lage GaN ist.

Die Arbeit behandelt den Trocknungsprozess von Farben und erläutert die generelle Zusammensetzung von Farben. Für die verwendete Technik werden die Grundlagen der Kernspinresonanz erläutert und eine zusätzliche Abhandlung der NMR-MOUSE gegeben. Die Messungen mit diesem Gerät, welche auf Epoxidfarben angewendet wurden, werden aufgezeigt und Schlussfolgerungen zu ihren Trocknungsprozess erläutert.

Das Entstehen von Inhomogenitäten (Schlieren) während das Glasherstellungsprozesses kann nicht verhindert werden. Die Untersuchung dieser Strukturen mit Hilfe der Schattenmethode ist ein allgemein annerkanntes Verfahren. Diese Arbeit behandelt maßgeblich die Simulation dieser Inhomogenitäten (Schlieren) in optischem Glas. Es werden Unterschiede zwischen der zweidimensionalen und dreidimensionalen Betrachtung erläutert. Eine erste Rückrechnung konnte quantitativ erzielt werden.

Galliumnitrid (GaN) ist der wichtigste Halbleiter für die kommerzielle Herstellung von blauen Leucht- und Laserdioden. Doch trotz der verbreiteten Nutzung von GaN ist die Theorie der exzitonischen Beiträge bei derWechselwirkung mit Licht unter dem Einfluss von Verspannungen und elektrischen Feldern bisher nur wenig voran geschritten. Insbesondere wurde der Einfluss der Valenzbandstruktur auf die exzitonische dielektrische Funktion in bisherigen Untersuchungen nicht berücksichtigt. Es wurden bisher ausschließlich isotrope und parabolische Bänder verwendet. In dieser Arbeit wird der Einfluss der Anisotropie, der Nichtparabolizität und der Mischung der Valenzbänder von GaN auf die dielektrische Funktion der Exzitonen in GaN sowie auf die experimentellen Größen Absorption und Reflektivität systematisch untersucht. Außerdem wird die Anisotropie des Leitungsbandes berücksichtigt. Mit Hilfe der relativen Einteilchen-Übergangsintensitäten gelingt es außerdem die Spektren des pi-polarisierten und des sigma-polarisierten Lichtstrahls zu bestimmen. Es werden experimentelle Reflektivitätsspektren mit den numerisch bestimmten Spektren verglichen und die im Experiment sichtbaren Peaks den verschiedenen exzitonischen Zuständen zugeordnet. Diese theoretisch begründete Zuordnung verbessert die Charakterisierung und Auswertung der experimentellen Daten. Da die Verspannungen, die durch das Aufwachsen von GaN auf Substraten wie Siliziumkarbid und Saphir entstehen, die Valenzbandstruktur stark beeinflussen, wurde auch dieser Einfluss auf die dielektrische Funktion untersucht. Ein anderer in dieser Arbeit diskutierter Aspekt ist der Einfluss von elektrischen Feldern auf die dielektrische Funktion der Exzitonen und auf die daraus abgeleiteten Größen Absorption und Reflektivität. Desweiteren werden Elektroreflexionsspektren aus den ermittelten Reflektivitäten zu unterschiedlichen elektrischen Feldstärken berechnet. Durch Elektroreflexionsmessungen wird nicht nur die Bestimmung innerer elektrischer Felder, sondern auch die Beobachtung von exzitonischen Einflüssen bei Raumtemperatur ermöglicht. Die durch diese Arbeit verbesserten theoretischen Erkenntnisse über die zugrunde liegenden Mechanismen der dielektrischen Funktion erlauben eine bessere Interpretation experimentell bestimmter Spektren.

Die vorliegende Arbeit vermittelt einen Einblick in die Thematik der optisch gepumpten Halbleiterscheibenlaser mit externem Resonator. Nach einem einleitenden Vergleich mit ähnlichen Lasersystemen werden die physikalischen Grundlagen des Laserprozesses in niederdimensionalen Halbleiterheterostrukturen erläutert und das Funktionsprinzip der nichtlinearen Frequenzverdopplung vorgestellt. Das Hauptinteresse der experimentellen Untersuchungen galt der Maximierung der frequenzkonvertierten Ausgangsleistung im Dauerstrichbetrieb. Dabei wurde sich insbesondere mit den Auswirkungen von der Strahlqualität und dem Kühlsystem auf die Laserausgangsparameter auseinandergesetzt. Unter Verwendung eines Lithiumtriborat-Kristalls und eines speziell für die resonatorinterne Frequenzverdopplung konzipierten Resonators konnte eine Ausgangsleistung von 4,3W bei einer Emissionswellenlänge von 490nm und einer effektiven optisch-optischen Effizienz von mehr als 22% erreicht werden. Die Emissionswellenlänge war über einen Bereich von 13,5nm (9,3nm Halbwertsbreite) durchstimmbar. Basierend auf den experimentellen Ergebnissen und Anregungen aus der Literatur wird eine umfangreiche Zusammenstellung möglicher Optimierungsmaßnahmen in Bezug auf das Design der Halbleiterschichtstruktur und auf die Resonatorkonfiguration vorgestellt.

1937 bewies der angesehene theoretische Physiker Landau, dass zweidimensionale Kristalle thermodynamisch instabil sind und daher nicht hergestellt werden können. 2004 nahm Novoselov et al. einen Tesafilm und wies die Möglichkeit der Herstellung von einlagigen Kohlenstoffschichten aus Graphit nach: Graphen. Seitdem hat Graphen enorm an Aufmerksamkeit gewonnen und gehört derzeit zu den am stärksten wachsenden Forschungsthemen. Leider lässt sich Graphen nur vergleichsweise mühsam herstellen. Keines der heutzutage bekannten Verfahren ist für eine Massenproduktion geeignet. In dieser Arbeit beschäftige ich mich mit dem Vorgang der Graphitisierung von Siliziumkarbid, welcher eine vielversprechende Möglichkeit zur industriellen Herstellung von Graphen darstellt. Insbesondere untersuche ich das Verhalten der Oberfläche des Siliziumkarbids während der Graphitisierung mit Hilfe von oberflächensensitiven Methoden.

Im Rahmen dieser Arbeit wurde eine Kegel-Platte-Zelle entworfen, konstruiert und auf deren Basis ein Messplatz aufgebaut, der mit Hilfe des Streufeld-NMR-Sensors "NMR-MOUSE" Experimente zur Untersuchung rheologischer und molekulardynamischer Eigenschaften komplexer Fluide unter dem Einfluss von Scherung ermöglicht. Darüber hinaus wurden verschiedene Messungen zur Einschätzung von Messeinflüssen und -fehlern durchgeführt. Zuletzt wird in der Arbeit ein erstes Experiment auf Basis von Relaxationsmessungen vorgestellt, das mit Polyacrylamid in wässriger Lösung bei verschiedenen Scherraten durchgeführt wurde.

Ziel der Arbeit war die Untersuchung der Stabilität von organischen Dünnschichttransistoren (OTFT) und Metall-Oxid-Halbleiter- (MOS)- Kondensatoren mittels elektrischer Stressmessungen. Die Diskussion der Ergebnisse erfolgte im Zusammenhang mit morphologischen Untersuchungen der Polymerfilme mittels Grazing Incidence X-Ray Diffraction (GIXD) sowie unter Berücksichtigung aktueller Literatur. OTFTs mit bottom- und top- Source/Drain-Kontakten (W/L=1000/30) wurden mit 30nm dickem SiO2 als Gate-Isolator und dem Polythiophen P3HT bzw. dem Polyvinylen TPD(4M)-MEH-PPV als aktive Schicht hergestellt. Die Transferkennlinie nach jedem Stressintervall wie auch der zeitabhängige Drain-Strom bei einer konstanten Gate-Source-Spannung wurden im linearen Bereich gemessen. Die elektrischen Messungen erfolgten bei einer konstanten Temperatur zwischen 240K und 340K in Stickstoff-Atmosphäre. Analog zu den Transistormessungen wurden quasi-statische CV-Messungen an runden MOS-Strukturen nach verschiedenen Stresszeiten und bei unterschiedlichen Temperaturen durchgeführt. Für beide Polymere verursachte der Stress mit einer negativen Gate-Source-Spannung eine negative Verschiebung der Transferkennlinien sowie der CV-Kurven, welche durch höhere Temperaturen verstärkt wurde. Die daraus resultierende negative Schwellspannungsänderung im OTFT verhielt sich zeitlich analog zu der negativen Änderung der Flachbandspannung im MOS-Kondensator. Im Gegensatz zu P3HT zeigte PPV keine vollständige Reversibilität der negativen Schwellspannungsverschiebung durch Stress mit einer positiven Gate-Source-Spannung. Dieser Effekt wurde nicht durch die Änderung der Temperatur beeinflusst. Dagegen erhöhte sich die positive Schwellspannungsverschiebung von top-Kontakt Transistoren mit P3HT während Stress mit einer positiven Gate-Source-Spannung signifikant mit höherer Temperatur. Dieses Verhalten wurde durch quasi-statische CV-Messungen an MOS-Kondensatoren bestätigt. Die Zufuhr von Luft verstärkte den Stresseffekt in PPV-OTFTs. In P3HT steigerte die Zunahme akzeptorischer Zustände während der Zufuhr von Luft die positive Schwellspannungsverschiebung verursacht durch Stress mit einer positiven Gate-Source-Spannung. Die Schwellspannungsänderung wurde kaum durch Stress mit einer negativen Gate-Source-Spannung kompensiert. Die Optimierung der Reinigungsprozeduren während der Synthese von P3HT bewirkte eine Verbesserung der Transistoreigenschaften sowie der Stabilität von OTFTs verbunden mit einer höheren Ordnung und eine größeren Zahl kristalliner Domänen im Polymerfilm. Zusammenfassend verstärkt sich der Stresseffekt in OTFTs wie auch in MOS-Kondensatoren mit höherer Temperatur, jedoch bleiben die prinzipiellen Tendenzen während Gate-Spannungsstress erhalten.

Die häufigste Arrhythmie des Herzens im klinischen Alltag ist Vorhofflimmern. Sie ist die Ursache von einem Drittel aller Behandlungen von Herzrhythmusstörungen. Obwohl das Phänomen des Vorhofflimmerns seit Anfang des letzten Jahrhunderts bekannt ist, sind die zugrunde liegenden Mechanismen noch nicht ausreichend verstanden. Als mögliche generierende Mechanismen werden in dieser Arbeit ektopische Zentren und Spiralwellen auf der Grundlage der FitzHugh-Nagumo-Gleichungen untersucht. Zur Darstellung von lokalen Gewebeveränderungen und der mit ihnen verbundenen Entstehung von ektopischen Zentren und Spiralwellen werden Zelleigenschaften wie die Anregbarkeit und die Stabilität des Ruhezustandes in räumlich begrenzten Gebieten variiert. Das Auftreten von Aktivitätsmustern in Abhängigkeit der linearen Ausdehnung der modifizierten Zellbereiche und der Stärke der Modifikation wird in dynamischen Phasendiagrammen erfasst und die mit den verschiedenen Mustern verbundenen Eigenschaften werden analysiert. - Der abschließende Teil betrifft die Untersuchung von Mustern, welche durch Interferenz von regelmäßigen, periodisch angeregten Wellen im rechten Vorhof mit Wellen ausgehend von einer stabilen Spiralwelle im linken Vorhof entstehen. Es wird gezeigt, dass diese Interferenz Ursache eines Flimmerzustandes im rechten Vorhof sein kann. Dabei führt insbesondere eine hohe Anregungsrate zu einem irregulären, flimmerähnlichen Zustand im rechten Vorhof. Sie erweist sich als Schlüsselfaktor für das Auftreten von Flimmerepisoden.

Polyethylen wurde in einem porösen Material unter Verwendung geeigneter Methoden physisch eingeschränkt. In dieser Arbeit wurden das bulk-to-bulk- und lösungsbasierte Verfahren genutzt. Als poröse Matrix kamen Glas (VitraPOR und Vycor) und Teflon zum Einsatz. Während sich Glas als geeignet erwies, konnten mit Teflon keine hinreichende Füllung erreicht werden. - Diese Arbeit soll unter Zuhilfenahme von NMR-Methoden mögliche Änderungen der Molekulardynamik aufdecken. Zur Verfügung standen die MOUSE, ein-inside-out NMR-Gerät und das Fast-Field-Cycling-Relaxometer, mit dessen Hilfe longitudinale Relaxationszeiten über einen weiten Frequenzbereich gemessen werden können. Die daraus gewonnene Dispersionskurve gibt Aufschluss über typische Zeitskalen relaxationsrelevanter Dynamik. Die gewonnenen Messdaten deuten an, dass sich die Molekulardynamik ändert. Unterhalb von 10kHz zeigt die in 1æm großen Poren eingeschlossene Polyethylenprobe signifikant höhere Relaxationszeiten als die bulk-Probe. Dieses Ergebnis konnte jedoch in einer zweiten Messung nicht bestätigt werden.

Die Produktion von Dünnschichtsolarmodulen befindet sich derzeit in einem Aufwärtstrend, dessen Ziel die Konkurrenzfähigkeit zu waferbasierten Photovoltaikmodulen ist. Bei der Herstellung solcher Module treten verschiedene Defekte auf, welche die Leistungsfähigkeit negativ beeinflussen. Neben lokalen Leckströmen durch das Material treten vor allem Inhomogenitäten der elektrischen Parameter aufgrund der großflächigen Abscheideprozesse von Verbindungshalbleitern auf. Mit Hilfe der Lock-In Thermografie (LIT) ist es möglich daraus resultierende Verlustleistungen ortsaufgelöst zu messen und so diese Problemstellen zu lokalisieren. In der vorliegenden Arbeit wird untersucht, welche Anwendungsmöglichkeiten der LIT sich bei großflächigen Dünnschichtsolarmodulen ergeben, da solche Untersuchungen bisher hauptsächlich an waferbasierten Solarzellen vorgenommen wurden. Dabei werden zunächst wesentliche Parametereinflüsse der vorhandenen Messapparatur diskutiert. Es wird gezeigt, dass es mit Hilfe verschiedener Infrarot-Objektive möglich ist, sowohl großflächige Inhomogenitäten zu detektieren als auch punktförmige Leckströme genau zu lokalisieren, um sie mit weiteren Methoden charakterisieren zu können. Als eine qualitative Auswertemöglichkeit der Daten ergibt sich außerdem die thermische Messung lokaler IV-Charakteristiken.

Ladungsträgerkonzentration und -mobilität des ZnO werden durch Auswertung des Hall-Effekts an ZnO-Dünnfilmen auf Korundsubstrat untersucht. Eine Weiterentwicklung der Messmethode wird angestrebt. Es wird angenommen, dass die Dicke des abgeschiedenen ZnO-Films nicht überall auf der Substratoberfläche gleich groß ist. Diese Tatsache kann die Ergebnisse der Hall-Messungen erheblich beeinflussen, denn eine konstante Schichtdicke ist eine der Voraussetzungen für die Durchführung einer Hall-Messung. Auf einer verkleinerten Fläche ist die Dickenänderung u. U. marginal. Des Weiteren wird angenommen, dass die Diffusion der Al-Atome in das ZnO aus dem Substrat lateral inhomogen verteilt ist, wodurch die Messresultate auch beeinflusst werden können. Daraus lässt sich eine Vermutung aufstellen, dass durch eine Verkleinerung der untersuchten Dünnfilmfläche auch deren laterale Homogenität beeinflusst werden kann. In der vorliegenden Arbeit werden die Ergebnisse der Hall-Messungen an den Proben zwei verschiedener Größen - 1x1 cmø und 350x350 æmø - verglichen.

Über optische Messverfahren, wie beispielsweise der Streifenprojektion, gelingt heutzutage eine zuverlässige Rekonstruktion diffus streuender Objektoberflächen. Messgenauigkeiten von wenigen Mikrometern sind Stand der Technik. Bei Objekten mit spiegelnden Oberflächen versagen jedoch diese Messmethoden, denn ein Beobachter nimmt nicht die spiegelnde Oberfläche selbst war, sondern nur deren Wirkung. - Mittels phasenmessender Deflektometrie ist dennoch eine berührungslose Oberflächenmessung möglich. Die primäre Messgröße ist dabei die lokale Neigung. Eine eindeutige Rekonstruktion der Oberfläche ist hingegen ohne Zusatzwissen nicht zu erwarten. Unter Verwendung des Reflexionsgesetzes und mit der Annahme, dass die zu rekonstruierende Oberfläche hinreichend glatt ist, findet man eine Differentialgleichung, deren Lösungsraum unter anderem die gesuchte Oberfläche beinhaltet. Aus der Stereoansicht resultieren schließlich zwei Differentialgleichungen, deren gemeinsame Lösung die wirkliche Oberfläche repräsentiert. - In der vorliegenden Arbeit wird gezeigt, wie mittels phasenmessender Deflektometrie in Verbindung mit zwei Beobachtungskameras eine präzise Rekonstruktion spiegelnder Freiformflächen sowohl in Simulationsumgebungen als auch unter realen Bedingungen möglich ist.

Silizium ist das derzeit am weitesten verbreitete Material zur Herstellung von Solarzellen. Es besteht ein großes Interesse an der Charakterisierung dieses Ausgangsmaterials bezüglich der Qualität und insbesondere von Verunreinigungen bereits vor der Prozessierung der Zellen. Dafür ist ein breites Spektrum an Untersuchungsmethoden bekannt, wobei mit jeder Methode auf verschiedene Parameter des zu untersuchenden Materials geschlossen werden kann. Eine dieser Methoden ist die temperaturabhängige Bestimmung des Hall-Koeffizienten. Dieser ermöglicht bei nicht entarteten Halbleitern Rückschlüsse auf die Ladungsträgerkonzentration. Aus dem Verlauf der Ladungsträgerkonzentration über der Temperatur kann auf die Dotierung und auf die Kompensation geschlossen werden. Weiterhin ist es möglich, die Aktivierungsenergie der Majoritätsladungsträger zu bestimmen. Andererseits ist es möglich, die Ladungsträgerdichte in einem Halbleiter für jede Temperatur zu berechnen. Grundlage hierfür ist das Modell der Bewegung der Ladungsträger mit effektiven Massen in den Bändern der Halbleiter (Effektive Massentheorie). Mit dieser bekannten Ladungsträgerdichte kann der zu erwartende Hall-Koeffizient berechnet werden. Diese Arbeit fasst die theoretischen Grundlagen zur Behandlung flacher Störstellen in nicht entartetem Silizium zusammen und stellt einen Algorithmus vor, wie die temperaturabhängige Ladungsträgerkonzentration berechnet werden kann. Es wird weiterhin gezeigt, wie diese theoretischen Zusammenhänge in der Auswertung experimenteller Daten genutzt werden können.

Graphen ist eine der vielversprechendsten Entwicklungen der letzten Jahre auf dem Gebiet der Festkörperphysik. Die zweidimensionale Graphitstruktur zeigt einzigartige physikalische und elektronische Eigenschaften, die u.a. einen revolutionären Einsatz auf dem Gebiet der Halbleiterelektronik versprechen. Die kontrollierte Synthese, Isolierung und elektrische Kontaktierung stellen auf dem Weg zu realen Anwendungen das größte Hindernis dar. In dieser Arbeit wurde die Synthese mittels epitaktischem Wachstum auf verschiedenen Nickelsubstratoberflächen untersucht. Der besondere Schwerpunkt der Arbeit liegt in dem Vergleich des Graphitwachstums auf der idealen einkristallinen Ni(111)- und einer realen polykristallinen Nickel-Oberfläche. Die grundsätzlichen Adsorptionseigenschaften und die katalytische Reaktivität der beiden Oberflächen wurden durch Adsorption von Kohlenmonoxid (CO) und Propen (C3H6) charakterisiert. - Hochauflösende-Elektronen-Energie-Verlust-Spektroskopie (HREELS), röntgenstrahlinduzierte Photoelektronenspektroskopie (XPS) und Beugung mit langsamen Elektronen (LEED) ermöglichten die Erfassung der relevanten Unterschiede der Wechselwirkungseigenschaften beider Oberflächen. Durch die Methode des epitaktischen Wachstums wurde auf der Ni(111)-Oberfläche monolagiges Graphen und auf der polykristallinen Oberfläche eine mehrlagige Graphitstruktur identiziert. Die Unterschiede der erzeugten graphitischen Strukturen, die sich insbesondere in der Oberflächen-Phononen-Dispersionsrelation zeigen, wurden dargestellt und diskutiert.

Substanzielle Effizienzsteigerungen sind bei Polymer-Solarzellen in erster Linie mit Hilfe von neuen Materialien möglich. Das Ziel dieser Arbeit war daher die Untersuchung neuer Materialien für die Aktivschicht der Polymer-Solarzellen. Eine ausführliche Optimierung des P3HT:PCBM-Materialsystems [Poly(3-hexylthiophen):Phenyl-[6,6]-C61-butansäuremethylester] wurde zuerst durchgeführt und ermöglichte es darauf, sich neuen Materialsystemen zuzuwenden. Um neue Materialien zukünftig maßgeschneidert für die Verwendung in Polymer Solarzellen entwickeln zu können, wurde eine Vielzahl ähnlicher Fulleren-Derivate untersucht, um letztlich eine Korrelation zwischen den chemischer Struktur und den Solarzellparametern zu finden. - Die Untersuchung neuer Fullerenderivate als Elektronenakzeptoren in Polymer-Solarzellen offenbarte einen Zusammenhang zwischen der Löslichkeit von Fulleren-Molekülen mit der Kurzschlussstromdichte der Solarzellen. Maßgeblich hierbei war die aus der Löslichkeit resultierende Aggregation der Fulleren-Moleküle in Gemischfilmen. Es konnte klar gezeigt werden, dass für eine nanoskalige Phasenseparation und eine Kurzschlussstromdichte größer 8 mA/cm2 in Gemischen mit P3HT, eine minimale Löslichkeit von ca. 25 mg/ml in Chlorbenzol nötig ist. - Neben P3HT [Poly(3-hexylthiophen)] wurde ein weiteres Donator-Polymer (PS51) untersucht, das durch Temperung kristalline Domänen bildet. Für das Polymer PS51 wurde ebenso eine deutliche Korrelation zwischen Tempertemperatur, Polymer-Kristallinität und Solarzellen Effizienz gefunden.

Weltweit wird an der Verbesserung von Brennstoffzellen hinsichtlich Effizienz, Lebensdauer, Verunreinigungstoleranz und Preis gearbeitet. Verschiedene Industrieteams arbeiten an SOFC Designs und viele Gruppen an Universitäten stellen das Basiswissen über die verschiedenen Komponenten der Brennstoffzelle zur Verfügung. Das Ziel des Projektes an der Montana State Universität ist die Untersuchung des Einflusses der Verunreinigungen, enthalten im Brennstoff und verursacht durch einige Materialien in der Zelle (z.B. der Edelstahl- und Dichtungskomponenten), auf die Leistung der Zelle. Besonders der Sauerstofftransport durch den Elektrolyten ist anfällig für Behinderungen, verursacht durch stabile Oxide der Verunreinigungen. Daher ist die Untersuchung des Sauerstofftransports, mit verschiedenen Verunreinigungen auf der Oberfläche des Elektrolyten, nahe den realen Bedingungen in einer Brennstoffzelle interessant. Das gesamte Experiment wurde im Ionbeams Labor, unter Leitung von Prof. Richard J. Smith, durchgeführt. Dort kann mittels eines 2MV Van de Graff Beschleunigers Rutherford Rückstreuspektroskopie (RBS) und Nuklearreaktionsanalyse (NRA) durchgeführt werden. In meiner Arbeit habe ich eine Anlage für Sauerstoffisotopen-Experimente zur Selbstdiffusion aufgebaut. Als Proben wurde Yttrium stabilisiertes Zirkondioxid (YSZ), in ein- und polykristalliner Form, verwendet. Es wurden Messungen zur Probenqualität mittels XPS, XRD, SEM und QMS vorgenommen. Mit Hilfe von SIMS und AFM wurden die Basismessungen der Diffusionsprofile für Vergleiche mit den Literaturwerten vorgenommen. Schließlich habe ich die Nutzung von NRA zur Messung der Diffusionsparameter im Hinblick auf die Nutzung für verunreinigte Proben untersucht. Der Vergleich der Messergebnisse nach Aufbau und Test der Versuchsapparatur zeigten, dass die Apparatur wie erwartet funktioniert und Ergebnisse, vergleichbar mit der Literatur liefert. Außerdem konnte der Einfluss der Korngrenzen auf den Transport des 18O Tracer untersucht werden. Erwartete Effekte und theoretische Konzepte konnten nachgewiesen werden. Zusätzlich wurden neue Fragestellungen aufgeworfen, die die Richtung für weitere Experimente mit ein- und polykristallinen Proben vorgeben. Es konnte weiterhin gezeigt werden, dass NRA oder (Tiefensputter) SIMS genutzt werden kann, um die Oberflächenkonzentration des Tracers der Proben zu bestimmen und damit zusätzliche Informationen zu gewinnen, die die Standard-Technik nicht hergibt. Diese Methoden können genutzt werden um die nötigen Veränderungen bei verunreinigten YSZ Proben (z.B. mit CrO oder SiO2) zu messen aber auch bei anderen Materialien. Zusammenfassend kann gesagt werden, dass dieses Experiment den Grundstein legt um NRA für weitere Untersuchungen im Bereich der Verschmutzungen von Brennstoffzellenmaterialien zu nutzen. Man kann die gewonnen Ergebnisse als Ansatz und Vergleich für weiterführende Messungen benutzen, diese sind teilweise schon in Vorbereitung.

In der vorliegenden Arbeit wurden die Oberflächeneigenschaften von SU-8, von verschiedenen OTS-silanisierten Substraten und von plasmapolymerisierten Fluor-Kohlenstoff-Schichten FCPP-Schichten) untersucht. Diese Materialien eignen sich für die Herstellung bzw. Beschichtung opto-fluidischer Mikrosysteme, deren Entwicklung im Projekt integrierte mikrooptische Pinzetten bearbeitet wird. Mittels Röntgen-Photoelektronenspektroskopie (XPS) wurden die chemische Zusammensetzung und die Bindungsverhältnisse in den Materialien aufgeklärt. Analog dazu wurden die Kontaktwinkel und Oberflächenenergien bestimmt, um so zusätzliche Aussagen über die Benetzbarkeit und mögliche Anhaftungseffekte von Zellen/Partikeln zu treffen. Weiterhin wurde die Modifikation dieser Materialien durch Lichteinfluss (Röntgen-, UV- und IR-Strahlung) sowie durch die Behandlung mit Chemikalien (Piranhasäure und NaOH) mit XPS und Kontaktwinkelmessungen untersucht. Die Bestrahlung von SU-8 mittels Röntgen- und IR-Strahlung zeigt keine Veränderung der chemischen Bindungen im Material. Bei UV-Bestrahlung unter Ultrahochvakuum Bedingungen degradiert SU-8 stark, was zu Verfärbung, Veränderung der Kontaktwinkel und zu Zerstörung der Etherbindungen führt. Weiterhin ist eine Degradation durch Behandlung mit Chemikalien nachweisbar, wobei in diesen Fällen die Unterschiede in den Kontaktwinkeln gering sind. OTS-Silanisierung eignet sich zur Beschichtung von SU-8 und erzeugt eine hydrophobe Oberfläche. Eine Modifikation von OTS-silanisierten Material durch Lichteinfluss konnte nicht nachgewiesen werden. Alternativ wurde die Passivierung von Silizium durch FCPP-Schichten untersucht. Die FCPP-Schichten zeichnen sich durch hohe Kontaktwinkel mit Wasser aus. Die verschiedenen Oberflächenbehandlungen führen in den FCPP-Schichten zu deutlichen Veränderungen in der chemischen Struktur. Die gravierenden chemischen Veränderungen beeinflussen das Benetzungsverhalten der FCPP-Schichten nur gering.

Die komplexe dielektrische Funktion von kubischen InN wurde mit Hilfe der Spektralellipsometrie vom mittleren infraroten bis in den sichtbaren Spektralbereich ermittelt. Die Schichten wurden anhand Molekularstrahlepitaxie auf c-GaN/3C-SiC Pseudosubstrate abgeschieden. Die hohe Elektronenkonzentration von über 10^19cm-3, berechnet aus der Plasmafrequenz, verursacht einen ausgeprägten Burstein-Moss-Shift an der Bandlücke. Bezieht man Nicht-Parabolizität und die Befüllung des Leitungsbandes in die Auswertung mit ein, ergeben sich renormalisierte Bandkanten zwischen 0,43 und 0,455eV. - Einschliesslich der ladungsträgerabhängigen Bandlücken-renormierung kann eine intrinsische Bandlücke von ˜0.595eV für kubisches InN gefunden werden, welches 85meV geringer als das für hexagonales InN ist. Werte für effektive Elektronenmasse, statische und hochfrequente Dielektrizitätskonstante sind ebenfalls mit angegeben.

Der Teilchentransport in eindimensionalen, offenen Kanälen findet in vielen aktuellen Forschungsbereichen der Physik und Biologie Anwendung. In der Biologie erfolgt zum Beispiel der Austausch von Kalium- und Natriumionen entlang von eindimensionalen Ionenkanälen durch Zellwände, welche von Membranproteinen gebildet werden. Ein anderes Beispiel ist die Bewegung von Ribosomen entlang der mRNS während der Proteinsynthese. Sie kann als eindimensionale Bewegung approximiert werden, wobei die mRNS die Potentiallandschaft vorgibt, in der das Ribosom als getriebenes Teilchen wandert. Ein Anwendungsgebiet in der Physik ist der Teilchentransport in dünnen Schichten. Durch Ankoppeln äußerer Felder bewegen sich die Teilchen bevorzugt in eine Richtung, dabei kann die Bewegung der Teilchen orthogonal zur Richtung des Feldes in guter Näherung vernachlässigt werden. Ein Beispiel hierfür sind ionenleitende Gläser. Im Rahmen dieser Diplomarbeit werden nächste Nachbarwechselwirkungen sowohl in getriebene als auch ungetriebene Systeme in der Art eingeführt, dass die Sprungraten das detaillierte Gleichgewicht in Hinblick auf das großkanonische Ensemble erfüllen. Außerdem wird der nichtlineare Teilchentransport im Vergleich zu Experimenten, in denen nichtlineare, frequenzabhängige Stromdichten gemessen wurden, näher betrachtet. Es wird gezeigt, dass offene Randbedingungen wesentlich die Sprungdynamik im Kanal beeinflussen. Weiterhin werden effektive Sprungdistanzen behandelt, deren Berechnung stark von der Art der Raten abhängt.

Ionenleitende Gläser haben für viele Anwendungen, wie beispielsweise Festkörperbatterien, eine grosse Bedeutung. Ein grundlegendes Verständnis ihrer Leitungsmechanismen unterstützt die Entwicklung verbesserter Materialien. Zwei Methoden, die dafür in den letzten Jahren verwendet wurden, sind Molekulardynamik (MD)-Simulationen und Bindungsvalenz (BV) -Rechnungen, die beide eine Bestimmung von Diffusionspfaden der mobilen Ionen ermöglichen. Die Güte der BV-Methode ist mit Hinblick auf Gläser nicht klar, daher testen wir sie gegen MD-Simulationen von Lithium-Silikat-Gläsern. Es stellt sich heraus, dass die BV-Methode zwar ungeeignet ist um Li-Ionenplätze zu identifizieren, aber Teile des Diffusionspfades erfassen kann. Die teilweise Übereinstimmung von MD- und BV-Diffusionspfad beruht grösstenteils auf der Verwendung von Ausschlussradien um die Netzwerkatome. Zusätzlich werden Dichtefunktionalrechnungen von grossen LISON- [Li2SO4(N)] und Lithium-Metaborat- [Li2O-B2O3] Clustern durchgeführt, um molekulare Konfiguration zu erzeugen, die gute Repräsentanten lokaler Strukturen in Gläsern sind. Diese werden durch den Vergleich theoretischer und experimenteller Spektren evaluiert. Struktureigenschaften der Cluster werden untersucht und eine gute Übereinstimmung der verglichenen Spektren einiger Konfigurationen gezeigt. Erstmals wird gezeigt, dass Stickstoff in LISON Clustern Brücken zwischen SO3N2 & Anionen ausbildet. Es ist wahrscheinlich, dass dieser Mechanismus verantwortlich ist für die Bildung einer amorphen LISON Dünnfilmschicht beim Sputtern von Lithiumsulfat mit Stickstoff.

Seit dem Ende des 19. Jahrhunderts erlaubt die Galvanotechnik durch die elektrochemische Abscheidung dünner Schichten eine gezielte Verbesserung der Oberflächeneigenschaften von Produkten. Die mit der fortschreitenden Technisierung und zunehmenden Miniaturisierung steigenden Anforderungen an die Qualität der erzeugten Überzüge können meist nur mit neuen innovativen Beschichtungsverfahren erfüllt werden. Ein solches galvanisches Spezialverfahren ist die selektive hartmagnetische Kobaltabscheidung, wie es die Firma Dr. Kubitz Umwelt- und Galvanotechnik realisiert. Bei der Herstellung dieser Kobaltschicht, die die magnetische Speicherung von Orts-Informationen und überdies die Steuerung sowie die Kontrolle bewegter Teile gestattet, wird eine den Galvanikprozess fördernde Elektrolytbewegung durch die Rotation der Kathode gewährleistet. Der dadurch induzierte Strömungszustand beeinflusst die Güte der abgeschiedenen Kobaltspur signifikant und war Gegenstand der Untersuchungen in der vorliegenden Arbeit. - Direkte experimentelle Messungen der Strömungsverhältnisse in einer Elektrolytlösung sind in der Regel relativ aufwändig und kaum ohne Beeinflussung der Strömung selbst durchzuführen. Deshalb hat sich vor allem in der jüngeren Vergangenheit mit der Verfügbarkeit immer leistungsfähigerer Rechner die numerische Simulation als Modellierungswerkzeug hervorgetan, erlaubt sie es doch, Strömungen auch schwieriger Geometrien mit verhältnismäßig geringem Aufwand hinreichend exakt wiederzugeben. - In der vorliegenden Arbeit wird mit numerischen Simulationen auf der Grundlage des Programmpaketes FLUENT untersucht, welche Einflüsse die durch die Kathodenrotation hervorgerufenen Zwangsströmungen im Elektrolytbad in Abhängigkeit von der die Kathoden-Drehzahl charakterisierenden Reynolds-Zahl einerseits und vom Aspektverhältnis des Beckens andererseits haben. - Dabei widmet sich das Kapitel 2 der Herstellung galvanischer Schichten. Die Galvanotechnik wird kurz vorgestellt. Im Kapitel 3 werden die theoretischen Hintergründe numerischer Strömungssimulationen erläutert. Die zur Simulation verwendete Software FLUENT wird im Kapitel 4 umrissen. Die im Rahmen dieser Arbeit durchgeführten Strömungssimulationen werden im Kapitel 5 behandelt. Die Ergebnisse werden diskutiert und denkbare Folgeszenarien besprochen. Einer abschließenden Zusammenfassung der Ergebnisse widmet sich das Kapitel 6.

In der vorliegenden Arbeit wurden Messungen an levitierten Tröpfchen wässriger Lösungen verschiedener Substanzen in einer elektrodynamischen Tröpfchenfalle vorgestellt. Hierfür wurde eine Apparatur verwendet, die es gestattet Tröpfchen mit einem Durchmesser von berührungsfrei über einen langen Zeitraum zu speichern. Dabei kann in der Falle Temperatur und Feuchte in bestimmten Bereichen frei gewählt werden. Zur Untersuchung von Phasenübergängen in diesen Tröpfchen wurden Gewichtsänderungen, die direkt mit der Haltespannung gekoppelt sind, verwendet. Dabei wurde auf der einen Seite die Nukleation einer festen Phase aus der übersättigten Flüssigkeit und auf der anderen Seite das Auflösen der festen Partikel untersucht. Es wurden folgende Ergebnisse erzielt: 1. Es konnte festgestellt werden, dass es bei ausreichend tiefen Temperaturen, in diesem Fall -20&ring;C, eine Wechselwirkung zwischen Effloreszenz und einem Gefrierprozess bei gibt. Bei -10&ring;C wurde diese Wechselwirkung nicht beobachtet, dort erfolgte ausschließlich Effloreszenz. 2. Die temperaturabhängige Messung der Deliqueszenz von ergab einen Anstieg der DRH mit steigender Temperatur. Das widerspricht sowohl der Theorie, als auch Messungen die von anderen Gruppen bei Temperaturen >0&ring;C durchgeführt wurden. 3. Die Messung von Gemischen aus Ammoniumsulfat und 2 Dicarbonsäuren ergab eine Temperaturabhängigkeit der DRH in Lösungen mit unterschiedlichen Konzentrationsverhältnissen. 4. Zusammenfassend kann für die Messungen von Ammoniumsulfat in Verbindung mit den Dicarbonsäuren folgendes gesagt werden: Die Verringerung der Deliqueszenzfeuchte von Ammoniumsulfat bei Zugabe einer Dicarbonsäure hat insofern Bedeutung für Vorgänge in der Atmosphäre, als dass ein hygroskopisches Wachstum bei gemischten Partikel früher einsetzt und somit zu größeren Tröpfchen führt. Diese haben wiederum einen anderen Einfluss auf den Strahlungshaushalt der Atmosphäre. Die oben beschriebenen Ergebnisse zeigen, dass die Messung der Effloreszenz und Deliqueszenz von anorganischen und organischen Substanzen mit dem beschriebenen Aufbau möglich ist. Sie zeigen aber auch, dass zum Teil noch viele weitere Messungen durchgeführt werden müssen, um aussagekräftige Ergebnisse liefern zu können.

In dieser Arbeit werden optische Untersuchungen an blau emittierenden LED-Strukturen basierend auf drei InGaN/GaN Quantengräben (QW) mit Braggreflektor beschrieben. Verspannungen, elektrische Felder, die Bestimmung der Indiumkonzentration sowie Eigenschaften des Braggreflektors bilden die Eckpunkte der Arbeit. Photolumineszenz- (PL), Photoreflexion- (PR), Elektroreflexion- (ER) sowie Photostrommessungen (PC) wurden verwendet. Die Messungen wurden bei Raumtemperatur (RT) entlang der zölligen Wafer durchgeführt. Probenstücke aus Rand- und Mittelbereich wurden temperaturabhängig von T=5K bis RT untersucht. Gegenstand der Untersuchungen war zum einen die abschließende GaN-Deckschicht der Proben, zum anderen der Multiquantengraben. Durch Vergleich der A-Exzitonenergie (aus PL) der GaN-Deckschicht mit einer unverspannten mittels HVPE hergestellten GaN-Probe wurden die Verspannungen gewonnen. Es zeigt sich eine kompressive Verspannung, die entlang der untersuchten Wafer nahezu konstant und temperaturunabhängig ist. Die aus der Verspannungsanalyse gewonnene Gitterkonstante (a=0,3189nm) floss in die theoretischen Betrachtungen ein, die erhaltene Bandlücke von GaN (Eg=3,467eV) in die experimentelle Bestimmung der Oberflächenfelder. Die Höhe und der Verlauf der Feldstärke über der Spannung wurde durch Auswertung der Franz-Keldysh-Oszillationen (FKO) der PR und ER ermittelt. Aus den Oberflächenfeldern wurde die Dotierung der GaN-Deckschicht gewonnen (1*10^(16)-2*10^(16)), sowie eine Abschätzung der dadurch am QW wirkenden Felder (einige 10kV/cm). ER und PC lieferten die Flachbandspannungen der GaN-Deckschicht und des QW. Reflektivitätsmessungen zeigten zum Rand der Proben hin eine Abnahme und eine Verschiebung des Reflektivitätsmaximums zu höheren Energien, aufgrund abnehmender Schichtdicken des Braggreflektors. Die QW-Signale aus ER, PR und PL lieferten durch Vergleich mit theoretischen Betrachtungen die In-Konzentration (ca. 5-10%) und den In-Gradient. Als theoretische Grundlage für die Bestimmung des In-Gehaltes diente ein verkippter QW. Verspannungen sowie Feldeinflüsse wurden in diesem Modell mitberücksichtigt. Die wirkenden Felder im QW (im Bereich MV/cm) wurden über die Polarisationszustände der InGaN- und GaN-Schichten abgeschätzt. Dafür wurden zwei Parametersätze der piezoelektrischen und der Elastizitätskonstanten diskutiert.

Ziel dieser Arbeit ist die Untersuchung einer alternativen Druckform mit den Methoden XPS (Röntgen-Photoelektronenspektroskopie), AFM (Rasterkraftmikroskopie) und UV-NIR-Ellipsometrie für den Einsatz in der Offsetdrucktechnologie. Hierbei wurden verschiedene Präparationzustände von Titandioxid charakterisiert. Besonderem Augenmerk galt dem Verhalten der Gummierung auf hydrophoben und hydrophilen Oberflächen, die für den Druckprozess essentiell sind. Auch der Einsatz mit alternativen organischen Chemikalien als Ersatz für die etablierte Gummierung wurde mit Hilfe verschiedener Druckversuche getestet. Dadurch kann die Beschreibung des System vereinfacht und der Zugang zu Optimierungen verbessert werden.

In der vorliegenden Arbeit wurden die optischen Eigenschaften von GaN- und GaN/AlGaN/GaN-HEMT-Strukturen mit Ga-Polarität untersucht. Einen Schwerpunkt bildete die Charakterisierung der Proben durch Photoreflexion (PR), Photolumineszenz (PL) und Elektroreflexion (ER) und spektrale Ellipsometrie (SE). Als Referenz diente eine unverspannte GaN-Probe, die mit PL und PR zur Bestimmung der Exzitonenübergangsenergien untersucht wurde. Die Methode der Photoreflexion und Photolumineszenz wurden benutzt, um die Übergangsenergien der freien A- und B-Exzitonen der GaN-Proben zu ermitteln. Messungen von T=5K bis zur Raumtemperatur wurden durchgeführt, um eine Aussage zur Verspannung der GaN-Proben zu treffen. - Mittels Ellipsometriemessungen an den GaN-Proben und den Heterostrukturen wurden die Schichtdicken der einzelnen Proben bestimmt. Dabei wurde eine zunächst unbekannte Struktur an GaN/AlGaN/GaN-Proben bei ca. 3,72eV festgestellt. Anschließende temperaturabhängige Photostrom- und ER-Messungen dienten zur Klärung der Ursache des Signals. Als Konsequenz aus diesen Experimenten ergibt sich, dass beim Wachstum der abschließenden Deckschicht kein reines GaN entsteht, sondern eine dünne AlGaN-Schicht mit einem Al-Gehalt im Bereich von 15\%. - An den AlGaN/GaN-Strukturen wurden PL-Experimente im Temperaturbereich von 5K bis 295K durchgeführt um ebenfalls die drei charakteristischen Exzitonen vom GaN zu bestimmen. Mittels eines Vergleichs der Ergebnisse aus den PL- und PR-Experimenten im Bereich des GaN mit der HVPE-Probe konnten quantitative Aussagen über den Verspannungszustand der Proben abhängig von der Temperatur gemacht werden. - Aus den ER-Daten an den HEMT-Strukturen wurden die Franz-Keldysh-Oszillationen (FKO) zur genauen Bestimmung der internen elektrischen Felder in der Barriere analysiert. Daraus erhält man die 2DEG-Dichten in Abhängigkeit von der äußeren Gleichspannung. Messungen der ER-Spektren bei 5K, 80K und 295K beweisen die Unabhängigkeit der Verarmungsfeldstärke des 2DEG von der Temperatur. Die temperaturunabhängigen Polarisationsgradienten an der AlGaN/GaN-Grenzfläche wurden aus dem Experiment mit Hilfe der Feldstärke im Bereich der Verarmung des Elektronengases bestimmt. Der Vergleich dieser Ergebnisse mit experimentellen Werten aus Röntgenmessungen, die den Al-Gehalt und die Gitterkonstanten der Proben liefern, zeigt leichte Abweichungen. Die Ursache dieser fehlenden Übereinstimmung liegt möglicherweise in einem falsch verwendeten Bowing-Parameter aus der Literatur.

In dieser Arbeit wird eine Verbesserung der Quanteneffizienzmessung an kristallinen Silizium Solarzellen vorgestellt. Der Ansatz dafür ist eine infrarote Biasbeleuchtung, die mittels LED erzeugt wird, die anstatt der standardmäßig genutzten Weißlichtquellen verwendet wird. Bei der Quanteneffizienzmessung wird die Solarzelle mit monochromatischen Licht beleuchtet und der zugehörige Kurzschlussstrom gemessen. Die Biasbeleuchtung wird dabei benötigt, um die Solarzelle in einen Zustand zu versetzen der normalen Betriebsbedingungen entspricht. Die LED Biasbeleuchtung stellt einen Arbeitszustand der Solarzelle ein, der mit dem unter Standardbedingungen sehr gut übereinstimmt. Der erzeugte Biasstrom dieser Beleuchtung ist jedoch um 70% kleiner als unter Standardbeleuchtung. Messungen und Simulationen mit dem Programm PC1D und Messungen konnten zeigen, dass die systematischen Abweichungen der Quanteneffizienz, die sich unter dieser infraroten Beleuchtung ergeben, klein sind im Vergleich zu den Abweichungen zwischen den führenden Messlaboren. Die Abweichung liegt zudem in der gleichen Größenordnung wie die Messunsicherheit des verwendeten Versuchsaufbaus, wenn eine starke Weißlicht-Biasbeleuchtung verwendet wird. Damit konnte die Anwendbarkeit der LED Biasbeleuchtung für die Quanteneffizienzmessung an kristallinen Silizium Solarzellen bestätigt werden. Der Vorteil, der sich durch die Verwendung von infraroter LED Biasbeleuchtung ergibt, ist der um 70% reduzierte Biasstrom. Dadurch wird das Signal-Rausch-Verhältnis bei der Messung um mehr als einen Faktor 3 verbessert. Zusätzlich sinkt mit dem abnehmenden Biasstrom auch die Anforderung an die Messelektronik, sodass auch für sehr große Solarzellen die verfügbare Technik verwendet werden kann. Der reduzierte Biasstrom ermöglich zudem eine Erweiterung des Messbereiches, da durch das verbesserte Signal-Rausch-Verhalten nun auch Wellenlängen der monochromatischen Beleuchtung mit nur geringer Bestrahlungsstärke stabile Signale bei der Analyse mit Lock-In Verstärkern liefern.

Kohlenstoff Nanoröhrchen wurden per chemischer Gasphasenabscheidung hergestellt. Die Optimisierung von verschiedenen Einflussgrößen wurde durchgeführt und mit bestehenden Modellen verglichen. Analyse der verwendeten Katalysatorsysteme und hergestellten Kohlenstoffnanoröhrchen erfolgte mit Hilfen von XPS, AFM, EELS und TPD.

Magnetische Materialien spielen in der heutigen Technik eine große Rolle. Seit der Entdeckung des Magnetismus sind viele Untersuchungsmethoden entwickelt worden. Wir haben eine Messapparatur zur Bestimmung von Magnetisierungskurven bei tiefen Temperaturen aufgebaut. Die Messungen können in einem Temperaturbereich von 10K bis 300K bei einem maximalen Magnetfeld von 0.8T durchgeführt werden. Um unsere Messapparatur zu testen haben wir die magnetischen Oxide Fe3O4 und SrRuO3 benutzt. Um das Auflösungsvermögen unseres Versuchsaufbaus zu erhöhen, haben wir die erste Variante von einer Ein-Detektor Methode mit Lock-In Verstärker zu einer Zwei-Detektor Differenzmethode umgebaut. Das maximale Auflösungsvermögen liegt bei 2mdeg. Weitere Untersuchungen wurden an SrRuO3 und La(0,67)Sr(0,33)MnO3 Dünnschichten durchgeführt. Es war dabei von besonderem Interesse die magnetischen Anisotripieeigenschaften zu bestimmen. Außerdem wurde das Wachstum von NiFe2O4 Dünnschichten untersucht. Zwei Serien wurden mittels einer RF-Sputter Anlage hergestellt. Hauptaugenmerk lag dabei auf der Analyse der Oberflächenstruktur.

Ein wichtiger, die Effizienz organischer Solarzellen bestimmender Parameter ist das Produkt aus Lebensdauer m und Beweglichkeit t der Ladungsträger. Diese Größe muss durch Wahl geeigneter Materialien und Herstellungsmethoden optimiert werden. In dieser Arbeit wird das Produkt m*t positiver Polaronen in P3HT/PCBM-Komposit-Solarzellen mittels dynamischer photoinduzierter Absorptionsexperimente in Abhängigkeit von der anregenden Lichtleistung und der Temperatur an der fertigen Solarzelle bestimmt. Anhand von Untersuchungen der Rekombinationseigenschaften der Ladungsträger wird des weiteren diskutiert, ob das Produkt m*t die wesentliche physikalische Ursache für den Unterschied zwischen getemperter und ungetemperter Solarzelle dieses Typs sein kann.

In der Diplomarbeit wurde ein neues Verfahren zur Auswertung von EKG-Signalen entwickelt. Ziel war es, eine Auswertung derart zu ermöglichen, daß nicht nur der Gesundheitszustand eines Patienten, sondern auch dessen Änderung charakterisiert werden kann.