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Nandy, Manali;
Reduction of crystalline defects in III-V thin buffer layers grown on Si(100) and Ge(100) substrates by MOCVD for solar fuels. - Ilmenau : Universitätsbibliothek, 2023. - 1 Online-Ressource (XII, 145 Seiten)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2023

Die Heteroepitaxie von III-V auf Si und Ge Substraten eignet sich für kostengünstige, qualitativ hochwertige Epitaxieschichten, die eine geeignete Bandlücke für Mehrfachsolarzellen aufweisen. Jedoch ist die III-V-Heteroepitaxie auf diesen Substraten aufgrund von Antiphasengrenzen, die durch polares III-V Wachstum auf den unpolaren Substraten entstehen, eine Herausforderung. Außerdem müssen Kristalldefekte, die sich an der Heterogrenzfläche III-V/Substrate bilden können und dann in den III-V-Schichten die solare Konversionseffizienz erheblich beeinträchtigen, unbedingt vermieden werden. Die vorliegende Arbeit untersucht die Präparation von Si- und Ge-Oberflächen mit wohldefinierten Heterogrenzflächen sowie das nachfolgende Wachstum von GaP- und III-P- Schichten mit geringen Defektdichten mittels metallorganischer chemischer Gasphasenabscheidung, die präzise kontrollierte, auf industriellen Maßstab skalierbare Epitaxie von III-V-Halbleitern mit hoher Reinheit ermöglicht. Für das Wachstum von GaP auf Si wurde die Ausbildung von Doppelstufen auf der Arsen-terminierten Si(100)-Oberfläche und die dazugehörige Dimerorientierung durch Variation der Prozessparameter (Temperatur, Druck, Arsenquelle) genau kontrolliert. Um die Kristallqualität der GaP-Pufferschicht zu verbessern, wurde die Pulsabfolge der Ga- und P-Präkursoren für die Nukleation modifiziert, indem die ersten fünf TEGa-Pulse durch TMAl ersetzt wurden. Die kristallinen Defekte wurden mittels “Electron channeling contrast imaging” (ECCI) untersucht. Die quantitative Analyse der Defekte zeigte, dass bei GaP, das auf einer GaP/AlP Nukleationsschicht gewachsen wurde, im Durchschnitt die Dichte von Durchstoß-versetzungen (engl. threading dislocations, TDs) und Stapelfehlern (engl. stacking faults, SFs) um eine bzw. zwei Größenordnungen reduziert werden konnte, verglichen mit Pufferschichten, die auf einer binären GaP Nukleationsschicht gewachsen wurden. Bei der Heteroepitaxie von III-P/Ge(100) ist ein erster Prozessschritt vor dem eigentlichen Wachstum entscheidend, bei dem die Ge(100):As-Oberfläche dem TBP-Precursor ausgesetzt wird, um die As-Atome durch P-Atome zu ersetzen. Unterschiedliche molare Flüsse des TBP-Precursors während dieses Prozessschritts beeinflussen die chemische Zusammensetzung sowie die Oberflächenrekonstruktion der Ge(100):As-Oberflächen; außerdem wirken sich die molaren Flüsse des TBP-Angebots auf die Bildung von Defekten in der III-P-Schicht aus. Diese Arbeit hat somit gezeigt, dass beim Wachstum von III-V-Verbindungshalbleitern auf Si und Ge eine genau kontrollierte Heterogrenzfläche erforderlich ist, um die hohe Kristallqualität der III-V-Schichten zu erreichen.



https://doi.org/10.22032/dbt.55641
Omidian, Maryam;
Atomically resolved studies of quantum excitations and interactions in low-dimensional materials. - Ilmenau : Universitätsbibliothek, 2022. - 1 Online-Ressource (v, 129 Seiten)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2022

Diese Arbeit verwendet ein kombiniertes STM-AFM, das bei extremniedrigen Temperaturen und unter UHV betrieben wird. Im ersten Teil dieser Arbeit habe ich die strukturellen und elektronischen Eigenschaften von Graphen auf SiC(0001) untersucht. Die Korrelation zwischen den gebundenen Grenzflächenzuständen und den STM-Bildern wurde untersucht. Im nächsten Teil wurden diese Grenzflächenzustände durch Li-Interkalation von Graphen auf SiC(0001) unterdrückt. Die Interkalation wird durch Quenchen der charakteristischen Überstruktur von Graphen und weiterer Elektronendotierung entdeckt. Dabei werden die Li-Atome meist an der unteren Grenzfläche platziert: Pufferschicht-SiC. Im nächsten Teil dieser Studie wird eine weitere Li-Interkalation des Graphens durchgeführt, um beide darunter liegende Grenzflächen zu sättigen. Obwohl die vorhergesagte supraleitende Phase fehlte, konnten in den inelastischen Tunnelspektren interessante Merkmale festgestellt werden. In weitergehenden Untersuchungen wurden einzelne chemische Bindungen und elektrostatische Effekte in den Verbindungsstellen der vorherigen Proben bewertet. Zu diesem Zweck wird ein AFM verwendet, um auf kontrollierbare Weise eine Bindung zwischen dem Au-Atom, das die AFM-Spitze abschließt, und einem C-Atom von Graphen auf SiC(0001) zu bilden und zu brechen. Im letzten Teil dieser Dissertation habe ich das System Fe-Pb(111) mittels STM untersucht. Über ihre elektronischen und strukturellen Eigenschaften wurden hauptsächlich zwei unterschiedliche Materialklassen entdeckt. Die breite asymmetrische Lücke um die Fermi-Energie wird der stark verspannten zuerst abgeschiedenen Fe-Schicht zugeschrieben, die pseudomorph auf dem Pb(111)-Substrat wächst. Diese Materialklasse unterdrückt die Supraleitfähigkeit des Substrats. Im Gegensatz dazu zeigt die andere Materialgruppe das Metallische Eigenschaften mit den YSR-Bändern im Inneren der Inselregion.



https://doi.org/10.22032/dbt.54584
Zhang, Chenglin;
Effective strategies to enhance electrochemical performance of carbon materials for non-aqueous potassium- and sodium-ion capacitors. - Ilmenau : Universitätsbibliothek, 2022. - 1 Online-Ressource (XIV, 130 Seiten)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2022


https://doi.org/10.22032/dbt.51557
Kreismann, Jakob;
Three-dimensional optical microcavities: from geometric phases to tailored far-field emission. - Ilmenau : Universitätsbibliothek, 2021. - 1 Online-Ressource (iii, 204 Seiten)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2021

Diese Arbeit behandelt dreidimensionale optische Mikrokavitäten in Bezug auf ihre Resonanzmoden. Die optischen Mikrokavitäten reichen dabei von Möbiusband-Kavitäten über zylindrische und kegelförmige Ringkavitäten sowie kegelförmige Tube-Kavitäten bis hin zu Arrays von Lima¸con-Kavitäten. Im ersten Teil werden flüstergalerieartige Moden von dielektrischen Möbiusband-Kavitäten mit Hilfe von FDTD-Simulationen untersucht. Die Topologie des Möbiusbands erlaubt die Entstehung einer geometrischen Phase und zwar der Pancharatnam-Phase. Darauf aufbauend wird untersucht, wie die Pancharatnam-Phase durch Verkürzung der Länge des verdrehten Anteils oder durch Erhöhung der Dicke des Möbiusbands manipuliert werden kann. Dabei untersuchen wir, wie die Polarisation und die Fernfelder der flüstergalerieartigen Moden beeinflusst werden. Außerdem wird die Nonagon-Möbiusband-Kavität - eine Möbiusband-Kavität mit Querschnittsform dreifacher Rotationssymmetrie - eingeführt, die ebenfalls eine Manipulation der Pancharatnam-Phase ermöglicht. Im zweiten Teil werden propagierende flüstergalerieartige Moden in zylindrischen Ringkavitäten, konischen Ringkavitäten und konischen Tube-Kavitäten mittels FDTD-Simulationen und vektorieller Beugungstheorie untersucht. Der propagierende Charakter der Moden ermöglicht die sogenannte Spin-Richtungs-Wechselwirkung des Lichts. Darauf aufbauend wird untersucht, wie die Fernfeldpolarisation durch die axiale Morphologie der flüstergalerieartigen Moden und durch geometrische Eigenschaften der Kavitäten wie die Öffnungswinkel von konischen Ring- und Tube-Kavitäten beeinflusst wird. Mit Hilfe vektorieller Beugungstheorie wird ein qualitativer Zusammenhang zwischen den lokalen Eigenschaften der Moden im Inneren der Kavität und der Fernfeldpolarisation beschrieben. Dabei wird die Rolle von Beugung und Präzession des elektrischen Feldvektors um die Kavitätenachse diskutiert. Es wird gezeigt, dass elliptische und zirkulare Polarisationszustände im Fernfeld unmittelbar durch propagierende flüstergalerieartige Moden auftreten, auch ohne inhomogenes oder anisotropes Kavitätenmaterial. Im dritten Teil wird die Fernfeldabstrahlung von linearen Arrays bestehend aus Lima¸con-Kavitäten mithilfe von FDTD-Simulationen untersucht. Während das Fernfeld einer einzelnen Lima¸con-Kavität gerichtete Emission aufweist, wird untersucht, wie sich diese gerichtete Emission in Abhängigkeit der Arrayeigenschaften wie dem Abstand zwischen den Kavitäten und der Anzahl der Kavitäten ändert. Es wird gezeigt, dass die Abstrahlung des Arrays entweder weiter verstärkt (Superdirektionalität) oder sogar umgekehrt Kavitäten werden kann (Richtungsumkehr).



https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2021000314
Wu, Yuhan;
Preparation and electrochemical properties of metal chalcogenide anode materials for potassium-ion batteries. - Ilmenau : Universitätsbibliothek, 2021. - 1 Online-Ressource (XI, 120 Seiten)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2021

Unter den elektrochemischen Energiespeichersystemen der nächsten Generation werden Kalium-Ionen-Batterien (KIB) aufgrund des geeigneten Arbeitspotenzials, der hohen Sicherheit und der kostengünstigen Wettbewerbsfähigkeit für die bestmögliche Alternative zu den Lithium-Ionen-Batterien angesehen. Dennoch kann die aufstrebende Technologie noch nicht mit den Lithium-Ionen-Batterien mithalten, die umfangreiche Forschung und Kommerzialisierung besitzen. Eines der Haupthindernisse ist die unzureichende elektrochemische Leistung der KIB-Anode. Bisher wurden eine Vielzahl von Materialien als Kandidaten erforscht, darunter sind besonders Metall-Chalkogenide aufgrund ihrer einzigartigen Struktureigenschaften und hohen theoretischen Kapazitäten attraktiv. In dieser wurde das elektrochemische K+ Lagerungsverhalten von drei Metall-Chalkogenid als Anodenmaterialien untersucht. Zuerst wurde das kommerzielle Wolframdisulfidpulver zur Demonstration erprobt, um die Realisierbarkeit von WS2 als KIB-Anode zu erforschen. Als Ergebnis konnte ein ungewöhnlicher Reaktionsmechanismus zum ersten Mal beobachtet und verifiziert werden. Anschließend wurde eine Heterostruktur aus mehrlagigen KohlenstoffNanoröhren, die mit den hoch kristallisierten und ultradünnen MoSe2 Nanoblätter beschichtet sind, aufgebaut. Dabei wurde die synergetische Verstärkung des strukturierten Aufbaues, der Kohlenstoffmodifikation und der Kristallinitätsregelung für die K+ Speicherfähigkeit des zweidimensionalen Metall-Chalkogenid aufgedeckt. Schließlich wurde ein neuartiges kristallartiges Fe1-xS synthetisiert und als Anodenmaterial in KIBs angewendet. Dabei hat sich eine starke Wettbewerbsfähigkeit in Bezug auf Kosten und elektrochemischer Leistung herausgestellt. In dieser Arbeit wurden nicht nur drei vielversprechende KIB Anodenmaterialien hergestellt, sondern auch ein Einblick in die Entwicklung einer kostengünstigen elektrochemischen Energiespeichertechnologie gewährt.



https://doi.org/10.22032/dbt.50121
Zhang, Huanming;
Cost-effective methods for anodic aluminum oxide templates transfer and replication. - Ilmenau, 2021. - XVI, 93 Blätter
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2021

Zusammenfassung Geordnete Nanostruktur-Arrays zeigen immer eine überlegene Leistung gegenüber ihren ungeordneten Gegenstücken. Die templatgesteuerte Herstellung von AAO (anodisches Aluminiumoxidoxid) ist im Vergleich zu Lithographie und Selbstorganisation eine relativ kostengünstige Technik. Im Allgemeinen können AAO-Schablonen in normale Schablonen und ultradünne AAO-Membranen (UTAM) mit Durchgangsloch klassifiziert werden. Bei normalen AAO-Schablonen machen nicht wiederverwendbare AAO-Schablonen den gesamten Herstellungsprozess sehr ineffizient und haben Umwelt- und Energieprobleme, wenn man den aktuellen Prozess der Herstellung und Veredelung des für die Anodisierung verwendeten Aluminiums berücksichtigt. Bisher gibt es nur wenige Berichte über die zerstörungsfreie Replikation von AAO-Matrizen auf Metallbasis, da das Infiltrieren des Metalls in die Poren von AAO-Matrizen nur schwer möglich ist. Das UTAM wird häufig als Schablonenmaske verwendet. Die Übertragung von UTAMS auf Zielsubstrate ist schwierig. Obwohl die Übertragung von UTAM im Wafer-Maßstab auf hydrophile Substrate demonstriert wurde, stehen aktuelle Verfahren immer noch vor der großen Herausforderung, fehlerfrei auf beliebige Substrate zu übertragen. Bisher wurden fast keine Anstrengungen unternommen, um die Abhängigkeit von den hydrophilen Substraten zu überwinden, was die umfassendere Anwendung von UTAMS einschränkt. Daher ist es praktisch wichtig, eine universelle Übertragungsmethode zu entwickeln, um faltenfreies UTAM auf beliebigen Substraten zu erhalten. In dieser Dissertation konzentrieren wir uns auf die beiden Themen und schlagen entsprechende Lösungen vor. Zunächst wenden wir eine zweistufige Abscheidungsstrategie an, um die AAO-Poren mit Metallen zu filtrieren und anschließend mechanisch zu extrahieren. Wir haben diese Methode erfolgreich auf drei verschiedene Metallarten angewendet. Darüber hinaus wurden auch Kern-Schale-Metall-Nanostrukturen hergestellt. Überdies wird auch die Anwendung der Metallnanostruktur-Arrays bei der optischen Fälschungssicherheit demonstriert. Zweitens schlagen wir eine gasströmungsunterstützte Entnetzungsmethode vor, um faltenfreies UTAM im Zentimeterbereich auf beliebige Substrate zu übertragen. Dieses Verfahren kann leicht durchgeführt werden, indem Druckluft verwendet wird, um das eingeschlossene Tröpfchen zwischen dem UTAM und dem Zielsubstrat herauszudrücken, wodurch die Kontaktwinkelhysterese ausgenutzt wird, um das eingeschlossene Tröpfchen auszudehnen und gleichzeitig die Membran während einer schnellen Entnetzung zu dehnen, die durch den Gasstrom angetrieben wird. Darüber hinaus bleiben die ursprünglichen Oberflächeneigenschaften der Zielsubstrate nach dem Transfer im Vergleich zu anderen Verfahren unverändert. Überdies haben wir diese Methode auch erfolgreich auf gekrümmte Substrate angewendet.



Mehler, Alexander;
Two-dimensional materials on metal surfaces: impact on molecular frontier orbitals, vibrons and the moiré effect. - Ilmenau : Universitätsbibliothek, 2021. - 1 Online-Ressource (viii, 127 Seiten)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2021

In der vorliegenden Arbeit wird das Wachstum der zweidimensionalen Materialien Graphen und hexagonales Bornitrid (h-BN) auf den beiden metallischen Oberflächen Pt(lll) und Ru(000l), sowie die Interaktion eines organischen Moleküls mit diesen Probenoberflächen, mit Hilfe eines Rastertunnelmikroskops untersucht. Zuerst wird das Wachstum und die strukturellen Eigenschaften von Graphen und h-BN auf beiden metallischen Oberflächen beleuchtet. Dabei wird eine chemische Gasphasenabscheidungsmethode (CVD) mit dem Ausgangsstoff Ethen für das Graphenwachstum und eine alternative temperaturregulierte Wachstumsmethode (TPG) für das h-BN-Wachstum mit dem Ausgangsstoff Amminboran verwendet. Die beobachteten strukturellen Eigenschaften beider zweidimensionaler Materialen auf den jeweiligen Metalloberflächen werden diskutiert und verglichen. Auf Grundlage dieser Ergebnisse wird ein Verfahren zum Wachstum von Heterostrukturen bestehend aus Graphen und h-BN entwickelt. Die Heterostruktur wird analysiert und ein Modell mit festgelegter Rotation zwischen den einzelnen atomaren Lagen auf der Basis der experimentellen Beobachtungen erstellt. Während der Aufnahme von STM-Bildern mit verringertem Spitzen-ProbenAbstand kann eine zusätzliche hexagonale Struktur abgebildet werden. Zum Vergleich mit den experimentellen Daten wurden Dichtefunktionaltheorierechnungen (DFT) der Graphen/h-BN-Heterostruktur durchgeführt. Anschließend werden die spektroskopischen Signaturen der Molekülorbitale des organischen Moleküls Dibenzotetraphenylperiflanthen (DBP), welches auf Graphen bzw. h-BN auf Pt(lll) und Ru(00Ol) adsorbiert wird, miteinander verglichen. Veränderungen der Energie der Molekülorbitale von DBP werden genutzt, um Austrittarbeitsveränderungen auf verschiedenen Teilen des h-BNMoires zu beschreiben. Die Lücke der beiden Molekülorbitale bleibt auf verschiedenen Adsorptionsplätzen auf h-BN-bedecktem Pt(lll) unverändert, während sich die absolute Energie der Molekülorbitale gleichermaßen verschiebt. Im Gegensatz dazu ist die Energieveränderungen der Molekülorbitale auf h-BN-bedecktem Ru(000l) nicht gleichförmig, was mit einem möglichen Ladungstransfer zu begründen sein könnte. Die effiziente Reduzierung der Hybridisierung zwischen DBP und den Metalloberflächen mit Hilfe der zweidimensionalen Pufferschichten Graphen und h-BN wird weiter untersucht. Beide zweidimensionalen Materialen sorgen dafür, dass Franck-Condon-Anregungen in beiden Molekülorbitalen zu beobachten sind. Auf h-BN sind Schwingungsprogressionen mit zwei Vibrationsenergien mit verschiedenen Huang-Rhys-Faktoren und scharfen Vibrationsseitenbändern bis zur zweiten Vibrationsordnung zu sehen. Im Gegensatz dazu sind die Orbital- und Vibrationsspektrallinien auf Graphen breiter, wodurch die zweite Vibrationsprogression nicht mehr zu erkennen ist. In diesem Fall trägt also nur eine Vibrationsmode zum Franck-Condon-Spektrum bei.



https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2021000107
Liu, Long;
Constructing pseudocapacitive electrodes for supercapacitors based on rationally designed nanoarchitectured current collectors. - Ilmenau : Universitätsbibliothek, 2020. - 1 Online-Ressource (XIV, 130 Seiten)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2020

Superkondensatoren sind als elektrochemische Energiespeicher von großer Bedeutung, was auf ihre hervorragende elektrische Leistung, ihre ausgezeichnete Reversibilität und ihre lange Lebensdauer zurückzuführen ist. Im Vergleich zu Batterien haben Superkondensatoren jedoch eine geringe Energiedichte, was ihre breite Anwendung einschränkt. Pseudokapazitive Materialien mit einer hohen theoretischen Kapazität sind sehr vielversprechend, um die Energiespeicherfähigkeit von Superkondensatoren zu erhöhen. Die Forschung an nanoarchitektonischen Stromspeichern zielt darauf ab, ihr volles Potenzial im Bereich der Ladungsspeicherung auszuschöpfen, indem man sich mit den herausfordernden Aspekten wie der inhärent niedrigen elektrischen Leitfähigkeit und dem trägen Lade- und Entladeverhalten der meisten pseudokapazitiven Materialien befasst. In diesem Zusammenhang wurden drei Arten von nanoarchitektonischen Stromkollektoren entworfen, um pseudokapazitive Elektroden zu konstruieren, die unter verschiedenen Aspekten untersucht werden sollten. Es handelt sich dabei um Nickel-Nanorod-Arrays (NN), geätzte poröse Aluminiumoxidmembranen (EPAM), die mit einer SnO2-Schicht beschichtet sind (EPAMSnO2), und in EPAM eingeschlossene Nickel-Nanodrähte (NiNWs-EPAM): Zunächst wird die Rolle von NN-Nanoarchitekten-Stromkollektoren in Superkondensator-Elektroden mit den pseudokapazitiven Materialien bei hoher Massenbelastung und dicker Schicht bewertet. Durch die elektrochemische Leistungs- und Impedanzanalyse der Elektroden mit und ohne die NN-nanoarchitektierten Stromkollektoren wird die Validierung des Designs von Dickschichtelektroden auf der Basis von nanoarchitektierten Stromkollektoren demonstriert. Zweitens werden EPAM@SnO2-Gerüste als nanoarchitektonische Stromkollektoren für Nanoelektroden entworfen und eingesetzt, um die Energiedichte des Mikro-Superkondensators (MSC) zu verbessern. Dank der orientierten und robusten Nanokanäle in EPAM@SnO2 können die daraus resultierenden Nanoelektroden sowohl die effektive Ionenmigration als auch die sehr große elektroaktive Oberfläche innerhalb des begrenzten Footprints synergetisch nutzen. Ein MSC wird schließlich konstruiert und weist eine rekordverdächtig hohe Leistung auf, was auf die Umsetzbarkeit des derzeitigen Designs für Energiespeichervorrichtungen hindeutet. Drittens wird der NiNWs-EPAM nanoarchitektierte Stromkollektor hergestellt, um nicht aggregierende und robuste eindimensionale (1D) Nanoelektroden-Arrays zu konstruieren. Das EPAM verhindert die Selbstaggregation von 1D-Nanoelektroden-Arrays und verleiht ihnen gleichzeitig eine hohe strukturelle Integrität und elektrochemische Stabilität während der Montage und des Betriebsprozesses der Geräte. MSCs, die mit diesen nicht aggregierenden und robusten 1D-Nanoelektroden bestückt sind, erreichen eine bemerkenswerte Energiespeicherleistung. Die im Rahmen dieser Arbeit zu nanoarchitektonischen Stromkollektoren für Superkondensatoren erzielten Ergebnisse geben einen Ausblick auf den Entwurf zukünftiger Energiespeicher und -wandler.



https://www.db-thueringen.de/receive/dbt_mods_00047350
Gizatullin, Bulat;
Dynamic nuclear polarization NMR fast field cycling study complex systems. - Ilmenau : Universitätsbibliothek, 2020. - 1 Online-Ressource (117 Blätter)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2020

Die dynamische Kernpolarisation (DNP) ist eine Methode zur Erzielung eines außerordentlich hohen hyperpolarisierten Kernspinzustands, welche aufgrund der erhöhten Empfindlichkeit ein zusätzliches Potenzial für Kernspinresonanz (NMR) -Techniken bietet. Zudem ist die DNP- Methode sowohl für Anwendungen in niedrigen, als auch in hohen Magnetfeldern geeignet und ermöglicht dabei für eine Vielzahl von Messbedingungen und Messsystemen eine Verbesserung der Empfindlichkeit. In dieser Arbeit werden die bisherigen Ansätze zur Kombination der DNP-Methode mit der Fast-Field-Cycling (FFC) NMR-Relaxometrie weiterentwickelt, um die Molekulardynamik in komplexen Systemen zu untersuchen. Die zugehörigen Maßnahmen zur Verbesserung der Datenqualität und die ausführliche Datenanalyse werden ebenso vorgestellt, wie der theoretische Hintergrund der Methode. Anhand einer Vielzahl unterschiedlicher Systeme werden die verschiedenen Kombinationen von DNP-Effekten und Interaktionstypen, sowie verschiedene Dynamikmodelle vorgestellt. Die Verteilung der transversalen Relaxationszeit (T2) wird zum Kodieren entsprechender Messungen der longitudinalen Relaxationszeit (T1) und der T2- aufgelösten DNP-Verstärkungsmessungen verwendet. Außerdem wird das Hauptproblem von DNP-FFC-Messungen, welches mit der radikalinduzierter Relaxivität zusammenhängt, mithilfe eines neu entwickelten Differenzenansatzes (Extrapolation) gelöst. Als ein Modellsystem für komplexe Systeme wird ein Blockcopolymer bestehend aus Polystyrol und Polybutadien untersucht, welches sich durch unterschiedliche Dynamiken, Relaxationseigenschaften und Polymer-Lösungsmittel-Wechselwirkungen der verschiedenen Blöcke auszeichnet. Es wird gezeigt, dass für in organischen Lösungsmitteln mit stabilen organischen Radikalen wie TEMPO und BDPA gelöste Blockcopolymere eine Kombination aus Overhauser-Effekt und Festkörper-DNP-Effekt mit einem bemerkenswerten Verstärkungsfaktor vorliegt. In einem nächsten Schritt wird die DNP-FFC-Methode auf einen Satz verschiedener schwerer Rohöle angewendet, die sich in Viskosität, Zusammensetzung und der Menge an freien Radikalen und Vanadylkomplexen unterscheiden. Die Verwendung eines fortschrittlichen Festkörper-DNP-Effekt-Modells liefert Informationen über die Kopplungsstärke und das relative Verhältnis von gekoppelten Elektronen und Kernspins. Das neue Potenzial der Methode wird anhand der Untersuchung von X-Kernsystemen wie 7Li, 13C und 2H demonstriert. Durch die Verwendung der DNP-Methode ist es erstmals möglich, die Relaxationseigenschaften von 13C bei ihrer natürlichen Konzentration in Flüssigkeiten zu untersuchen. Zusammenfassend präsentiert diese Arbeit fortschrittliche Entwicklungen und Anwendungen einer neuartigen DNP-FFC-Methode zur Untersuchung der Molekulardynamik und der Merkmale der Elektron-Kern-Wechselwirkung in einer Vielzahl komplexer Systeme, die an Beispielen von Polymeren, Lösungen, porösen Medien und Mehrkomponentenflüssigkeiten vorgestellt werden. Die meisten der in der vorliegenden Arbeit zum ersten Mal untersuchten Systeme wurden zur Entwicklung der kombinierten Analyse verwendet, einschließlich konventioneller Relaxationsdispersions- und DNP-Ansätze, die es ermöglichen, einzigartige detaillierte Informationen über Dynamik und Elektron-Kern-Wechselwirkungen zu erhalten.



https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2020000344
Hähnlein, Bernd;
Graphen - epitaktisches Wachstum, Charakterisierung und nicht-klassische elektrische Bauelementekonzepte. - Ilmenau : Universitätsbibliothek, 2020. - 1 Online-Ressource (163 Blätter)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2020

In der vorliegenden Dissertation wurden die Schwerpunkte des Wachstums auf semi-isolierendem 6H-SiC, der Schicht- als auch der Bauelementecharakterisierung auf Basis von epitaktischem Graphen behandelt. Die Schichten wurden mittels REM, AFM, LEED, XPS und ARPES untersucht. Anhand von REM Aufnahmen wurde durch einen neuartigen Ansatz die Qualität der Schichten über die Bildentropie mit den Wachstumsparametern korreliert. Für die Bestimmung der Schichtdicke mit Hilfe von XPS wurden (a-)symmetrische Fit-Funktionen und ihr Fehler bei der Dickenbestimmung betrachtet. Der zweite Schwerpunkt befasst sich mit der Charakterisierung der hergestellten Schichten durch Raman- und FTIR-Spektroskopie. Die Einflüsse von Verspannung, Fermi-Niveau und Lagenzahl auf das Raman-Spektrum des Graphen wurden klassifiziert und quantifiziert. Uniaxiale konnte von biaxialer Dehnung anhand des Unterschieds in der G/2D-Dispersion unterschieden werden, die Asymmetrie der G-Mode wird dabei maßgeblich von uniaxialer Dehnung, der Lage des Fermi-Niveaus als auch durch Transferdotierung bei Anwesenheit von Adsorbaten beeinflusst. Zunehmende Lagenzahl verursachte eine Blauverschiebung der 2D-Mode bei zunehmender Halbwertbreite. Mittels FTIR wurden Änderung des Reststrahlenbands des SiCs in Abhängigkeit des Wachstums durch Anregung eines Oberflächenplasmon-Polaritons im Graphen untersucht. Eine Auswertemethode wurde entwickelt, um die sich im Divisionsspektrum der Reflektivitäten ausbildende Fano-Resonanz zu beschreiben. Die Intensität der resultierenden Fano-Resonanz wird dabei maßgeblich von der Verschiebung der Modell-Oszillatoren zueinander beeinflusst. Der dritte Schwerpunkt befasst sich mit der Strukturierung und Charakterisierung von vollständig aus Graphen bestehenden, Three Terminal Junctions (TTJ) und Side-Gate-Transistoren (SG-FET). Für die Vermessung kleinster Strukturbreiten anhand von REM-Aufnahmen wurden Methoden zur Schwingungskorrektur und der Breitenbestimmung nahe/unterhalb der Auflösungsgrenze des REMs hergeleitet. Es konnte gezeigt werden, dass TTJs einen Gleichrichtungseffekt mit hoher Gleichrichtungseffizienz aufweisen. Des Weiteren wurden die auftretenden Stromverstärkungseffekte untersucht. Die realisierten SG-FETs zeigen vergleichbar gute Eigenschaften wie konventionelle Top-Gate-Transistoren auf bei Minimierung parasitärer Einflüsse.



https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2020000335
Nägelein, Andreas;
Ladungsträgertransport in Nanodrahtstrulturen. - Ilmenau : Universitätsbibliothek, 2020. - 1 Online-Ressource (xii, 154 Seiten)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2020

Die Integration von III-V-Halbleitern mit der etablierten Silizium-Technologie hat einen hohen Stellenwert bei der Weiterentwicklung vieler opto-elektronischen Bauelemente. Da hierbei Materialien mit unterschiedlichen Kristallstrukturen und Gitterparameter kombiniert werden müssen, entstehen Kristalldefekte, welche die Leistung und Effizienz dieser Bauteile beeinträchtigen. Unter Verwendung von Nanodrahtstrukturen, in denen mechanische Spannungen sehr effizient abgebaut werden können, ist es möglich, die Defektdichte zu reduzieren. Zudem kann von der Nanodrahtgeometrie, mit ihren einzigartigen Eigenschaften, profitiert werden. In dieser Arbeit wird ein ausgefeiltes Multi-Spitzen Rastertunnelmikroskop (MT-STM) eingesetzt, um den Ladungsträgertransport in freistehenden Nanodrahtstrukturen eingehend zu untersuchen. Das Ziel dieser Dissertation ist es, ein detailliertes Verständnis über den Dotierstoffeinbau, die Leitungskanäle bei verschieden starker Dotierung sowie die Funktion ladungstrennender Kontakte in Nanodrähten zu entwickeln. In einem ersten Schritt werden die Ergebnisse des MT-STMs mit denen konventioneller Transferlängenmessung verglichen und bewertet. Die gute Übereinstimmung der ermittelten spezifischen Leitfähigkeit und Dotierstoffkonzentration, die hohe Ortsauflösung und die wenigen Prozessschritte bestätigen die Überlegenheit des MT-STMs gegenüber konventionellen Methoden. Die Vermessung verschieden dotierter Nanodrähte ermöglicht es den Dotierstoffeinbau im Detail zu untersuchen. Der Vergleich der Leitfähigkeiten dieser Drähte unmittelbar nach dem UHV-Transfer mit denen nach Oxidation an Luft, ermöglicht zudem die Evaluation der Auswirkungen von Oberflächenterminierungen auf den Ladungsträgertransport. Die für opto-elektronische Anwendung notwendigen ladungstrennenden Kontakte werden in axialer sowie radialer Ausführung untersucht. Hierbei ist die Ermittlung der exakten Dotierstoffprofile mit höchster räumlicher Auflösung besonders wichtig, da abrupte Halbleiterkontakte beim sogenannten vapor-liquid-solid Wachstum kaum realisierbar sind. Die vorliegende Arbeit schafft die Voraussetzungen für ein detailliertes Verständnis des Ladungsträgertransports und zur präzisen Ermittlung von Dotierprofilen in Nanodrähten, wodurch die Grundlage für die Verbesserung von Nanodraht-Bauelemente geschaffen wird.



https://www.db-thueringen.de/receive/dbt_mods_00040691
Xu, Rui;
Boosting solar energy harvesting with ordered nanostructures fabricated by anodic aluminum oxide templates. - Ilmenau : Universitätsbibliothek, 2020. - 1 Online-Ressource (X, 122 Seiten)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2020

In dieser Dissertation habe ich drei Arten von hochgeordneten Nanostrukturen realisiert, einschließlich 1D-PTP-Au-Core / CdS-Shell-Array, Au-NW / TiO2-NT-Janus-Hetero-Nanostruktur-Array und 2D-Metall-SPhCs. Diese fortschrittlichen Architekturen könnten als vielseitige Gerüste zum Aufbau energiebezogener Geräte eingesetzt werden und haben ein großes Potenzial, die Gesamtleistung drastisch zu verbessern und die durch die planare Konfiguration auferlegten Grenzen zu durchbrechen. Insbesondere die geordneten Nanostruktur-Arrays mit mehreren Komponenten sind von großer Bedeutung, und die entsprechenden Geräte können die Vorteile dieser nanostrukturierten Komponenten kombinieren, wodurch die relevante Leistung systematisch verbessert wird. Darüber hinaus ermöglichen die hohe Regelmäßigkeit der Nanostrukturverteilung, die Gleichmäßigkeit der Nanounits sowie die steuerbaren Größen und Profile der Nanostruktur die resultierenden Architekturen als leistungsfähige Plattform, um die spezifischen Energieumwandlungsreaktionen mikroskopisch zu untersuchen. Diese Ergebnisse könnten wiederum die weitere Entwicklung der relevanten Geräte leiten.



https://www.db-thueringen.de/receive/dbt_mods_00040679
Emelianov, Vitali;
Bandversetzte Heterostrukturen für die Nutzung der heißen Ladungsträger in Solarzellen der dritten Generation. - Ilmenau : Universitätsbibliothek, 2019. - 1 Online-Ressource (166 Seiten)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2019

Die vorliegende Arbeit präsentiert Ergebnisse der experimentellen Prüfung des originalen Konzepts für eine Heißladungsträgersolarzelle. Die zu entwickelnde Solarzelle soll einen Energiegewinn durch fotogenerierte Heißladungsträger nachweisen und somit einen neuartigen Ansatz für die Weiterentwicklung effizienterer Solarzellenaufzeigen aufzeigen. Zwei Prototypstrukturen auf der Basis von Au:Zn/InP/PbSe/ZnO:Al und Ag/ZnTe/PbSe/ZnO:Al wurden mit kosteneffektiven Technologieprozessen hergestellt. Die Bandversätze und der Kristallaufbau in einer neuartigen heteroepitaktischen ZnTe/PbSe-Struktur wurden bestimmt und publiziert. Die gesamte Bänderanordnung der beiden Prototypzellen wurde rekonstruiert und analysiert. Beide Prototypzellen wurden sowohl mit klassischen als auch mit einer neuartigen Doppelstrahlmessmethode charakterisiert. In der zweiten Doppelheterostruktur wurde eine höhere Ausbeute an Heißladungsträgern festgestellt und diese begründet. An diesem zweiten Prototyp wurde unter natürlicher Sonnenbeleuchtung und bei Raumtemperatur eine Leerlaufspannung größer als die Bandlücke des Absorbers ermittelt. Dieses für Heißladungsträgersolarzellen charakteristische Verhalten wurde mit weiteren unabhängigen Messungen bestätigt. Die für den zweiten Solarzellenprototyp ungewöhnlichen Kennlinien erforderten eine neue Interpretation der Dynamik der Heißladungsträger auf Basis der Kinetischen Transporttheorie und der Thermoelektrizitätstheorie. Beide Modelle wurden anhand der bisher bekannten Phänomene betrachtet und in der vorliegenden Arbeit präsentiert.



https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2019000722
Reiß, Stephanie;
Untersuchung von Glasdegradationsprozessen mittels Röntgenphotoelektronenspektroskopie. - Ilmenau : Universitätsbibliothek, 2019. - 1 Online-Ressource (i, 143 Seiten)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2019

Im Rahmen dieser Arbeit wurde erstmals mit Hilfe von XPS und AFM systematisch das Alterungsverhalten von Floatgläsern unter Berücksichtigung von drei kommerziell relevanten Aspekten untersucht: Vorspannprozesse, Korrosion bei Belegung mit Partikeln und Glasschutzmittel. Es konnten zwei spezifische Carbonatphasen nachgewiesen werden, die unter dem Einfluss von warmer, feuchter Umgebungsluft auf Floatglasoberflächen entstehen: Dendritisches Trona und Natriumhydrogencarbonat. Des Weiteren wurde im oberflächennahen Bereich Mg-Diffusion nachgewiesen. Ermöglicht wird sie durch die Akkumulation von Na und Ca und den damit verbundenen Änderungen der Glasstruktur und -zusammensetzung an der Oberfläche. Thermisches Vorspannen hat keinen signifikanten Einfluss auf diese Prozesse. Chemisches Vorspannen führt jedoch zu signifikanten Veränderungen: Es kommt zu einer erheblich inhomogeneren lateralen Ausbildung von Kristalliten, während chemische Veränderungen in der Glaszusammensetzung nur halb so tief in das Glas hineinreichen. Ursache ist das beim chemischen Vorspannen eingebaute K, welches die Zwischenräume des Glasnetzwerks verengt, so dass ein Eindringen von Wasserspezies erschwert wird. Untersucht wurde auch der Einfluss von Sandpartikeln der Sahara auf Glaskorrosion. Der anhaftende Sand verstärkt die Auslaugung der Netzwerkwandler drastisch und beeinflusst Kristallisationsprozesse sowie die Chemie der Glasoberfläche. Während er die Bildung von Carbonatphasen drastisch unterdrückt, führt er zur Entstehung von Ca-Anorthit und Na-Phillipsit. Diese können im weiteren Bewitterungsverlauf das Glas besonders stark schädigen, da sie unter dem Einfluss von Luftfeuchtigkeit eine hochbasische Umgebung bilden, die zur Auflösung des Glasnetzwerks führt. Erstmals wurde der Einfluss eines kommerziell erhältlichen Glasprotektors auf Flachglas untersucht, um seinen möglichen Nutzen für die Floatglasreinigung abzuschätzen und seine Wirkungsweise zu verstehen. Das saure Milieu des Protektors führt zu einer verstärkten Auslaugung von Na, was die Eindiffusion von im Protektor enthaltenem Zn in das Glas ermöglicht, welches das Netzwerk durch Stärkung geschwächter Glasverbindungen stabilisiert. Das dem Protektor beigemischte Bi diffundiert nicht in das Glas ein, sondern lagert sich an dessen Oberfläche ab und schützt diese dort. Unter Langzeiteinwirkung bildet sich eine Schutzschicht aus geringvernetztem hydratisierten Zinkphosphat aus. Deren Dicke ist mit unter 15 nm nach 19 Tagen äußerst gering und führt somit zu keinen störenden Interferenzerscheinungen. Die Ausbildung dieser Präzipitatschicht kann durch die Anwesenheit von Sn auf der Floatglasoberfläche erheblich beschleunigt werden.



https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2019000077
Fluhr, Daniel;
Evaluation und Charakterisierung lokaler Defekte in organischen optoelektronischen Bauelementen mittels bildgebender Verfahren und Simulationen. - Ilmenau : Universitätsbibliothek, 2019. - 1 Online-Ressource (III, 124 Seiten)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2019

Die Arbeit befasst sich mit der Untersuchung von Defekten und deren Dynamik, die lokal in der Energiekonvertierungsfläche von Solarzellen auftreten. Ziel war es eineindeutige Erkennungsmerkmale für unterschiedliche Defekttypen aufzustellen und die Erscheinungsbilder der Defekte in Bildgebende Messmethoden besser zu verstehen. Die Defekte wurden dazu sowohl experimentell untersucht als auch durch Simulationen rekonstruiert. Besonderes Augenmerk lag auf der Untersuchung der zeitlichen Entwicklung des "dark spot" Defektes. Zum Einsatz kamen Bildgebende Elektrolumineszenz (ELI), Lichtinduzierte Strom Kartografierung (LBIC) und Loch-in Wärmebilder (DLIT). Diese Methoden lassen ortsaufgelöste Aussagen über die Proben zu. Elektrische Schaltkreissimulationen wurden eingesetzt, um den Signal-Verlauf der bildgebenden Messmethoden zu reproduzieren. Abschließend wurde betrachtet, inwieweit es möglich ist, durch eine Kombination von zwei bildgebenden Verfahren (ELI und LBIC), ortsaufgelöst Rückschlüsse auf quantitative Größen ziehen zu können. Dazu wurden diese beiden komplementären Messmethoden durch eine gemeinsame Auswertung kombiniert. Es zeigt sich, dass die dynamische Entwicklung des "dark spot" Defekts durch ein Diffusionsmodell beschrieben werden kann. Die weiterentwickelten elektrischen Schaltkreissimulationen bieten die Möglichkeit, die Signalverläufe von ELI, LBIC und DLIT im Umfeld der lokal auftretenden Defekte beschreiben zu können. In Verbindung mit den experimentellen Ergebnissen ist es möglich, Kombinationen verschiedener Messsignale aus mehreren bildgebenden Methoden mit unterschiedlichen Defekttypen zu verknüpfen. Die kombinierte Auswertung der Messsignale ermöglicht Aussagen über die lokalen Serien- und Parallelwiderstände der Zellen. Diese Erkenntnisse ermöglichen eine Qualitätskontrolle basierenden auf bildgebenden Messverfahren. Die in der Arbeit entwickelten und modifizierten Methoden lassen sich sowohl auf organische als auch auf andere Solarzellentypen sowie flächige organische Leuchtdioden anwenden.



https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2019000219
Schmidl, Gabriele;
Plasmonisch aktive Schichten und Nanostrukturen für die Material- und Sensorentwicklung. - Ilmenau : Universitätsbibliothek, 2019. - 1 Online-Ressource (120, vi Blätter)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2019

Der Schwerpunkt der Arbeit liegt in der Evaluierung neuer Materialkombinationen und kostengünstiger Herstellungstechnologien für die Realisierung definierter, spezieller optischer Eigenschaften von Oberflächen, Nanopartikeln (NP) und -strukturen auf Basis von Schichttechnologien, insbesondere in Hinblick auf die Integration in Sensorplattformen für die Bioanalytik. Plasmonisch aktive Oberflächen z.B. als LSPR-Oberflächen oder SERS-Substrate erfordern anwendungsbezogene Eigenschaften. Deshalb werden in der Arbeit unterschiedliche Herstellungsverfahren von NP und Strukturen, wie die Temperatur- und Matrix-induzierten Verfahren, ein Laser-induziertes Verfahren und das Template-Stripping untersucht und die experimentellen Ergebnisse diskutiert. Als Schichtmaterialien wird auf fcc-Edelmetalle wie Au und Ag eingegangen, die für die Bioanalytik besonders interessant sind. Bei der Sputter-Abscheidung wachsen diese substratunabhängig mit einer (111)-Vorzugsorientierung auf und bilden, insbesondere bei niedrigen Drücken, sehr glatte und dicht gepackte Oberflächen aus. Diese glatten Oberflächen verbessern die Güte der Schicht und verlängern damit die Propagationslänge der SPP. Die Plasmonik von NP, d.h. die Dichteoszillationen der freien Ladungsträger, werden nicht nur von der Größe, der Form und dem Material, sondern auch von dem Umgebungsmedium bestimmt. Das Aufbringen einer Schicht in fester Phase auf die NP - in dieser Arbeit SiO2, SiNx, ZnO, Al2O3, STO oder YBCO - beeinflusst nicht nur die LSPR-Bande durch einen anderen Brechungsindex der Umgebung, sondern wirkt sich auch auf den Partikelbildungsprozess bzw. Umformungsprozess selbst aus. Als besonders interessant stellten sich die Matrix-induzierte NP-Bildung unter Verwendung einer STO-Schicht und der UV-Laser-induzierte Prozess heraus. Weiterhin werden messtechnische Ansätze für hybride Bioanalytik-Plattformen realisiert, mit denen durch die Kombination von optisch sensitiven Nachweismethoden (Cavity-Ring-Down Verfahren und planare Ring-Wellenleiter-Strukturen) mit der Plasmonik eine Steigerung bezüglich Selektivität und Sensitivität in der Bioanalytik erreicht werden kann. So war es z.B. möglich mit der Sensorplattform basierend auf der Cavity-Ring-Down Methode kombiniert mit der NP-Plasmonik und mikrofluidischem System einen DNA-Nachweis mit einem LOD von ca. 3fM zu realisieren.



https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2019000020
Halle, Johannes;
Intercalation of graphene: inelastic excitations, bilayer growth, and superstructures. - Ilmenau : Universitätsbibliothek, 2019. - 1 Online-Ressource (IX, 101 Seiten)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2019

Die vorliegende Arbeit nutzt die Interkalation von Graphen mit verschiedenen Metallen zur Anpassung der elektronischen und strukturellen Eigenschaften von Graphen und für die Entwicklung einer neuartigen Präparationsmethode für Graphen-Bilagen. Mithilfe eines Rastertunnelmikroskops (STM) werden außerdem inelastische Anregungen im Graphen sowie die erzeugten Überstrukturen untersucht. Der erste Teil der Dissertation stellt eine Studie zum inelastischen Tunneln in Graphen auf Metalloberflächen vor. Die Interkalation von Graphen auf Ir(111) mit Cs und Li bewirkt deutliche Signaturen von Phononenanregungen in den Tunnelspektren. Im Gegensatz dazu werden nach Ni-Interkalation keine inelastischen Anregungen detektiert. Die Stärke der Phononensignale kann durch die Bedeckung der Alkalimetalle sowie durch die Veränderung des Spitze-Probe-Abstandes beeinflusst werden. Mithilfe von Transportrechnungen anhand eines innovativen Drei-Elektroden-Setups wird der Zusammenhang zwischen der Kopplung von Graphen zu den angrenzenden Elektroden und der spektralen Signaturen der Graphen-Phononen analysiert. Ähnliche Phononensignaturen auf Graphen-Mono- und Bilagen auf Ru(0001) zeigen eine räumliche Abhängigkeit der Intensität von der Messposition innerhalb der Moiréstruktur. Der zweite Teil der Arbeit beschreibt die Entwicklung einer Präparationsmethode für Graphen-Bilagen auf Basis einer sequenziellen chemischen Gasphasenabscheidung (CVD). Zunächst wird eine Monolage Graphen auf Pt(111) in einem CVD-Prozess aus Ethen erzeugt. Anschließend wird zusätzliches Pt auf die Probenoberfläche aufgedampft. Hierdurch wird diese für einen weiteren CVD-Schritt reaktiviert, in welchem die zweite Lage Graphen wächst. Die nachfolgende Interkalation der Pt-Schicht unter die vergrabene Graphenlage erzeugt schließlich die Graphen-Bilagen auf Pt(111). Eine Analyse der Moirémuster bestätigt die erfolgreiche Präparation von Graphen-Doppellagen. Den Abschluss dieser Dissertation bildet eine explorative Studie der Wirkung von Graphen auf die Überstrukturen der Interkalanten. Exemplarisch werden die Pt-Interkalation von Graphen auf Pt(111) sowie die Interkalation von Cs und Li unter Graphen auf Ru(0001) untersucht. Bei graphenbedecktem Pt(111) ruft das eingefügte Pt eine Rekonstruktion der Substratoberfläche hervor. Aufgrund des Einflusses von Graphen unterscheidet sich deren Struktur qualtitativ von der einer Klasse verwandter Rekonstruktionen. Darüber hinaus wird die erfolgreiche Kointerkalation von Graphen auf Ru(0001) mit Cs und Li präsentiert. Die Alkalimetalle bilden separate Phasen mit Übergittern, die sich jeweils am Graphengitter statt an dem des Ru-Substrates ausrichten.



https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2019000115
Niemeyer, Markus;
Entwicklung von metamorphen Mehrfachsolarzellen mit vier pn-Übergängen auf einem Germaniumsubstrat. - Ilmenau, 2019. - 143 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2019

Ziel dieser Arbeit war die Entwicklung einer metamorphen Vierfachsolarzelle auf einem Germaniumsubstrat mit einer Ga1-xInxAs Teilzelle. Der Fokus der Arbeit lag dabei auf der Materialcharakterisierung von metamorphem Ga1-xInxAs, das als Grundlage der 1.1 eV-Teilzelle dient. Mit den in dieser Arbeit etablierten Methoden können sowohl elektrische Eigenschaften als auch kristalline Eigenschaften an einer Vielzahl von III/V-Halbleitern bestimmt werden. Zur Materialcharakterisierung wurden verschiedenste Methoden eingesetzt, etabliert, weiterentwickelt und neu entwickelt. Das Besondere der Arbeit liegt in der umfassenden Materialanalyse, die durch die Vielfalt der eingesetzten Messmethoden und deren Verknüpfung ermöglicht wird. Die hier vorgestellte Kombination von leistungsabhängiger (PDR) und zeitaufgelöster (TR) Photolumineszenz (PL) ermöglicht es, die effektive Lebensdauer in ihre Bestandteile, die nur dotier-, design- und materialabhängige effektive strahlende Lebensdauer und die materialqualitätsabhängige Shockley-Read-Hall-Lebensdauer, aufzuteilen. Die Defektlebensdauer von Minoritätsladungsträgern wurde exemplarisch an Zn-dotierten GaAs und GaInAs-Doppelheterostrukturen bestimmt. Bei dem realisierten Konzept der GaInP/GaAs/GaInAs/Ge Vierfachzelle hat die GaInAs-Teilzelle eine größere Gitterkonstante als das Germanium-Substrat. Diese Differenz in der Gitterkonstante wurde innerhalb eines optisch inaktiven metamorphen GaInAs-Puffers überwunden. Die Defektdichte an der Oberfläche des Puffers wurde mittels plan-view Kathodolumineszenz bestimmt. Die Verbindung zwischen der GaInAs- und der AlGaAs-Teilzelle wurde durch einen direkten Wafer-Bond realisiert. Hierzu wurden unterschiedliche Materialkombinationen und Dotierkonzentrationen untersucht. In der GaInP/AlGaAs//GaInAs/Ge Vierfachsolarzelle wurden der metamorphe Puffer, die GaInAs-Teilzelle und der Waferbond zusammengeführt. Der Wirkungsgrad der Solarzelle unter einfachem Sonnenlicht beträgt 34.3% (AM1.5g). Die Vierfachzelle wurde zum Einsatz in Konzentratormodulen optimiert. Unter 403fach konzentriertem Sonnenlicht (AM1.5d) wurde ein Wirkungsgrad von 41.3% erzielt.



Steidl, Matthias;
Integration von nanoskaligen III-V Halbleiterstrukturen auf Silizium für die solare Energiekonversion. - Ilmenau : Universitätsbibliothek, 2019. - 1 Online-Ressource (xii, 169 Seiten)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2019

Tandem-Absorberstrukturen bestehend aus ternären III-V-Halbleiter-Nanodrähten (ND) als obere Teilzellen und Si als untere Teilzelle besitzen ein hohes Potential für kostengünstige, hocheffiziente Photovoltaik und solare Wasserspaltung. Ziel dieser Arbeit ist es den Weg zu einem solchem Tandem zu ebnen, wobei GaP als Pufferschicht zum Si(111)-Substrat und die metallorganische Gasphasenepitaxie (MOVPE) als Präparationsmethode dient. Dafür soll ein detailliertes Verständnis hierbei erforderlicher Prozessschritte auf möglichst atomarer Skala geschaffen werden, um somit die Kontrolle über jeden einzelnen dieser Präparationsschritte zu erlangen. Es zeigte sich, dass die Si(111)-Oberfläche sich in der H2-Atmosphäre des MOVPE-Reaktors wesentlich anders verhält als während der etablierten Präparation in Ultrahochvakuum: So ist diese nach thermischer Deoxidation (1×1)-rekonstruiert und Monohydrid-terminiert. Reflexionsanisotropie-Spektroskopie erweist sich als geeignet die thermische Deoxidation fehlorientierter Substrate in-situ zu beobachten. Senkrechtes, geradliniges Wachstum von ND erfordert B-polare GaP(111) Pufferschichten auf Si. Epitaxie von GaP auf H-terminiertem Si(111) resultierte jedoch in A-Typ Polarität. Mit Hilfe einer vorangehenden As-Terminierung der Si(111)-Oberfläche gelingt es, die Polarität zu GaP(111)B umzukehren. Die Verwendung geeigneter Si-Substrate und Nukleationsbedingungen erlaubte es die Dichte an Rotationszwillingengrenzen (RZGs) deutlich zu reduzieren und somit den Anteil senkrechter ND auf über 97% zu steigern. Denn wie sich zeigte, wirken sich RZGs nachteilig auf anschließendes ND-Wachstum aus, indem sie es entweder vollständig unterdrücken, diagonal zur Substratoberfläche oder horizontal entlang der RZG verlaufen lassen. Verlässt ein horizontaler ND die RZG, entscheidet die Gitterfehlanpassung über die weitere Wachstumsrichtung: homoepitaktische ND setzen ihre Wachstum in die Senkrechte fort, während heteroepitaktische ND horizontal bleiben. Zum Verständnis dieser Phänomenologie wird ein quantitatives, kinetisches Nukleationsmodell entwickelt. Unabhängig vom Auftreten von RZGs vermag dieses Modell, das horizontale ND-Wachstum in gitterfehlangepassten Systemen zu erklären. Außerdem gelingt es erstmals verdünnt-Stickstoff-haltige ND-Strukturen via MOVPE zu präparieren. Zwei Ansätze sind erfolgreich: N-Einbau während des vapor-liquid-solid-Wachstums; und N-Einbau in eine Hülle. Darüber hinaus wird die Dotierung von Nanodrähten mittels eines Vierspitzen-Rastertunnelmikroskops untersucht. Hiermit werden Widerstandsprofile freistehender ND bestimmt, was eine anschließende Anpassung der Wachstumsparameter an gewünschte Dotierprofile erlaubt.



https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2019000184
Brand, Jonathan;
Spectroscopy of currents and forces of single-atom and single-molecule junctions. - Ilmenau : Universitätsbibliothek, 2018. - 1 Online-Ressource (iv, 101 Seiten)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2018

In der vorliegenden Arbeit wird ein kombiniertes Rastertunnel- und Rasterkraftmikroskop optimiert, um Ströme und Kräfte in aus einzelnen Atomen und Molekülen bestehenden Kontakten zu untersuchen. Eine wesentliche Erhöhung der Leistungsfähigkeit des Mikroskops wird durch Reduzieren der Temperatur und mechanischer als auch elektromagnetischer Störungen erreicht. Zunächst werden Kontakte zu einzelnen C60-Molekülen auf einer supraleitenden Nb(110)-Oberfläche hergestellt, um den stabilen Betrieb des Mikroskops mit einer Energieauflösung zu verifizieren, welche der temperaturbedingten Grenze entspricht. Spektroskopische Messungen während der Bildung dieser Kontakte zeigen eine graduelle Zunahme des differentiellen Leitwerts innerhalb der supraleitenden Energielücke. Die experimentellen Beobachtungen verdeutlichen die Zunahme der Andreev-Reflexionswahrscheinlichkeit mit abnehmendem Abstand zwischen Probe und Spitze. Eine sorgfältige Auswertung der differentiellen und gesamten Leitwerte zeigt feine Unterschiede auf, welche auf die atomare Kontaktgeometrie zurückgeführt werden. Ein Vergleich der Resultate mit einer Erweiterung des Blonder-Tinkham-Klapwijk-Modells legt den Einfluss der Orientierungsabhängigkeit der Transmissionskoeffizienten einzelner C60-Moleküle nahe. Es wird eine neuartige Methode vorgestellt, um die Mindestanzahl von Transportkanälen zu bestimmen. Zusätzlich wird der fehlerfreie Betrieb des Rasterkraftmikroskops durch das Reproduzieren des Kraftverlaufs während der Bildung von C60-C60-Kontakten bestätigt. Der Einfluss der extern angelegten Spannung auf die während der Kontaktbildung herrschende vertikale Kraft wird zum ersten Mal berichtet. Die Berücksichtigung konventioneller Kräfte und starrer Elektroden weist auf das Auftreten bisher unerforschter Phänomene hin. Schließlich wird die Temperaturabhängigkeit der zur Manipulation einzelner Atome benötigten lateralen Kraft quantifiziert. Die Erfassung von Kräften mit einer Auflösung im Piconewton-Bereich hebt die Leistungsfähigkeit des optimierten Mikroskops hervor. Die Unempfindlichkeit der zur Manipulation einzelner Atome benötigten lateralen Kraft von der Zustandsdichte am Fermi-Niveau wird gezeigt, indem das Substrat mittels Variation von Temperatur und magnetischer Feldstärke vom supraleitenden in den nichtsupraleitenden Zustand gebracht wird.



https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2018000543
Xu, Shipu;
Template-assisted fabrications of nanostructure arrays for gas-sensing applications. - Ilmenau : Universitätsbibliothek, 2018. - 1 Online-Ressource (XII, 91 Seiten)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2018

Hochempfindliche Gasdetektion stellt hohe Anforderungen an die zu verwendende Messplattform, für welche Nanostrukturarray-basierte Messfühler vielversprechende Kandidaten sind. Die Template gestützte Methode stellt eine effektive Grundlage zur Herstellung verschiedener Nanostrukturarrays dar. In dieser Arbeit werden mit Hilfe von ultradünnen Aluminiumoxid-Membranen oder kolloidalen Monolayern als Templat zwei verschiedene Arten von Nanostrukturarray-Gassensoren (Nanorod-Arrays und dünne Schichten mit angeordneten dreieckigen Wölbungen) hergestellt, welche aufgrund ihrer Morphologie eine erhöhte Leistungsfähigkeit aufweisen. Bei der Gasdetektion mit SnO2-Nanorod-Arrays wurde die optimierte Gasmessung durch Anpassung der Nanorod-Länge auf 20 bis 340 nm erreicht. Charakterisiert wird sie durch eine niedrige Detektionsschwelle von 3 ppm Ethanol-Gas bei Raumtemperatur und einer Nanorod-Länge von 40 nm. Bei den SnO2-Dünnschicht-Gassensoren erhöhen die dreieckigen konvexen Wölbungen die aktive Adsorptionsfläche für die Gasmessempfindlichkeit. Die Anordnung dieser adsorptionsaktiven Punkte mit unterschiedlicher Periodizität (289, 433, 577 und 1154 nm) zeigt eine Sensitivitätsabhängigkeit auf, wobei eine niedrige Detektionsschwelle von 6 ppm Ethanol-Gas erreicht wird. Die obigen Korrelationen zwischen Morphologie und Leistungsfähigkeit bestätigen, dass die Template gestützte Herstellung von Nanostrukturarrays zur Produktion von hochleistungsfähigen Gassensoren effizient genutzt werden kann.



https://www.db-thueringen.de/receive/dbt_mods_00037471
Berthold, Theresa;
Gaswechselwirkungsreaktionen mit Indiumoxidschichten und deren Einfluss auf die elektronischen Oberflächeneigenschaften. - Ilmenau : Universitätsbibliothek, 2018. - 1 Online-Ressource (IV, 135 Seiten)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2018

Die durch die Anwendung von Indiumoxid (In2O3) als Gassensor motivierte Arbeit fokussiert sich auf die Untersuchung von Gaswechselwirkungen mit der In2O3 Oberfläche. Das Hauptaugenmerk liegt auf der Erstellung eines Modells der Gaswechselwirkung solcher Sensoren. Daher wurde ein System reduzierter Komplexität von einkristallinen und texturierten Proben untersucht, im Gegensatz zu den sonst in der Sensorik üblichen polykristallinen Schichten. Die Charakterisierung der Gaswechselwirkung erfolgte durch in Echtzeit-Widerstandsmessungen sowie in situ Photoelektronenspektroskopie (XPS und UPS) nach der Gasadsorption bzw. -desorption. Die Kombination beider Messmethoden ermöglicht die Korrelation des Sensorkennwerts (Widerstandsänderung) mit der Änderung der elektronischen Oberflächeneigenschaften, wie Austrittsarbeit, Oberflächenbandverbiegung oder Oberflächenladungsträgerkonzentration. Über die Substratwahl (Y-stabilisiertes Zirkonoxid oder Aluminiumoxid) wurde die Kristallinität und Orientierung der Indiumoxidschichten, gewachsen mittels plasmaunterstützter Molekularstrahlepitaxie (PAMBE), eingestellt. Im Initialzustand weisen alle untersuchten Proben eine Oberflächenelektronenakkumulation auf. Diese kann durch das Dotieren des In2O3 mit Elektronenakzeptoren (Mg oder Ni) leicht gesenkt werden. Die Gaswechselwirkungsexperimente erfolgten an mittels PAMBE hergestellten nominell undotierten In2O3 Schichten. Untersucht wurde zunächst die Reaktion der Indiumoxidoberfläche mit reaktivem Sauerstoff in Form eines Sauerstoffplasmas. Das Sauerstoffplasma führt zu einer Bedeckung der Oberfläche mit Sauerstoffadsorbaten von 0,7 bis 1,0 Monolagen, bei gleichzeitiger Verarmung der Oberflächenelektronenakkumulation. Die Wechselwirkungen der oxidierend wirkenden, untersuchten Gase (Sauerstoff, Ozon, Stickstoffmonoxid) mit der Indiumoxidoberfläche zeigen tendenziell gleiche Effekte auf die chemischen und elektronischen Oberflächeneigenschaften, jedoch deutlich schwächer ausgeprägt. So wird eine deutlich geringere Bedeckung der Oberfläche mit sauerstoffhaltigen Adsorbaten erreicht und die Oberflächenelektronen werden nicht vollständig verarmt. Bei diesen Experimenten konnte eine qualitative Korrelation der Oberflächenelektronenkonzentration und der Schichtleitfähigkeit des In2O3 beobachtet werden.



http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2018000296
Nasori, Nasori;
Design of metal oxide-based electrodes for efficient photoelectrochemical water splitting. - Ilmenau : Universitätsbibliothek, 2018. - 1 Online-Ressource (xx, 147 Seiten)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2018

In Anbetracht der Nachteile konventioneller Photokathoden und Photoanodenmaterialien, fokussieren wir uns auf die Erschließung neuer Kandidaten für hocheffiziente photoelektrochemische Systeme (PEC). Diese Dissertation befasst sich mit der Erforschung von Oxidhalbleitern hergestellt durch Elektrodeposition und Spin-coating, unterteilt sich in folgende Teilbereiche: 1. Die Herstellung von CuBi2O4 (CBO) Filmen auf FTO und FTO/Au Substraten durch elektrochemische Abscheidung. Die Beobachtung deutet darauf hin, dass die Existenz eines dünnen Goldfilms zur Verbesserung der Kristallqualität des gewachsenen CBO-Films, einer besseren Trennung photogenerierte Ladungsträgerpaare im entsprechendem Material und zur Reduktion des Widerstands im System beiträgt. Im Vergleich zu FTO/CBO zeigt die FTO/Au/CBO Photocathode eine außergewöhnliche Verbesserung des Photostroms von -0,23 mA cm^-2 zu -0,50 mA cm^-2 bei 0,1 V vs. RHE. Das PEC System wurde weiter optimiert durch Abscheidung von Pt-Partikeln auf den CBO-Film, dadurch wurde der Photostromdichte weiter verstärkt zu -1,24 mA cm^-2. Diese Daten zeigen einen attraktives p-Typ Material in der Photoelektrochemie ohne betroffen zu sein von Korrosion in wässrigen Elektrolyten. - 2. P-Typ Cu2O wurde lange Zeit als vorteilhaftes Material in der Photoelektrochemie gehalten, durch seine geeignete Bandlückenstruktur und kostengünstige Herstellung. Jedoch zeigt dieses vielversprechende Material eine hohe Anfälligkeit für Korrosion in wässrigen Elektrolyten. Um dieses Problem zu adressieren und zu einer guten photoelektrochemischen Leistungsfähigkeit zu gelangen müssen schützende Oxidschichten und teure Katalysatoren eingesetzt werden. Die Komplexität solcher zusätzlicher Prozesse jedoch limitieren die weiteren Anwendungen. Anstelle die Oberfläche schützende Oxidschichten und teure Katalysatoren zu verwenden, kommt in dieser Arbeit eine Oberflächenbehandlung der Cu2O Photokathoden mit Trisodium Citrate (TSC) zum Einsatz, welche die photoelektrochemische Leistungsfähigkeit enorm steigern könnte. Im Vergleich der Elektrode ohne TSC Behandlung und mit, zeigt die Photokathode aus FTO/Au/Cu2O/TSC/TiO2/Pt eine deutliche Erhöhung der Photostromdichte um etwa den Faktor 2. - 3. Ferroelektrische BiFeO3 Photoelektroden durchbrechen die Limitierungen gewöhnlicher Halbleitermaterialien. Als ein Ergebnis ihrer typischen ferroelektrischen Eigenschaften wurden Photoelektroden eingestellt auf den Transfer lichtangeregter Ladungsträger, erzeugt im BiFeO3 oder den Oberflächen, durch Manipulation der Polungszustände der ferroelektrischen Bereiche. Bei 0 V gegen Ag/AgCl konnte der Photostrom geschaltet werden von 0 mA cm^-2 zu 10 mA cm^-2 und die offene Klemmspannung ändert sich von 33 mV zu 440 mV wenn die Biaspolung der Vorbehandlung von -8 V zu +8 V geändert wird. Zusätzlich konnte der Photostrom von Ladungsträgerinjektion der angeregten Oberflächenattribute getilgt werden durch Änderung der Biasspannung von +8 V auf -8 V. - 4. Strukturkonstruktion von Photoanoden aus n-Typ CuWO4 Nanograin-Arrays mittels elektrochemischer Abscheidung und vorgeprägten AAO Templaten, resultierend in unterschiedlichen Zwischenabständen, wurde erfolgreich ausgeführt. Die Effektivität und Effizienz des Ergebnisses auf die Kontrollparameterbestimmung sind erkennbar durch photoelektrochemische (PEC) mit einer Stromdichte von 1,02 mA cm^-2 (vs. Ag/AgCl) unter simulierter 1,5G Solarstrahlung, sowie einer Elektronen umgewandelten Strahlung 1,78% bei einem Bias von 0,7 V (vs Ag/AgCl). Die Länge der Zwischenabstände zeigen eine Optimierung der Elektrolytpenetration zum Interface (a) liefert Auswirkungen zur Erhöhung der Donatordichte 2,86 x 10^20 cm^-3 in der Flachbandspannung, (b) externe Quanteneffizienz für Wellenlänge 410 nm. Und (c) die Zwischenabstände der Nanograin-Arrays wirk als eine sichere Struktur zur Erhöhung der Leistungsfähigkeit zur photoelektrochemischen Wasserspaltung. - Photoelektroden sind vielversprechender Kandidat für effiziente PEC Verbesserungen um die konventionellen erneuerbaren Energien in der Zukunft zu übertreffen. Strukturierte Halbleiteroberflächen sollen elektrokatalytische Verluste in Form des Überpotentials durch den geringeren Stromfluss per Oberflächeneinheit der Elektrode minimieren. Im Wesentlichen, durch niedrigere Aktivitäten könnte dieser Effekt es erlauben auf der Erde reichhaltig vorkommende Katalysatoren zu verwenden und eine ausgezeichnete Verteilung über die strukturierte Elektrode gewährleisten um die Nutzung der hochaktiven Edelmetallkatalysatoren zu ersetzen.



http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2018000076
Wang, Wenxin;
Fabricating plasmonic metastructures by non-lithographic technique. - Ilmenau, 2018. - XXVI, 134 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2018

Plasmonisches Material ist eine Art von nanooptischem Material, das Licht (Photonen) im Nanomaßstab beeinflussen kann, und ist dafür geeignet, die Beziehung zwischen Licht und Materie näher zu untersuchen. Oberflächenplasmonen (SPP) und Partikelplasmonenresonanz (LSPR) sind zwei wesentliche existierende Typen von Plasmonen an Materialien, wobei die darauf basierenden Nanostrukturen breite Anwendung im Messen, in der Energiegewinnung zwecks autarker Versorgung (Energy Harvesting), für die Datenspeicherung etc. finden. Der Gestaltung wünschenswerter plasmonischer Nanostrukturen mit veränderlichen und einstellbaren optischen Eigenschaften wie auch den Strukturparametern kommen die fortgeschrittenen Nanofabrikationsmethoden zugute. Normalerweise können plasmonische Nanopartikel mittels nasschemischer Verfahren in verschiedenen Formen gewonnen werden, allerdings liegen sie meist in aggregierter Form vor. Für die reale technische Anwendung ist jedoch eine einheitliche Basis erforderlich, um hohe Qualität und Reproduzierbarkeit sicherzustellen. Einerseits lassen sich mit den üblichen litographischen Verfahren beliebige Strukturen in jedweder Anordnung, insbesondere für Metastrukturen, darstellen. Andererseits sind diese nicht geeignet für den Aufbau von Nanostruktur im großen Maßstab aufgrund des teuren und zeitaufwändigen Herstellungsprozesses. In dieser Arbeit fasst der Autor zunächst die Aspekte von Plasmonen systematisch zusammen, beginnend mit grundlegenden Erfolgsaussichten, über die Herstellung bis hin zu den bestehenden Hürden. Weiterhin schlägt der Autor eine neue Herangehensweise für die Erzeugung einer periodischen Anordnung von kreuzförmiger Gold-Nanostruktur über eine große Fläche vor. Dies ist die erste Darstellung von periodisch kreuzförmigen Nanostrukturen mit nichtlithographischen Methoden. Die einzelne Nano-Kreuzstruktur kann an Wellenlängen zwischen 200 und 400 nm angepasst werden, die Strukturfläche kann bis in den Zentimetermaßstab reichen. Die verwendeten Materialien erstrecken sich von Metallen über Halbleiter bis zu Polymeren. Das periodische Muster lässt sich nicht nur auf einer planen, sondern auch einer kurvigen oder sogar sphärischen Oberfläche erzeugen. Im Wesentlichen entsteht die Struktur durch eine nichtlithographische Schablone, die auf einer preisgünstigen Standard-Aluminiumfolie aufbaut. Anhand der experimentellen und simulierten optischen Untersuchung beweist der Autor, dass diese neue Art von Feldern in hohem Maße die Lichtausbeute durch Erhöhung der Lebensdauer der Photonen in periodischer Anordnung verbessert. Drittens befasst sich der Autor mit einer Fabrikationsmethode für die periodische Anordnung von Metastrukturen in L- und U-Form sowie O-Form. Letzterer besteht aus einer ultradünnen Aluminiummaske (UTAM) in quadratischem Fachwerk mit schiefer Abscheidung mittels physikalischer Gasphasenabscheidung (PVD). Diese erfolgt durch Einstellung des Abscheidungswinkels der transversalen und vertikalen Achse des Probenträgers sowie der Abscheidungsrate der metallischen Quelle. Die L- und U-Form sowie der O-Form können durch ein-, zwei- und dreifache Rotation der Mittelachse des Probenträgers erzeugt werden. Die optischen Eigenschaften der erhaltenen periodischen Metastruktur in L- und U-Form sowie als O-Form werden durch lineare Extinktion und nichtlineare Frequenzverdopplung (SHG) erfasst. Der Autor erforscht die grundlegenden Erfolgsaussichten von plasmonischen Materialien, behandelt die Hürden in der Fabrikation und Verwertung von plasmonischen Strukturen und entwirft eine Serie von Strategien, um diese zu überwinden. Diese Thesis ist eine Zusammenfassung seiner wissenschaftlichen Arbeit über die letzten Jahre.



Lozovoi, Artur;
Theoretical and experimental study of polymer melt dynamics : role of intermolecular dipolar interactions. - Ilmenau : Universitätsbibliothek, 2018. - 1 Online-Ressource (111 Seiten)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2018

In dieser Arbeit wird die Dynamik verschränkter Polymerschmelzen mittels eines neuartigen vielseitigen NMR-Formalismus umfassend untersucht. Der theoretische Hintergrund für seine Anwendung wird vorgestellt und ausführlich diskutiert. Es wird gezeigt, dass das Regime der langsamen anomalen segmentalen Diffusion, die den verschränkten Polymerschmelzen in einem breiten Zeitraum innewohnt, durch Analyse der Beiträge der intermolekularen dipolaren Wechselwirkungen zu speziellen Varianten von Aufbaufunktionen untersucht werden kann. Einer von ihnen kombiniert die Signale von drei Doppelpuls-Spin-Echo-NMR-Impulsfolgen und wird als Solid-echo Build-up Funktion bezeichnet. Der andere korreliert die Hahn-Echosignale, die zu verschiedenen Zeitpunkten erhalten werden, und wird als Dipolar-correlation Build-up Funktion eingeführt. Beide spiegeln im Wesentlichen die Eigenschaften dipolarer Wechselwirkungen zwischen Spins in einem System wider. Diese Wechselwirkung ist wiederum empfindlich gegenüber der lokalen segmentalen Translation und Reorientierung, was eine Möglichkeit bietet, diese Bewegungen zu untersuchen. Die beiden vorgestellten Methoden werden sowohl auf den konventionellen Niederfeld-NMR-Spektrometern als auch auf der im Rahmen dieser Arbeit aufgebauten Hochtemperatureinheit eingesetzt. Unter Verwendung dieser Ausrüstung wird der vorgeschlagene Ansatz auf die Untersuchung von Polybutadien, Poly(ethylen-alt-propylen) und Polyethylenoxidschmelzen angewendet. Die gefundene Zeitabhängigkeit der Segmentverschiebungen stimmt mit den Resultaten konventioneller Techniken bei kurzen Zeiten gut überein. Darüberhinaus sind die neuen Methoden geeignet, den untersuchten Dynamikbereich sowohl in der Zeit- als auch in der Verschiebungsdomäne signifikant zu erweitern und damit Informationen zu liefern, die für andere experimentelle Methoden kaum zugänglich sind. Daher wird der vorgestellte Ansatz als ein neues leistungsfähiges Werkzeug auf dem Gebiet der Polymerphysik angesehen. Die breite Palette von Informationen, die durch den Dipolar-correlation und den Solid-echo Formalismus geliefert werden, erlaubt einen umfassenden experimentellen Test der Gültigkeit des Tube-Reptation-Modells, das die am häufigsten verwendete und wohletablierte theoretische Beschreibung der verschränkten Polymerschmelzen ist. Die Zeitabhängigkeit der Segmentverschiebung, die in Poly(ethylen-alt-propylen) erhalten wurde, stimmt gut mit den entsprechenden Vorhersagen des Modells überein. Es werden drei verschiedene Potenzgesetze beobachtet, die im Rahmen des Tube-Reptationsmodells dem Rouse-, den inkohärenten und den kohärenten Reptationsregimen zugeschrieben werden. Wichtig ist, dass der Übergang von der inkohärenten zur kohärenten Reptation bei dieser Polymerspezies mit einem so hohen Molekulargewicht zum ersten Mal experimentell beschrieben wird. Auf der anderen Seite zeigen Segmentverschiebungen, die in den Polyethylenoxidschmelzen mit unterschiedlichen Molekulargewichten erhalten werden, keine Merkmale der extrem langsamen t^0.25 Dynamik, die für die inkohärente Reptation vorhergesagt wurde. Dieses Ergebnis ist konsistent und wird durch andere NMR-Techniken bei kürzeren und längeren Zeiten bestätigt. Dieser Befund stellt die universelle Anwendbarkeit des Konzepts der Röhre für alle weiteren Polymerspezies in Frage. Darüber hinaus zeigt die Abschätzung der relativen Beiträge der intra- und intermolekularen dipolaren Wechselwirkungen zur transversalen Relaxation ein ähnliches Verhalten für alle untersuchten Polymerschmelzen. Interessanterweise steht dieses Verhalten im Widerspruch zur Vorhersage des Tube-Repation-Modells und zeigt keine Merkmale, die für die hoch anisotrope Bewegung innerhalb der fiktiven Röhre erwartet werden. Die Übereinstimmung dieses Ergebnisses in allen Proben lässt eine noch allgemeinere Frage nach der Gültigkeit des gesamten Konzeptes des Tube-Reptationsmodells aufkommen.



http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2018000046
Paszuk, Agnieszka;
Controlling Si(111) and Si(100) surfaces for subsequent GaP heteroepitaxy in CVD ambient. - Ilmenau : Universitätsbibliothek, 2017. - 1 Online-Ressource (XV, 142 Seiten)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2017

Die Integration von III-V-Unterzellen auf einem kostengünstigen aktiven Si-Substrat hat das Potential, Mehrfach-Solarzellen mit einem hohen Konversionswirkungsgrad zu ermöglichen. Das Wachstum von III-V-Materialien mit niedriger Defektdichte auf Si ist schwierig aufgrund der unterschiedlichen Kristallstrukturen. Dank der geringen Gitterfehlanpassung kann eine GaP Nukleationsschicht, die auf dem Si Substrat aufgewachsen wird, den Übergang von Si zu anderen III-V Materialien erleichtern. Solche pseudomorphen GaP/Si-Quasisubstrate ermöglichen die anschließende Integration planarer oder Nanodraht (ND)-basierter III-V-Strukturen. Die planaren Strukturen werden für gewöhnlich in [100]-Orientierung gewachsen, wohingegen ND-Strukturen bevorzugt entlang der [111]-Richtung wachsen. Die vorliegende Arbeit untersucht die Präparation der Si Unterzelle und der pseudomorphen GaP/Si Quasisubstrate mittels metallorganischer chemischer Gasphasenabscheidung (MOCVD). Auf der Si(100) Oberfläche verursachen Einfachstufen beim heteroepitaktischen Wachstum von III-V-Schichten die Entstehung von Antiphasendomänen, wohingegen bei Si(111)-Substraten die Kontrolle der Polarität der GaP-Schichten entscheidend ist, um das senkrechte Wachstum von ND zu erreichen. MOCVD-Wachstumsprozesse sind sehr komplex aufgrund der Anwesenheit von metallorganischen Ausgangsstoffen, des Prozessgases (H2), welches einen starken Einfluss auf die Stufenformation des Si hat, und wegen des allgegenwertigen Wechselspiels zwischen energetischen und kinetischen Prozessen. Um die präzise Präparation der Si-Oberfläche kontrollieren zu können verwenden wir in situ Reflexions-Anisotropie-Spektroskopie (RAS) und korrelieren Signale, welche an entscheidenden Prozessschritten auftreten, mit Ultrahochvakuum (UHV)-basierten Oberflächen-empfindlichen Methoden. Beide Si-Oberflächen wechselwirken stark mit dem H2-Prozessgas, was zu einer Terminierung der Oberflächen mit Monohydrid führt. Der Kollektor in Si(100) und Si(111) wird durch Tempern unter TBP oder TBAs Precursor gebildet, welches zu einer Diffusion von P oder As in Si führt. Nach der Kollektor-Bildung weiteres Tempern in H2 ist notwendig, um für die GaP Nukleation wieder eine glatte Oberfläche (epiready) zu generieren. Um GaP(111) mit B-Typ-Polarität zu erzielen, was für vertikales III-V ND-Wachstum notwendig ist, ist eine Modifizierung der H-terminierten Si-Oberfläche nötig. Durch eine gezielte Terminierung der Si-Oberfläche mit As oder H2 lässt sich die Polarität des GaP-Films kontrollieren. Im Falle von Si(100) 6˚ kann mittels in situ RAS die Dimer-Ausrichtung der Majoritätsdomäne auf der Oberfläche in Abhängigkeit der As-Quelle (Asx oder TBAs) und der Abkühlprozedur kontrolliert werden. Dies erlaubt die gezielte Einstellung der Untergitterausrichtung der nachfolgend gewachsenen, eindomänigen GaP/Si(100)-Schicht. Somit können sowohl für planare als auch für ND-basierte photovoltaische Mehrfachabsorber-Strukturen geeignete GaP/Si Quasisubstrate mit wohldefinierten Grenzflächen und einem p-n-Übergang im Si kontrolliert in der MOCVD präpariert werden.



http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2017000743
Rößler, Erik;
Ortsaufgelöste Niederfeld-NMR-Untersuchungen der Wasser- und Proteindynamik an Knorpelgewebe sowie dessen Bestandteilen zur Charakterisierung von degenerativen Erkrankungen. - Ilmenau : Universitätsbibliothek, 2017. - 1 Online-Ressource (109 Seiten)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2017

Hyaliner artikulärer Knorpel stellt aufgrund seiner möglichen Einteilung in drei verschiedene Zonen, welche anhand des Kollagenfaserverlaufs vorgenommen werden kann, ein Beispiel eines organisierten biologischen Gewebes dar. Diese tiefenabhängige Struktur wird von einem Gradienten zunehmender Glykosaminoglykan- (Protein-Disacharid-Makromoleküle) und abnehmender Wasserkonzentration zur Knochengrenzfläche hin begleitet. Bei niedrigen Magnetfeldstärken ist die longitudinale Relaxationszeitsvariation (T1) ein zuverlässiger Parameter zur Charakterisierung dieser Struktur. Überdies ist die T1-Zeit sensitiv zum enzymatischen Abbau, externer mechanische Belastung und Degeneration in Folge einer osteoarthritischen Erkrankung. Andererseits ermöglicht die feldabhängige Relaxometrie Zugang zu der quadrupolaren Wechselwirkung. Hierdurch wird der Gehalt und die Ordnung akromolekularer Bestandteile, im Knorpel sind dies die Glykosaminoglykane und Kollagenfasern, widergespiegelt. In diesem Projekt wurden sowohl Niedrigfeld- als auch feldabhängige Techniken kombiniert, um die Wasser- und Proteindynamik von artikulärem Knorpel als auch seinen Bestandteilen zu untersuchen. Erste Versuche fanden an Rinderknorpel und Glykosa-minoglykan / Kollagen - Wasser Modellsystemen statt. Im weiteren Verlauf wurden beide NMR-Techniken zum ersten Mal verwendet, um Korrelationen zwischen NMR-Parametern und dem Verhalten unter mechanischer Belastung bzw. dem Krankheitszustand einer Osteoarthritis bei humanem Knorpel zu identifizieren. Dabei konnte eine Abhängigkeit der Ausprägung der quadrupolaren Wechselwirkung und der Knorpeldicke mit dem Osteoarthritiszustand, welcher durch die Mankin-Grade abgebildet wurde, gefunden werden. Weiterhin ist eine signifikante Korrelation sowohl der Position als auch des maximalen T1-Wertes unter uniaxialer Belastung von 0,6 MPa, einem typischen Werte für eine Druckbelastung im menschlichen Knie, demonstriert wurden. Beide Ergebnisse sind unter Beachtung der räumlichen Auflösung des Tiefenscanners von 50 [my]m, welche eine Größenordnung besser als bei klinisch eingesetzten Geräten ist, von besonderer Wichtigkeit. Zusammenfassend ist festzuhalten, dass Niedrigfeld-NMR-Techniken zusätzliche Informationen zu den Hochfeldergebnissen liefern und damit einen entscheidenden Beitrag zum Gesamtbild des Knorpelgesundheitszustandes beitragen können.



http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2017000450
Liang, Liying;
Rational design of antimony nanostructures toward high-performance anode materials for sodium-ion batteries. - Ilmenau : Universitätsbibliothek, 2017. - 1 Online-Ressource (XVI, 124 Seiten)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2017

Durch die hohe Verfügbarkeit von Natrium und die geringen Kosten haben wiederaufladbare Na-Ionen-Batterien viel Aufmerksamkeit als Alternative für Li-Ionen-Batterien für den Großeinsatz als Energiespeicher erhalten. Eine Herausforderung zur Kommerzialisierung von Na-Ionen-Batterien ist es, nutzbare Anodenmaterialien zu finden um Na-Ionen aufzunehmen, da Na-Ionen einen größeren Radius als Li-Ionen besitzen. Unter verschiedenen Kandidaten als Anodenmaterial ist metallisches Sb (Antimon) sehr attraktiv durch seine hohe theoretische Kapazität (660 mAh g-1) und ein relativ sicheres Betriebspotential von ca. 0.4V (vs. Na+/Na). Trotz dieser Vorteile ist der größte Engpass für die Verwendung von Sb-Anoden in der Praxis ihre hohe Volumenänderung (˜390%) während des Lade- bzw. Entladezyklus, was eine Pulverisierung der Sb-Materialien und somit zur elektrischen Isolation vom Stromkollektorinduziert und somit zu einer schnellen Degradation der Kapazität und damit schlechten Zyklenfestigkeit führt. Um dieses Problem der großen Volumenänderung von Sb anzugehen wurden im Zuge dieser Dissertation neue Wege entwickelt und darüber hinaus erfolgreich in einer Vollzelle implementiert. Es ist bekannt, dass um eine gute elektrische Performance zu erhalten drei wichtige Dinge unerlässlich sind, diese sind eine hohe Ionen-Diffusion, schneller Elektronentransport und stabile, haltbare Elektrodenstrukturen. Diese drei Aspekte können durch ein rationales Design der Elektrodenstruktur realisiert werden. In dieser Hinsicht wurden drei verschiedene effizienz-orientierte Elektroden hergestellt, diese sind eine hierarchische farnblatt-ähnliche Sb-Elektroden, groß-skalige sehr gleichmäßig angeordnete Sb-Nanorod-Arrays sowie hierarchische Sb-Ni-Nanoarrays. Zusätzlich können alle drei Strukturen als additiv-freie Anoden für Na-Ionen-Batterien verwendet werden, was nicht nur vorteilhaft ist um die Zyklenperformance zu verbessern, sondern auch die Kosten des Batterie-Systems reduzieren kann sowie komplizierte Prozesse der Elektrodenherstellung unnötig macht. Im Gegensatz zu diesen fortgeschrittenen Elektrodendesigns zeigen alle drei verschiedenen SB-Anoden eine hohe Kapazität, ein hohe Zyklenzahl sowie hohe Zyklenfestigkeit. Des Weiteren wurde die Umsetzbarkeit der drei Elektroden in der Praxis vollständig bewiesen indem diese erfolgreich in Na-Ionen-Batterien-Vollzellen implementiert wurden. Diese Designstrategien können eine wertvolle Orientierung für die Problematik der Volumenänderung auch anderer Elektrodenmaterialien für die Realisierung von schnellen und stabilen Na-Ionen-Energiespeichern darstellen.



http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2017000445
Vellacheri, Ranjith;
Rational design of electrodes for solid-state cable-type supercapacitors with superior ultrahigh rate performance. - Ilmenau, 2017. - XI, 135 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2017

Die aktuellen Spitzentechnologien in Materialwissenschaft und Elektronik haben durch bedeutende Fortschritte bei Innovationen eine neue Generation von transportabler Elektronik angeregt. Es ist eine große Herausforderung diese Errungenschaften in einem nächsten Schritt für die Entwicklung von intelligenter, flexibler und tragbarer Elektronik anzuwenden. Zentral für die Realisierung dieser fortgeschrittenen Elektronik ist die Verfügbarkeit von effizienten, sicheren, kompakten, leichten, flexiblen und verwertbaren Energiespeichern. Im Gegensatz zu den heutigen Akkumulatoren besitzen Superkondensatoren hervorragende Eigenschaften wie schnelle Ladungs-/Entladungszyklen, hohe Zykluslebensdauer sowie ausgezeichnete Sicherheitsmerkmale, die sie vielversprechend für viele Anwendungen machen. Andererseits schränken Faktoren wie niedrige Ladungsspeicherkapazität, mangelnde Ultrahochgeschwindigkeitstauglichkeit und Schwierigkeiten bei der Integration bestehender Superkondensatoren den Nutzen in der intelligenten Elektronik der neuen Generation aufgrund ihrer schlechten strukturellen Kompatibilität und mechanischen Eigenschaften ein. Folglich erfordern diese Einschränkungen eine Verbesserung der Ladungsspeicher und der physikalischen Eigenschaften von Superkondensatoren. Ausgehend von den oben genannten Faktoren schlägt diese Arbeit ein neues Herstellungsverfahren für die Entwicklung von kabelbasierten Festkörper Superkondensatoren (solid-state cable-type supercapacitors (SSCTSs)) vor, seilartigen Strukturen basierend auf einem Festkörperelektrolyten, welche ausgezeichnete Ultrahochgeschwindigkeitseigenschaften ermöglichen, um den Herausforderungen von Energiespeichern in der intelligenten, flexiblen und tragbaren Elektronik gerecht zu werden. Die Hauptarbeit dieser Dissertation konzentriert sich auf die Herstellung von eigendotierten Titanoxid-Nanotubes (D-TiO2) auf Titan (D-TiO2/Ti) durch Anodisierung von Titandraht mit anschließender kathodischer Polarisation als Elektroden für die Entwicklung von SSCTSs. Die einzigartige Architektur von regelmäßig aufgewachsenen D-TiO2 auf Titandraht ermöglicht einen kurzen Ionendiffusionsweg sowie einen geringen Ladungsübertragungswiderstand, wodurch die hergestellten SSCTSs hervorragende Ladungsspeichereigenschaften sogar bei einer Ultrahoch-Scan-Rate von 200 V / s (Cyclovoltammetrie) zeigen, welche nahezu zwei bis drei Größenordnungen (100 1000-fach) über den veröffentlichten maximalen Scan-Raten der meisten bisher entwickelten SSCTSs liegt. Neben der überlegenen Ladungsspeicherung zeigen D-TiO2/ Ti basierte SSCTSs auch nach über 20.000 Ladungs-/Entladungszyklen eine ausgezeichnete zyklische Stabilität sowie eine zuverlässige Ladungsspeicherleistung auch unter mechanischer Beanspruchung (Verbiegung). Um die Fähigkeiten dieser Methode weiter zu belegen, werden in der Dissertation auch SSCTSs unter Verwendung von weiterentwickelten Elektroden, wie MoO3D-TiO2/Ti und PEDOT@D-TiO2/Ti durch kontrollierte galvanische Abscheidung von MoO3 und PEDOT auf D-TiO2/Ti, hergestellt. Die Verwendung so gestalteter Elektroden trägt dazu bei, die Kapazitäts- und Energiedichte von SSCTSs unter Beibehaltung aller grundlegenden Eigenschaften von D-TiO2-basierten SSCTSs zu verbessern. Die Leistungsfähigkeit der vorgeschlagenen SSCTSs betont das Zukunftsträchtige der Methodik, welche in dieser Arbeit für die Herstellung von Hochleistungs-SSCTSs für verschiedene Anwendungen in einer neuen Generation von Elektronik vorgestellt wird. Darüber hinaus untersucht diese Arbeit auch die Möglichkeiten von TiO2-basierten Elektroden, um Höchstgeschwindigkeiten bei SSCTSs zu erreichen, ein Thema, das bisher nur selten untersucht wurde. Schließlich ist es bei dem rasanten Wachstum von Technologien unschwer vorstellbar, dass die hier entwickelte Methode neue Möglichkeiten im Bereich der Höchstgeschwindigkeits-SSCTSs eröffnet, neue Wege für Innovationen neuer elektronischer Geräte ebnet und die wachsenden Bedürfnisse von Endnutzern erfüllt.



Meierott, Stefan;
Spectroscopic line shapes of electronic and vibrational excitations of single-atom and single-molecule junctions. - Ilmenau : Universitätsbibliothek, 2017. - 1 Online-Ressource (IV, 124 Seiten)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2017

Der Kondo-Effekt und inelastisches Elektronentunneln sind bedeutende Effekte in der Physik des Elektronentransports durch einzelne Atome und Moleküle. In den Ableitungen der Strom-Spannungs-Kennlinie treten charakteristische Fano-artige Linienformen auf. Um solche Signaturen zugänglich zu machen, wird in dieser Arbeit ein Ultrahochvakuum-Tieftemperatur-Rastertunnelmikroskop optimiert. Anschließend wird der Kondo-Effekt an Co-Atomen auf der Au(110)-Oberfläche behandelt. Im Spektrum des differentiellen Leitwerts einzelner Co-Atome tritt eine Peak-förmige Signatur der Abrikosov-Suhl-Resonanz auf. An Co-Atomen auf Facettenplätzen der Au(110)-(1x2) rekonstruierten Oberfläche breitet sich diese Resonanz anisotrop aus. Die Anisotropie wird auf Variationen im Spitze-Substrat-Abstand zurückgeführt. Weiterhin wird die Parameter-Schätzung verrauschter Fano-Linienformen anhand experimenteller und simulierter Daten diskutiert. Zur Linienanpassung nach der Methode der kleinsten Quadrate wird die Verwendung einer günstigeren Parametrisierung der Fano-Funktion nahegelegt. Zusätzlich ermöglicht eine Winkeldarstellung des Asymmetrie-Para-meters die Schätzung der Unsicherheit nach Gauß'scher Fehlerfortpflanzung. Der darauf folgende Teil der Arbeit widmet sich Tunnelspektren von C60-Molekülen auf Pb-Oberflächen. Mittels gezielter Funktionalisierung der Tunnelspitze mit einzelnen C60-Molekülen wird die elektronische Struktur eingestellt. Gleichzeitig ändern sich die Linienformen von Vibrationssignaturen. Ähnlichen Einfluss auf die Linienformen hat die elektronische Struktur unterschiedlich adsorbierter Moleküle auf der Pb(111) Oberfläche. Ein quantitativer Zusammenhang zwischen elektronischer Struktur und Vibrationssignaturen wird ermittelt. Die Ergebnisse sind ein experimenteller Nachweis theoretischer Vorhersagen zu resonanten Tunnelprozessen in inelastischem Elektronentunneln. Im Anschluss wird der elektronische Transport abhängig vom Probe-Spitze-Abstand untersucht. Bei Annäherung der Tunnelspitze verschiebt die Signatur des niedrigsten unbesetzten Molekülorbitals zu niedrigeren Energien. Vibrationssignaturen werden vor allem durch die relative Position des Moleküls zwischen den Elektroden bestimmt. Diese Beobachtungen untermauern die Bedeutung der Kontaktsymmetrie bei den inelastischen Elektronentunneln.



http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2017000365
Müller, Martin;
Single-atom junctions and novel electron confinement mechanism on Pb(111). - Ilmenau : Universitätsbibliothek, 2017. - 1 Online-Ressource (viii, 86 Seiten)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2017

Punktkontakte wurden zwischen der bleibedeckten Spitze eines Rastertunnelmikroskops und der flachen Pb(111) Oberfläche oder einzelnen Pb-Adatomen hergestellt. Der Leitwert wurde während des Aufbaus und des sich anschließenden Abbruchs des Kontakts aufgenommen. Kontakte auf der flachen Oberfläche zeigen eine starke Leitwerthysterese, die bei Kontakten mit einem einzelnen Pb-Adatom geringer ausgeprägt ist. Die Auswertung der experimentell aufgenommen Kontaktleitwerte und Hysteresebreiten wird von Dichtefunktionalberechnungen unterstützt. Für eine vollständige Reproduktion war es notwendig, Spitzenapizes in Betracht zu ziehen, die von mehr als einem Atom terminiert werden. Dies ist ein wichtiges Ergebnis, wenn man den großen Einfluss der Spitze auf Ergebnisse der Rastertunnelmikroskopie- und Spektroskopie bedenkt. Der zweite Teil dieser Arbeit wird sich mit einer neuartigen Form des Quanteneinschlusses von Elektronen beschäftigen, der über vergrabenen Nanokavitäten unter einer Pb(111)-Oberfläche beobachtet werden kann. Die Kavitäten werden durch den Beschuss der Oberfläche mit hochenergetischen Argon-Ionen sowie einem sich anschließenden Heizzyklus erzeugt. Ein vertikaler Einschluss von Elektronen zwischen der Kavität und der Oberfläche des Kristalls führt zu Quantentrogsubbändern, die mit Hilfe der Rastertunnelspektroskopie untersucht wurden. Das Volumen oberhalb der Vakanz kann näherungsweise als dünner Film mit begrenzter lateraler Ausdehnung angesehen werden. Überraschenderweise sind die Elektronen zusätzlich lateral eingeschlossen von der Grenzfläche, an der der dünne Film in das ungestörte Kristallvolumen übergeht. Diese laterale Beschränkung führt zu einer Feinstruktur, die in Spektren des differentiellen Leitwerts beobachtet werden kann. Die experimentellen Befunde werden durch auf dem freien Elektronengas beruhenden Berechnungen unterstützt, die die Ergebnisse zu einem hohen Grad reproduzieren. Die laterale Beschränkung drückt sich weiterhin durch ein charakteristisches stehende Welle Muster aus, das genutzt wurde, um die Dispersionsrelation der Quantentrogzustände dünner Bleifilme in einem Bereich von bis zu 2 eV zu ermitteln. Eine Analyse der Linienbreite der spektroskopischen Charakteristika wird den Einfluss der Grenzfläche des dünnen Films auf die elastische Abklingrate zeigen.



http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2017000352
Zhao, Weihong;
Vierpunktmessungen an freistehenden Nanodrähten mit einem Multispitzen-Rastertunnelmikroskop. - Ilmenau : Universitätsbibliothek, 2017. - 1 Online-Ressource (103 Blätter)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2017

In dieser Arbeit wird die Schaffung der präparativen Voraussetzungen für das Nanodrahtwachstum, die Inbetriebnahme des komplexen MTSTMs für Nanodraht-Charakterisierung und erste Experimente mit anschließenden Analysen an ersten Proben vorgestellt. Zunächst wurden entsprechende Prozessparameter für Präparation von Si(111)- und GaP(111)-Substraten mittels metallorganischer Gasphasenabscheidung (MOCVD) - Verfahren etabliert. Si(111)-Substrate wurden durch Annealingsprozess komplett von Oxidschicht sowie allen anderen Verunreinigungen befreit und mit Wasserstoff terminiert. Mittels AFM-Untersuchung wurde eine Verringerung der Rauheit durch nasschemische Vorbehandlung nachgewiesen. GaP(111)-Substrate wurden ebenfalls mittels MOCVD präpariert, um Oxide und Verunreinigungen zu entfernen. Mittels LEED-Untersuchung ließ sich die Oberflächenpolarität von GaP(111) in A-Typ mit (2x2)-Oberflächenrekonstruktion und B-Typ mit (1x1) unterscheiden. Mit sehr hohem V/III Verhältnis, niedriger Wachstumsrate und niedrigerer Temperatur konnte die Oberflächenrauheit von GaP(111)B, der für Wachstum vertikaler Nanodrähte notwendig ist, bei homoepitaktischem Wachstum stark gesenkt werden. Ein speziell angefertigtes Multispitzen-Rastertunnelmikroskop (MTSTM) mit einem Rasterelektronenmikroskop wurde für diese Arbeit in Betrieb genommen. Mit MTSTM ist es möglich, bis zur vier STM-Spitzen in-situ kontrolliert und kollisionsfrei an Nanostrukturen anzunähern und eine Anordnung für eine Vierpunktmessung zur Bestimmung des Widerstands zu realisieren. Die freistehenden Nanodrähte wurden im Ultrahochvakuum zerstörungsfrei mit hoher Auflösung und geringem Aufwand untersucht, verglichen mit herkömmlicher lithografischer Methode. Erste Experimente an Proben mit freistehenden p-dotierten GaAs-Nanodrähten, die im vapor-liquid-solid (VLS) Prozess mit konstanter Temperatur bzw. zwei Temperaturstufen in MOCVD mit/ohne Push-Leitung präpariert wurden, wurden durchgeführt. Dabei wurden p-GaAs-Nanodrähte auf n-GaP(111)B-, n-GaAs(111)B- sowie p-GaAs(111)B-Substrat zur elektrischen Charakterisierung untersucht und ausgewertet. Es wurde experimentell herausgefunden und nachgewiesen, dass unzureichende Vorsättigung mit Dotierstoff eine ausgebreitete Verarmungszone im Sockelbereich des Nanodrahts verursachte, die man sonst mit lithografisch kontaktierten Einzeldrähten so nicht ermittelt hätte. Darüber hinaus ist es zum ersten Mal gelungen, die Leitfähigkeit freistehender porösen Si/c-Si-Nanodrähte durch MTSTM zu untersuchen. Die festgestellte Diodencharakteristik über den porösen Si/c-Si-Übergang stimmt mit dem Ergebnis an planarer Probe mit poröser Si-Schicht auf c-Si-Substrat sehr gut überein.



http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2017000187
Abd Tarish, Samar;
Construction of ZnO/ZnS core/shell nanotube arrays on AAO templates and relevant applications. - Ilmenau : Universitätsbibliothek, 2017. - 1 Online-Ressource (XXI, 129 Seiten)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2017

Nanotechnologie ist eine multidisziplinäre Technologie, welche unterschiedliche Aspekte der Wissenschaft und Ingenieurwesen im Nanobereich umfasst. Es ist mehr als das Herstellen von sehr geordneten Nanostrukturen durch die gleichzeitige Verschmelzung von Nanomaterialien und es verlang nach gebrauchstauglichen Möglichkeiten einer präzisen Manipulation und Überwachung der entwickelten Nanostrukturen. Mit anderen Worten, die größte Herausforderung in der Nanotechnologie ist es, dass wir mehr über die Materialien und ihre Eigenschaften lernen und herausfinden müssen. Zinkoxid (ZnO) ist ein Halbleiter mit großer Bandlücke (3.37 eV) mit ausgezeichneten elektrischen, optischen, katalytischen und sensorischen Eigenschaften und hat eine Vielzahl von Verwendungsmöglichkeiten. Andererseits hat Zinksulfid (ZnS) eine hohe chemische Stabilität im alkalischen sowie schwach sauren Milieu. Die einzigartigen Eigenschaften der Kombination beider Materialien, ZnO und ZnS, können den Weg ebnen zur Realisierung von zukünftigen Devices (z.B. optoelektronische Bauteile, Sensoren, Wandler, Biomedizintechnik, usw.). Der Hauptbestandteil der in dieser Dissertation gezeigten Studien hat den Schwerpunkt des Designs von sehr geordneten Nanostrukturen aus ZnO und ZnO/ZnS Nanotubes die mithilfe von anodischen Aluminiumoxid (AAO) als feste Template hergestellt wurden. Die Dissertation bezieht sich besonders auf nanostruktur-basierte elektrochemische Sensoren und photoelektrochemische (PEC) Anwendungen zur Wasserspaltung bzw. Wasserstofferzeugung. In dieser Arbeit wurden ZnO/ZnS Nanotubes erfolgreich synthetisiert durch die Kombination von 3 Methoden: (i) AAO Template (ii) Atomlagenabscheidung (ALD) und (iii) schnelles thermischen Abscheiden. Es wurde festgestellt, dass AAO Template ohne weitere zusätzliche Behandlungen durch schnelles thermisches Abscheiden komplett während des Wachstums der ZnS-Ummantelung entfernt werden konnte. Die gleichmäßig angeordneten ZnO/ZnS Nanotube-Arrays mit hoher Kristallqualität zeigten eine verbesserte optische und elektrische Leistungsfähigkeit im Vergleich zu den ZnO Nanotubes. Somit erweist sich dies als kosteneffektive Möglichkeit für die Herstellung von röhrenartigen Core/Shell-Strukturen mit unterschiedlicher Zusammensetzung mittels AAO Template ohne weitere notwendige Prozesse zur Entfernung der Template. Im Gegensatz zu konventionellen Untersuchungen mit dem Fokus auf die Veränderung der optischen Absorptionsbandkante eines aus einen einzigen Material durch sog. Quantum Confinement Effects, wurden die optischen Absorptionseigenschaften von geordneten ZnO/ZnS Core/Shell Nanotubearrays, d.h. Quantum Confinement Effects über Materialgrenzen hinaus, untersucht. Die Daten zeigen, dass das Profil des Absorptionsspektrum der ZnO/ZnS Nanoarrays durch beide Komponenten und ihre geometrischen Parameter bestimmt wird. Beide Materialein zeigen eine Verringerung der optischen Bandlücke bei Erhöhung der ZnS Manteldicke und der Durchmesser der Nanotube-Arrays, was interessant ist bzgl. Der Erklärung in Bezug auf Aspekte des Materials. Nachfolgende Finite-Difference-Time-Domain (FDTD) Simulationen unterstützten die Beobachtungen und zeigten, dass die geometrischen und periodischen Parameter die optische Absorption der Core/Shell Nanostrukturarrays beeinflussen, sogar ohne Quanteneffekte. Diese Ergebnisse liefern eine neue Sichtweise auf die Verschiebung der optischen Bandlücke, was von Bedeutung für die Forschung in der Photoelektronik ist. Des Weiteren wurde der in dieser Arbeit hergestellte und charakterisierte Sensor angewandt um Veränderungen von chemischen und biochemischen Stoffen zu erkennen. Messungen mit dem Devices als primärere Sensoren wurden erfolgreich durchgeführt und zur Erkennung als Glukose-Biosensoren verwendet. Die Untersuchungen zeigen, dass die heterogene Elektronentransferratenkonstante (ks) von ZnO/ZnS gegenüber Glukose (1.69 s^-1) höher ist als die von reinem ZnO (0.95 s^-1), was für die Verbesserung der Leistungsfähigkeit und die höhere Empfindlichkeit verantwortlich ist. Zusätzlich haben Experimente eine Verbesserung der PEC Wasserstofferzeugung mit den hergestellten Nanostrukturen gezeigt, mit höheren Sättigungsphotostromdichten (1,02 mA/cm^2) und höheren Wirkungsgraden bei der Photokonversion (62%) bei ZnO/ZnS als bei den ZnO-Strukturen ohne jegliche Ummantelung (entsprechend 0,23mA/cm^2 und 55%).



http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2017000115
Stockschläder, Pia;
Interplay of geometry and dynamics in mesoscopic model systems. - Ilmenau : Universitätsbibliothek, 2017. - 1 Online-Ressource (182 Seiten)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2017

Diese Arbeit behandelt anhand verschiedenener mesoskopischer Modellsysteme das Zusammenspiel von Geometrie und Form eines Systems mit seinen Eigenschaften und seiner Dynamik. Im ersten Teil wird ein erweitertes strahlenoptisches Modell für dielektrische optische Mikrokavitäten untersucht. Strahlenoptik ist eine effiziente Methode, um die Fernfeldabstrahlung dieser Systeme vorherzusagen. Werden allerdings Systeme betrachtet, deren Abmessungen nur wenige Lichtwellenlängen betragen, können Korrekturen der geometrischen Optik notwendig werden, um Welleneffekte zu berücksichtigen. Diese Korrekturen sind die Goos-Hänchen-Verschiebung, eine seitliche Verschiebung des Strahls entlang der Grenzfläche, und der Effekt des Fresnel-Filterns, eine Korrektur des Winkels, die das Reflexions- und das Brechungsgesetz der Strahlenoptik und das Prinzip der Umkehrbarkeit des Strahlengangs bricht. Diese Strahlverschiebungen werden für ebene und gekrümmte Grenzflächen diskutiert, außerdem werden die Einflüsse verschiedener Parameter auf die Korrekturterme untersucht. Ein wichtiges Resultat ist, dass die Krümmung der Grenzfläche den Effekt des Fresnel-Filterns verstärkt, wohingegen sie die Goos-Hänchen-Verschiebung abschwächt. Anschließend wird das strahlenoptische Modell auf verschiedene Beispiele angewendet, nämlich Mikrokavitäten in der Form von deformierten Kreisscheiben, also Systeme mit gekrümmten Grenzflächen, und dreieckige Kavitäten, also Systeme mit ausschließlich ebenen Grenzflächen. Sowohl für Systeme mit gekrümmten als auch mit ebenen Grenzflächen kann es wichtig sein, die auf endlichen Wellenlängen beruhenden Korrekturen miteinzubeziehen, um eine gute Übereinstimmung zwischen der Strahlenbeschreibung und Ergebnissen aus Experimenten oder Wellensimulationen zu erhalten. Die Systeme können aber nicht nur durch ihre Grenzfläche charakterisiert werden, sondern auch dadurch, ob ihre klassische Dynamik chaotisch oder nicht-chaotisch ist. Für Systeme mit chaotischer Dynamik ist bekannt, dass die Fernfeldabstrahlung durch die instabile Mannigfaltigkeit des chaotischen Sattels bestimmt wird. Als Beispiele für nicht-chaotische Systeme werden deformierte Kreisscheiben mit kleinen Verformungen und Dreiecke betrachtet. Für diese Systeme wird erörtert, dass die Abstrahlung durch die Trajektorien mit den kleinsten, nichtverschwindenden Zerfallsraten bestimmt wird. Darüber hinaus kann es notwendig sein, Intensitätsverstärkung im Strahlenbild zu berücksichtigen, um verlässliche Ergebnisse für stark verlustbehaftete Lasersysteme zu erhalten. Im zweiten Teil werden graphenartige Systeme diskutiert. An diesen wird zuerst der Einfluss von einachsigen Verformungen in einem tight-binding-Modell des hexagonalen Gitters untersucht. Einachsige Stauchung des Gitters führt zu einem Phasenübergang und zur Ausbildung von Randzuständen senkrecht zur Verzerrungsrichtung. Diese Randzustände sind unabhängig von der genauen Terminierung des Gitters. Als zweites wird ein Strahlenmodell eingeführt, das eine Beschreibung von Graphen-Bauelementen ermöglichen könnte, die genauso effizient ist wie die Strahlenbeschreibung von optischen Systemen.



http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2017000059
Himmerlich, Marcel;
Stoichiometry, adsorbate interaction, surface states and electronic properties at selected modern semiconductor surfaces. - Ilmenau. - IV, 301 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Habilitationsschrift 2017


Fang, Yaoguo;
Structural parameters (size, defect and doping) of ZnO nanostructures and relations with their optical and electrical properties. - Ilmenau : Universitätsbibliothek, 2017. - 1 Online-Ressource (XII, 117 Seiten)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2017

Die Eigenschaften und Leistung von Gerätschaften, welche auf ZnO-Nanostrukturen basieren (vornehmlich drahtähnliche und blattähnliche) hängen im Wesentlichen von der Größe der Nanostrukturen, denen in ihnen auftretenden strukturellen Defekten sowie der Dotierung des ZnO ab. Daher ist es nötig diese Parameter in ZnO zu untersuchen um dessen Eigenschaften optimieren zu können, was somit auch die Motivation für diese Dissertationsschrift darstellt. In dieser Arbeit wurden Größen, Defekt- und Dotierungseffekte auf die Eigenschaften von ultralangen ZnO-Nanodrähten, In-dotierten blattähnlichen ZnO Strukturen sowie nadelförmigen ZnO-Nanostrukturen untersucht, welche mittels chemischer Gasphasenabscheidung (CVD) und einer hydrothermalen Abscheidungsmethode hergestellt wurden. Zunächst wurde eine Vielzahl von Analysetechniken angewendet um die Korrelation zwischen den auftretenden Defekten und der Größe, respektive dem Durchmesser und der Länge, der ZnO-Nanodrähte zu ermitteln. Die entsprechenden Resultate zeigen, dass eine steigende Konzentration von Sauerstoffleerstellen (Vo) in Kombination mit einer steigenden Konzentration von Zn Zwischengitterdefekten (Zni) für eine ansteigende Größe der Nanodrähte verantwortlich ist. Besonders erwähnenswert ist, dass die Variation des Feldverstärkungsfaktors (β) der ZnO-Nanodrähte bei Feldemission erheblich von der Konzentration der Sauerstoffleerstellen (Vo) in Kombination mit der Länge der Nanodrähte zusammenhängt. Im Vergleich mit den ultralangen und nadelförmigen ZnO-Nanodrähten, weisen die In-dotierten Nanostrukturen das niedrigste Anschalt- und Grenzfeld sowie den relativ höchsten Feldverstärkungsfaktor β auf. Der Grund hierfür wird der blattähnlichen Morphologie sowie der Dotierung zugesprochen. Daher ist das Wissen um die Korrelation zwischen der Menge und der Art von natürlichen intrinsischen Defektstrukturen sowie der Dotierung in den Nanodrähten mit sich ändernder Größe der Strukturen ein wichtiger Schritt in Richtung einer Optimierung und eines allgemeinen Tuningprozesses von Geräten, welche auf ZnO-Nanostrukturen basieren.



http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2017000012
Al-Haddad, Ahmed;
Large area of ultrathin alumina membranes toward innovative heterogeneous nanostructure arrays for solar energy conversion. - Ilmenau : Universitätsbibliothek, 2016. - 1 Online-Ressource (XX, 148 Seiten)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2016

Geordnete Nanostruktur-Arrays haben viel Aufmerksamkeit erfahren durch ihre vielfältigen Anwendungen. Jedoch ist es noch immer eine große Herausforderung geordnete Nanostrukturen über eine große Fläche (wie z.B. Wafer-Größe) durch Methoden die einen hohen Durchsatz bei großen Flächen und geringen Gerätekosten ermöglichen herzustellen. Hier, durch ein einzigartiges Design für den Herstellungs- und Transferprozess, konnten wir einen einfachen Transfer von wafer-großen gebundenen ultradünnen Aluminium-Membranen (UTAMs) auf Substrate ohne Verdrehen, Faltung, Einreißen oder Verunreinigungen erreichen. Das wichtigste unserer Methode ist das Anheften der 4 Inch großen UTAMs auf wafer-große Substrate vor dem Entfernen des Rückseitenaluminiums und der Aluminiumoxidschicht (sog. Barrier Layer). Es wird auch gezeigt, dass die Dicke und das Glätten der Oberflächen der UTAMs eine wichtige Rolle in dem Prozess spielen. Durch perfekt transferierte UTAMs als Masken werden viele unterschiedliche Nanostruktur-Anordnungen wie Nanopartikel, Nanomeshs, und Nanowire-Arrays auf wafer-großen Substraten hergestellt mit einstellbaren und einheitlichen Abmessungen. Weil es für UTAMs keine Limitierungen was Substrate und abzuscheidende Materialien gibt repräsentiert die Methode eine kostengünstige und effiziente Möglichkeit zur Herstellung von geordneten Nanostrukturen auf großflächigen Substraten für viele Anwendungen der Nanotechnologie. Zusätzlich wurden hexagonale TiO2 Nanotube-Arrays mit exzellenter Kristallqualität durch die Kombination von anodischen Aluminiumoxid (AAO)-Templaten und Atomlagenabscheidung (ALD) hergestellt. Durch spektroskopische Absorptionsmessungen haben wir beobachtet, dass die optische Absorptionsbandkante der TiO2 Nanotube-Arrays eine Rotverschiebung erfährt mit steigendem Durchmesser der Nanotubes und entsprechend kleineren Abstand zwischen den einzelnen Nanotubes, während die Wandstärke konstant gehalten wurde. Nachfolgende FDTD-Simulationen unterstützten diese Beobachtung im Blick auf den theoretischen Hintergrund und machten eine große Nahfeldverstärkung im Außenbereich der Nanotubes deutlich für Arrays mit dicht angeordneten Nanotubes wenn diese beleuchtet wurden. Demnach liefern diese Ergebnisse eine neue Perspektive auf die Verschiebung der optischen Bandlücke, was von großer Bedeutung für die Forschung im Bereich Photoelektronik ist. Andererseits zeigten die hergestellten CdTe/TiO2 Core-Shell-Nanowire-Arrays mit unterschiedlichen Durchmessern eine Verbesserung der photoelektrischen Wasserspaltung und der photovoltaischen Eigenschaften. Durch Modulation der Durchmesser konnte ein optimierter Photostrom von 1,1 mA/cm^2 erreicht werden. Im Gegensatz zu vielen vorherigen heterogenen Photoelektroden die Core/Shell Konfigurationen anwenden, basierend auf verbundenen UTAMs, TNTs Si und TNWs Si Heterostrukturen mit einer Konfiguration aus TiO2 Nanotubes oder Nanowires wurden vertical verwurzelt im Si-Substrat für PEC Wasserspaltung. Die einzigartige Struktur der TNTs Si Heterostrukturen ermöglicht eine PEC Performance, die unter den Besten der heterogenen Photoelektroden basierend auf TiO2 und Si ist, während eine exzellente strukturelle Stabilität während der Wasser-Oxidations-Reaktion gegeben ist. Zusätzlich kann die TNWs Si Heterostruktur die photovoltaischen Eigenschaften stärker als andere Heterostrukturen verbessern. Die Herstellungsmethode erlaubt es diese Heterostruktur-Arrays einfach und in Massenfertigung zu produzieren und ebenfalls wichtig, die Methode ist universell einsetzbar und lässt genug Spielraum für strukturelle Optimierungen sowie weitere Materialien für Heterostruktur-Arrays für Verbesserungen in Richtung solarer Energieanwendungen.



http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2016000479
Ordikhani-Seyedlar, Amin;
Nuclear magnetic resonance relaxometry and diffusometry study of bulk and confined complex liquids. - Ilmenau : Universitätsbibliothek, 2016. - 1 Online-Ressource (xii, 117 Seiten)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2016

Mittels Kernspinresonanz (NMR) als grundlegender Messmethode wurden molekulardynamische Fragestellungen für zwei komplexe, flüssige Systeme untersucht: Ionische Flüssigkeiten und Rohölproben. Ein Schwerpunk lag hierbei auf der Untersuchung von Kernspin-Relaxationsprozessen über einen breiten Bereich magnetischer Feldstärken, welcher Kernspin-Larmorfrequenzen von etwa \SI{10}{kHz} bis \SI{300}{MHz} abdeckt. Dies ermöglicht Aussagen über molekulardynamische Prozesse über eine große Spanne verschiedener Zeitskalen. Für fünf ionische Flüssigkeiten wurden außerdem NMR- mit kalorimetrischen Messungen kombiniert: Emim Tf2N und Bmim Tf2N, Emim Br, Bmim Br und Hmim Br. Hierbei lag das Hauptaugenmerk auf einem Temperaturbereich, bei dem ein unterkühlter Zustand mit deutlich verringerter Ionenmobilität vorliegt. Darüber hinaus wurden für Bmim Tf2N Effekte nanoskaliger, geometrischer Begrenzungen in porösem Glas mit \SI{4}{nm} Porengröße untersucht. Weiterhin wurden auf Grundlage einer vergleichenden Studie mit mehreren Rohölproben Malten-Asphalten-Wechselwirkungen untersucht.Für jede ionische Flüssigkeit wurde der Temperaturbereich, bei dem ein unterkühlter Zustand vorliegt, mittels dynamische Differenzkalorimetrie (DSC) bestimmt. In diesem Temperaturbereich wurde daraufhin die Frequenzabhängigkeit der Tone-Relaxationszeiten für alle ionische Flüssigkeiten ohne Begrenzungen (Bulk-Proben) gemessen. Ein Relaxationsmodell, welches Beiträge von Rotations- und Translationsdynamik beinhaltet, wurde an die Daten angepasst und daraus entsp-rechende Korrelationszeiten bestimmt. Hierbei wurden verschiedene Regressionsmethoden getestet und bewertet. Während die Temperaturabhängigkeit der Translationsdynamik kein Arrhenius-Verhalten zeigte, konnte die Temperaturabhängigkeit der Rotationsdynamik im untersuchten Bereich mit einem Arrhenius-Modell beschrieben werden.



http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2016000207
Mi, Yan;
Atomic layer deposition functionalization and modification of three dimensional nanostructures for energy storage and conversion. - Ilmenau : Universitätsbibliothek, 2016. - 1 Online-Ressource (XVI, 162 Seiten)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2016

Um der steigende Nachfrage nach nachhaltigen und erneuerbaren Energiequellen in der Zukunft gerecht zu werden, wurden viele Anstrengen unternommen um hoch effiziente Energiespeicher und Bauelemente zur Energieumwandlung zu entwickeln. Insbesondere bieten Nanomaterialien neue Möglichkeiten um energiebezogene Bauelemente noch effizienter zu machen. Hier verspricht man sich von der Herstellung von dreidimensionalen Nanostrukturen weitere Effizienzsteigerungen im Vergleich zu planaren Strukturen. In dieser Arbeit werden hocheffiziente Energiespeicher und -umwandler durch die effektive Kombination von dreidimensionaler Mikro- und Nanotechnologie mit Atomlagenabscheidung hergestellt und systematisch charakterisiert. Im Folgenden die wichtigsten Ergebnisse: 1. Dreidimensionale nanoporöse Aluminiumdotierte Zinkoxid Elektroden wurden kostengünstig und kontrolliert mit Hilfe von Atomlagenabscheidung hergestellt. Die wichtigsten Parameter, Transparenz und elektrische Leitfähigkeit der Elektrode, wurde systematisch charakterisiert und der Einfluss der Dopingkonzentration und der Wachstumsbedingungen wurde analysiert. Es hat sich herausgestellt, dass die dreidimensionalen nanoporöse Aluminiumdotierte Zinkoxid Elektroden sich insbesondere als gute transparente Elektroden in der Photovoltaik und in optoelektronischen Bauelementen eignen. 2. Kern/Mantelnanostrukturen mit optimierter Struktur und Zusammensetzung können die Ausbäute von Sonnenlicht deutlich erhöhen. Eine vielversprechende Route mit starkem Fokus auf die skalierbare Herstellung von gut modulierten Kern/Mantel-Nanostrukturen wurde entwickelt, welche leicht an andere Metall und Halbleiter für photoelektrochemische Elektroden angepasst werden kann. Als Substrat dient ein regelmäßig angeordnetes Aluminium nano-Kegel-Array, welches mit einer Aluminium-dotiertem Zinkoxid / Titandioxid Kern/Mantel Struktur und regelmäßig verteilten Goldnanopartikeln überzogen ist. Die Herstellung wurde mit Hilfe von Atomlagenabscheidung, physikalischer Dampfabscheidung und einem Glühprozess realisiert. Durch gezielte Abstimmung der Struktur und Zusammensetzung konnte der Lichteinfang verbessert und die Ladungsträgerdiffusion optimiert werden. Plasmonenresonanz und katalytische Effekte konnten durch Goldnanopartikel kontrolliert werden. Dementsprechend konnte eine bemerkenswerte photoelektrochemische Leistungsfähigkeit erzielt werden. 3. Ein kostengünstiger Prozess für die Synthese von dreidimensionalen Platin Nanoröhren-Arrays, basierend auf der Atomlagenabscheidung und nanoporösen Templaten, wurde entwickelt. Dies gelang durch die Einführung eines low-nitrogen-filling Schritts. Kontinuierliche Platin Nanoröhren mit glatter Oberfläche wurden erzielt. Dabei wurde die Anzahl der Zyklen halbiert und die Pulszeit des Platinprecursors um 10 % reduziert im Vergleich zu herkömmlichen Verfahren. Die hergestellten Platinnanoröhren-Arrays wurden als Stromkollektoren für dreidimensionale Pt/MnO2 Kern/Mantel Strukturen in Superkondensatoren eingesetzt. Die synthetisierte Struktur zeigte eine hohe spezifische Kapazität, gute Performance unter schneller Entladung und eine gute Zyklenbeständigkeit. 4. Eine ultra-niedrige Lademenge von sehr kleinen Platin Nanopartikeln auf Kohlenstoffnanofasern, welche mittels bakterieller Zellulose hergestellt wurde, wurde mit Hilfe der Atomlagenabscheidung erzielt. Die mit Platinpartikeln oberflächenmodifizierte Kohlenstoffnanofasern zeigten gute elektrokatalytische Aktivität und Stabilität gegenüber der Wasserstoffentwicklungsreaktion. Das Syntheseverfahren stellt eine allgemeine Strategie dar, um den Einsatz von Edelmetallkatalysatoren unter Beibehaltung ihrer hohen katalytischen Effizienz zu minimieren. Die im Rahmen dieser Arbeit erzielten Ergebnisse in Bezug auf die Herstellung von dreidimensionalen Nanostrukturen, ihre Funktionalisierung und die Implementierung in Bauelemente zur Energiespeicherung und -umwandlung, sollte eine starke Basis für zukünftige Bauelemente mit verbesserter Leistung liefern.



http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2016000217
Endlich, Michael;
Phonons of epitaxially grown graphene on Ir(111) and molecular vibrational exitations studied by angle-resolved electron energy loss spectroscopy. - Ilmenau : Universitätsbibliothek, 2016. - 1 Online-Ressource (IV, 139 Seiten)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2016

Die vorliegende Arbeit erforscht die dynamischen Eigenschaften von Molekülen und zweidimensionalen Materialien und deren Änderung, sobald diese auf Oberflächen adsorbiert werden. Im Fokus des ersten Teils der Untersuchungen stehen die Eigenschaften der Phononen von Graphen. Eine Monolage Graphen wurde epitaktisch auf Ir(111) mit hoher struktureller Homogenität und einer einzelnen Rotationsdomäne erzeugt. Mithilfe der winkelaufgelösten inelastischen Elektronenstreuung konnte die Phononendispersionsrelation über die gesamte Oberflächen-Brillouin-Zone bestimmt werden. Die am K-Punkt erwartete Kohn-Anomalie ist dabei schwächer ausgeprägt als es bisher für reines Graphen oder Graphit bekannt war. Dichtefunktionalrechnungen zeigen, dass dieses Phänomen durch eine geschwächte Elektron-Phonon-Kopplung zustande kommt, da Elektronenkorrelationen im Graphen durch die Anwesenheit des Metallsubstrates abgeschirmt werden. Zudem weist Graphen auf Ir(111) eine Moiré-Überstruktur auf, die durch die unterschiedlichen Gitterkonstanten der Materialien zustande kommt. Erstmalig konnte gezeigt werden, dass die Überstruktur zu Kopien der Phononenzweige führt, über die bisher nicht berichtet wurde. Im zweiten Teil der Arbeit werden die Schwingungsanregungen von auf Ir(111) und auf Graphen adsorbierten Phthalocyaninen verglichen. Durch die Kombination von Schwingungsspektroskopie und Dichtefunktionalrechnungen konnte nachgewiesen werden, dass Phthalocyanine auf Ir(111) chemisorbieren und dabei beträchtlich deformiert werden. Demgegenüber physisorbieren Phthalocyanine auf Graphen und behalten im adsorbierten Zustand ihre ursprünglichen Vakuumeigenschaften bei. Demzufolge stellt Graphen auf Ir(111) eine Pufferschicht dar, die die Phthalocyanin-Ir-Hybridisierung merklich reduziert. Der dritte Teil der Untersuchungen beschäftigt sich mit der Detektion von elektrostatischen Dipol-Dipol-Wechselwirkungen mithilfe von auf Oberflächen adsorbierten Molekülen. Im Experiment wurde Kohlenstoffmonoxid (CO) auf Ir(111) deponiert und diente als Sondenmolekül. Durch die Koadsorption von Phthalocyaninen sank die C-O Streckfrequenz und das spektroskopische Linienprofil von CO wurde asymmetrisch. Rechnungen zeigen auf, dass die experimentellen Befunde durch elektrostatische Dipol-Dipol-Wechselwirkungen zwischen den CO- und Phthalocyanin-Dipolen erklärt werden können.



http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2016000287
Reinmöller, Markus;
Theoretical reconstruction of photoelectron spectra and its application to ionic liquids. - Ilmenau : Universitätsbibliothek, 2016. - 1 Online-Ressource (198 Seiten)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2016

Ionische Flüssigkeiten sind eine besondere Gruppe von Salzen, welche für Temperaturen unterhalb von 100 ˚C in flüssigem Aggregatzustand vorliegen und deren herausragende, einstellbare Eigenschaften zu einem breiten Anwendungsfeld führen. In der vorliegenden Arbeit wurde eine geeignete Rekonstruktionsmethode für die Röntgen- und Ultraviolett-Photoelektronenspektroskopie (XPS, UPS) von molekularen Systemen, zu welchen auch diese Flüssigkeiten zählen, entwickelt. Hierfür werden Atomorbital-spezifische Streuquerschnitte mit einer Intensitätsnäherung nach Gelius kombiniert. Diese Rekonstruktionsmethode baut auf quantenchemischen Berechnungen mittels Dichtefunktionaltheorie (DFT) unter Verwendung des Basissatzes 6-31G** und Hybrid-Funktion als B3-LYP auf. Zu diesem Zweck erfolgte die Berechnung von jeweils kleinsten bzw. kleinen ladungs- und spinkompensierten, molekularen Systemen für die anschließende Rekonstruktion. Die berechneten Bindungsenergien für die reinen ionischen Flüssigkeiten werden durch eine Reskalierung mit drei Parametern an die der experimentellen Spektren angepasst. Für jene Flüssigkeiten mit zusätzlichen Atomen oder Molekülen wird ein vierter Parameter eingeführt. Diese Methode findet für die Rekonstruktion von Rumpfniveau- und Valenzbandspektren von ionischen Flüssigkeiten Anwendung. Hierbei werden sowohl reine Imidazolium- und Pyrrolidinium-basierte ionische Flüssigkeiten als auch solche mit eingebauten Metallatomen oder aufgedampften Metall- bzw. Alkalimetallatomen untersucht. Die rekonstruierten Rumpfniveauspektren haben neuartige Einblicke in die chemische Umgebung, Wechselwirkungen zwischen den Ionen und Partialladungseffekte offenbart. Für die strahlungsinduzierte Degradation von ionischen Flüssigkeiten konnten deutliche Hinweise auf die zugrundeliegenden Mechanismen gewonnen werden. Der Vergleich zwischen experimentellen und rekonstruierten Spektren liefert erstmalig eine quantitative Bestimmung der ineinander verflochtenen Beiträge der einzelnen Ionen und der Elemente im Valenzband. Weiterhin lassen sich die Anordnung und Orientierung der Ionen und ihrer ausgewählten Bestandteile an der Oberfläche sowie deren bevorzugte Wechselwirkungen mittels der rekonstruierten Valenzbandspektren identifizieren.



http://www.db-thueringen.de/servlets/DocumentServlet?id=27395
Wen, Liaoyong;
Binary nano-structuring : concept, strategies, features and devices. - Ilmenau : Universitätsbibliothek, 2016. - 1 Online-Ressource (XV, 131 Seiten)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2016

Nanostrukturarrays, bestehend aus den zwei Unterteilungen "Nanostruktur" und "Array", sind elementar für viele moderne und zukünftige technologische Anwendungen oder Systeme. Binäre Nanostrukturarrays, in denen beide, die "Nanostruktur" und die "Array", unabhängig voneinander eingestellt und genutzt werden können, könnten einen neuen Horizont durch Interaktionen zwischen den Sub-Arrays, welche unter Einfach-Arrays unzugänglich sind, eröffnen. Eine allgemeine Methode wird entwickelt um verschiedene Nanostrukturarrays (z.B. Nanowire/Nanowire, Nanotube/Nanowire, Nanotube/Nanotube, Nanodot/Nanodot) mit struktureller Flexibilität und hoher Steuerbarkeit für jedes der Sub-Arrays individuell herzustellen. Der Schlüssel zu dieser Methode basiert auf den charakteristischen binären Poren von anodischen Aluminium Templaten, welche beidseitig entgegengesetzte Barriere-Oxid-Schichten besitzen. Mittels desselben Mechanismus kann das Templat zu einem Viel-Array-Templat (z.B. dreifach oder vierfach) in einer Matrix mit noch höheren Porendichten und weiteren morphologischen Möglichkeiten erweitert werden. Die Vielseitigkeit der binären Nanostrukturierung wird untersucht für die Realisierung innovativer Anwendungen, wie zum Beispiel makroskopische Titandioxid/Kupfer(I)-oxid Z-Schema Photosyntheseeinheiten und nanoskopisch große adressierbare Zinkoxid/Aluminiumzinkoxid vertikale Nanodraht-Transistoren. Des Weiteren wird Nanoengineering von Einfacharrays durchgeführt, dazu werden leistungsstarke Superkondensatoren basierend auf Platin/Manganoxid-Core/Shell-Nanotubearrays und photoelektrochemische Zellen basierend auf Nano-Gold/Pb(Zr,Ti)O3 Hybriden nachgegangen durch welche die optimale Struktur und Zusammensetzung der Einfacharrays wichtige Informationen für multifunktionale Anwendungen basierend auf binären Nanostrukturarrays liefern.



http://www.db-thueringen.de/servlets/DocumentServlet?id=27263
Seeland, Marco;
Ortsaufgelöste Charakterisierung organischer Solarzellen mittels Lumineszenzstrahlung. - Ilmenau : Universitätsbibliothek, 2015. - 1 Online-Ressource (V, 121 Seiten)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2015

Durch detaillierte Untersuchung der physikalischen Prozesse, die der Wirkungsweise von Polymer-Solarzellen zu Grunde liegen, und der daran gekoppelten Entwicklung neuer Materialien konnte der Energiekonversionswirkungsgrad von organischen Solarzellen bereits deutlich gesteigert werden. Die für diese Technologie hohen Wirkungsgrade von > 10% lassen sich bisher jedoch nur im Labormaßstab mit Zellflächen weniger mm realisieren. Durch die Skalierung auf größere Zellflächen treten material- und prozessbedingt lokale Defekte auf, die den Wirkungsgrad beträchtlich mindern können. Darüber hinaus treten aufgrund der notwendigen Verwendung mindestens einer transparenten Elektrode inhärente Leistungsverluste auf, die mit der Solarzelllänge skalieren. Schließlich stellt die beschränkte Lebensdauer aufgrund einer Vielzahl von vorwiegend lokal auftretenden Alterungseffekten einen für die kommerzielle Verbreitung limitierenden Faktor dar. Bezogen auf die Fläche der Solarzelle treten alle diese Effekte räumlich ungleichmäßig auf. Für deren Untersuchung werden daher experimentelle und theoretische Methoden benötigt, die die Solarzelle nicht einfach zusammengefasst, sondern in ihrer Gesamtheit als flächig verteiltes System charakterisieren und beschreiben können. In dieser Arbeit wurde die "Bildgebende Lumineszenzdetektion" für die ortsaufgelöste elektrooptische Charakterisierung von Polymer-Solarzellen genutzt. Die Methode basiert auf der Detektion der vom organischen Halbleiter unter stationärer Anregung emittierten Elektrolumineszenzstrahlung mit einer hochempfindlichen CCD-Kamera. Der bisherige Einsatz dieser Messmethode an organischen Solarzellen war auf begleitende Untersuchungen im Rahmen von Alterungsexperimenten beschränkt. Unter Kenntnis des exakten Schichtaufbaus und durch den Vergleich mit anderen Charakterisierungsmethoden konnten dabei bereits durch rein qualitative Analysen wertvolle Informationen über Degradationsmechanismen und degradationsfördernde Schwachstellen gewonnen werden. Die vorliegende Arbeit geht über derartige qualitative Analysen hinaus. Die Zielstellung dieser Arbeit liegt in der quantitativen Interpretation von Elektrolumineszenzaufnahmen von Dünnschichtsolarzellen. Dazu wurden Modelle und Algorithmen entwickelt, die nicht nur das Verständnis der der Bildgebung zu Grunde liegenden Kontrastmechanismen fördern, sondern auch die Extraktion relevanter Materialparameter ermöglichen. Die entwickelten Methoden wurden exemplarisch an Polymer-Solarzellen auf Basis verschiedener Materialsysteme getestet, lassen sich jedoch prinzipiell auf andere Dünnschichttechnologien übertragen. Für die flächige Beschreibung von Dünnschichtsolarzellen wurde ein Modell entwickelt, welches eine umfassende elektrooptische Charakterisierung ermöglicht. Innerhalb dieses Modells wird die Solarzelle in miteinander gekoppelte Einheitszellen zerlegt, welche durch ein beliebiges Ersatzschaltbild modelliert werden können. Da die Modellierung im Rahmen dieser Arbeit anhand eines serienwiderstandslimitierten Eindioden-Ersatzschaltbildes erfolgte, wurde das Modell als "Mikrodioden-Modell" bezeichnet. Die Anwendung des Mikrodioden-Modells auf Elektrolumineszenzaufnahmen verschiedener aktueller Materialsysteme zeigte, dass der zusammengefasste Serienwiderstand der Solarzellen effektiv in den Flächenwiderstand der transparenten leitfähigen Elektrode sowie in einen zusammengefassten Widerstand, der den Volumenwiderstand der Aktivschicht und die Kontaktwiderstände der im Schichtaufbau vorhandenen Grenzflächen repräsentiert, zerlegt werden kann. Die gleichzeitige Bestimmung des lokalen Potentials sowie der lokal fließenden Stromdichte ermöglichte die Extraktion der widerstandsbefreiten Kennlinien. Durch den Vergleich des optisch detektierten Rekombinationsstroms mit dem gesamtheitlich fließenden elektrischen Strom wurde zudem der Diodenidealitätsfaktor der verwendeten Materialsysteme ermittelt. Aufgrund der für die Nutzung des Mikrodioden-Modells nicht zwangsweise erfüllten Voraussetzung der flächigen Homogenität der Probe wurde eine ergänzende Beschreibung durch ein Modell lokal unabhängiger Dioden eingeführt. Dieses Modell wurde genutzt, um die Elektrolumineszenzemission flächig stark inhomogener Solarzellen zu untersuchen. Dabei wurde gezeigt, dass das Elektrolumineszenzsignal lokal in eine serienwiderstands- und eine materialspezifische Komponente zerlegt werden kann, die im Einklang mit dem Entmischungsverhalten der untersuchten Materialkombination steht. Anhand von Netzwerksimulationen auf Basis der extrahierten Materialparameter wurde schließlich gezeigt, dass das Verhältnis von Photostromdichte zu Flächenwiderstand eine Ortsabhängigkeit der Solarzellenfunktionalität induziert. Neben einer Geometrieoptimierung wurde daraus eine allgemeine Skalierungsrelation abgeleitet und die Ortsabhängigkeit durch rasternde Photostrommessungen experimentell bestätigt. Für die Untersuchung der Stabilität der elektrischen Kontakte von organischen Solarzellen innerhalb von Langzeitstudien wurde zudem das Verfahren zur Quantifizierung der nicht degradierten Fläche verbessert. Durch Implementierung eines lokal adaptiven Binarisierungsverfahrens konnte so auch die Bestimmung der effektiven Fläche von stark inhomogen bzw. schwach emittierenden Solarzellen erreicht werden.



http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2015000695
Grote, Fabian;
Three-dimensional nanostructures, pseudocapacitive materials and asymmetric device configuration - realizing high performance supercapacitors, 2015. - Online-Ressource (PDF-Datei: X, 131 S., 7,89 MB) : Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2015
Parallel als Druckschrift erschienen

Superkondensatoren sind vielversprechende elektrochemische Energiespeicher, die sich insbesondere durch hohe spezifische Leistung und exzellente Zyklenstabilität auszeichnen. Allerdings muss die spezifische Energie von Superkondensatoren deutlich erhöht werden, damit die Anforderungen moderner Technologien erfüllt werden. Um diese Herausforderung gezielt anzugehen werden im Rahmen dieser Arbeit neue Ansätze entwickelt und in ein vollständiges Bauelement implementiert. Hierzu werden pseudokapazitive Materialien mit hoher spezifischer Kapazität verwendet, die Elektrodenkinetik und Materialausnutzung mit Hilfe von dreidimensionalen Nanostrukturen optimiert und eine neuartige asymmetrische Elektrodenkonfiguration realisiert. Ein innovativer und vielseitiger Herstellungsprozess, welcher die Synthese von dicht angeordneten dreidimensionalen Nanoröhren-Arrays mit Strukturkontrolle im Nanometerbereich (z.B.Länge, Abstand, Durchmesser, Wandstärke, Beschichtung und die Auswahl von offenen und geschlossenen Nanoröhren) erlaubt, wird vorgestellt und dreidimensionale Nanoröhren-Arrays aus unterschiedlichen pseudokapazitiven Materialien werden hergestellt (SnO2/MnO2, SnO2/PPy und C-TiN Kern / Mantel Nanoröhren-Arrays). Nanoporöses anodisches Aluminiumoxid dient als Templat während des Herstellungsprozesses. Die aktiven Elektrodenmaterialien werden mittels Atomlagenabscheidung und elektrochemischer Abscheidung prozessiert. Es wird gezeigt, dass die Realisierung eines dreidimensionalen nanoskaligen Elektrodendesigns in Kombination mit pseudokapazitiven Materialien und einer asymmetrischen Elektrodenkonfiguration (PPy//MnO2) zu einem Superkondensator mit hoher spezifischer Energie führt. Es hat sich herausgestellt, dass die Optimierung der Ausnutzung des aktiven Elektrodenmaterials ein wesentlicher Parameter ist um Hochleistungselektroden für Superkondensatoren zu entwerfen. Dabei ist insbesondere die Herstellung von dünnen aktiven Schichten auf einer dreidimensionalen nanostrukturierten und elektrisch leitfähigen Matrix vorteilhaft. Darüber hinaus wird eine innovative Kohlenstoffbeschichtungstechnik entwickelt, die es erlaubt, dünne funktionale Kohlenstoffschichten auf dreidimensionalen Nanoröhren-Arrays abzuscheiden. Die im Rahmen dieser Arbeit erzielten Ergebnisse, in Bezug auf dreidimensionale Nanostrukturierung und die Integration in Superkondensatoren, sollten eine starke Basis darstellen um das Design und den Aufbau der nächsten Generation von elektrochemischen Energiespeichern zu optimieren.



http://www.db-thueringen.de/servlets/DocumentServlet?id=26750
Sippel, Philipp;
Electronic structure and electron dynamics in semiconductor materials for new photovoltaic applications, 2015. - Online-Ressource (PDF-Datei: XII, 135 S., 9,81 MB) : Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2015
Parallel als Druckausg. erschienen

Für neuartige Photovoltaikkonzepte wie die "Zwischenbandsolarzelle" oder die "Heiße-Ladungsträger-Solarzelle" werden lange Lebensdauern für heiße photogenerierte Ladungsträgern benötigt. Dies würde es erlauben, die zusätzliche Energie bezüglich der Bandkanten zu sammeln. Unter diesem Blickwinkel wurden die elektronische Struktur und die Elektronenrelaxation in Halbleitern untersucht, mit Schwerpunkt auf Geometrie und Oberfläche der Materialien. Beides beeinflusst die elektronische Struktur und kann somit Auswirkungen auf die Elektron-Phonon-Wechselwirkung haben, welche die Hauptursache für das Abkühlen der Ladungsträger in den meisten Materialien ist. Die Rolle der Geometrie wurde mittels zeitaufgelöster Zweiphotonen-Photoemissionsspektroskopie (tr-2PPE) an Hand von CdSe Nanostrukturen analysiert; im Speziellen 0D-Quantenpunkte und 2D-Nanoplättchen. Für Quantenpunkte wird gezeigt, dass Streuung über Volumenzustände nicht der dominante Energieverlustmechanismus ist. Stattdessen wird die Abkühlrate wesentlich durch die umgebenden Liganden und die Umhüllung bestimmt und es finden sich Hinweise auf Streumechanismen über Oberflächenzustände. An Nanoplättchen hingegen wird eine schnelle Relaxation beobachtet, unabhängig von Dicke, Liganden oder einer CdS Hülle. Die Energieverlustrate wird mit einem Modell für LO-Phononstreuung in Quantentrögen beschrieben. Die Bedeutung der Oberflächen für die Relaxation von Elektronen wird exemplarisch an III-V Halbleitern untersucht, welche mit metallorganischer Gasphasenepitaxie präpariert wurden. Studien mit 2PPE an GaP(100) offenbaren mehrere Oberflächenzustände an zwei verschiedenen Oberflächenrekonstruktionen. Anhand der zugehörigen Energien konnten markante Merkmale in Reflexions-Anisotropie-Spektren erklärt werden. Tr-2PPE Messungen an InP(100) wurden durchgeführt, um das Streuen von Elektronen zwischen 3D-Volumenzuständen und einem bestimmen Oberflächenzustand (C2) zu untersuchen. Die Streuraten wurden bestimmt und das Abkühlen von Volumenelektronen wurde für den Fall mit und ohne C2 untersucht und verglichen. All diese Resultate zeigen schnelle Ladungsträgerrelaxation. Ein photovoltaisches Konzept wird präsentiert, basierend auf Interssubbandübergängen, welche eine schnelle Trennung heißer Ladungsträger implementiert um die kurzen Lebenszeiten zu kompensieren. Dieses Design wurde in Form einer Tandemsolarzelle realisiert, in welcher ein InP pin-Übergang sowie ein photovoltaischer Intersubbandabsorber aus InGaAs/InAlAs/InAs Quantentrögen kombiniert sind. Das prinzipielle Funktionieren dieses Konzepts kann experimentell bestätigt und die grundsätzlichen Charakteristiken mit einem Ersatzschaltbild beschrieben werden.



http://www.db-thueringen.de/servlets/DocumentServlet?id=26757
Leipold, David;
Interaction of light and matter in metal-semiconductor hybrid nanostructures, 2015. - Online-Ressource (PDF-Datei: 98 S. S., 7,71 MB) Ilmenau : Techn. Univ., Diss., 2015

Ultraschnelle Nanooptik erforscht das Verhalten von Licht in nanostrukturierten Materialien auf Femtosekunden-Zeitskalen und könnte damit den nächste großen Durchbruch in der Datenverarbeitung bringen. Das Wissen aus diesem Forschungsbereich ist die Grundlage für zukünftige rein optische Schaltungstechnik, die Daten viel schneller als herkömmliche Elektronik verarbeiten kann. An nanostrukturierten Metalloberflächen können Oberflächenplasmonen (SPPs) angeregt werden. Dabei handelt es sich um kollektive Schwingungen des Elektronengases im Metall und des elektromagnetischen Feldes. SPPs können Licht auf einen räumlichen Bereich fokussieren der kleiner als das Abbe-Limit ist und propagieren immer entlang der Metalloberfläche. Damit sind sie als Informationsträger in nanooptischen Geräten besonders geeignet. Organische und anorganische Halbleiter sind eine weitere wichtige Komponente in nanooptischen Bauteilen. Sie ermöglichen die Licht-Licht und Licht-Materie Wechselwirkung, die notwendig ist, um Licht zu verstärken und zu schalten. Die vorliegende Arbeit beschreibt theoretische Berechnungen, die in enger Zusammenarbeit mit experimentellen Kollegen entstanden. Der Modellierungsprozeß, der eng mit der Wahl der numerischen Methoden in Zusammenhang steht, wird erörtert. Desweiteren werden Auswertungsmethoden beschrieben, die die numerischen Ergebnisse mit experimentell zugänglichen Größen verknüpfen. Die Ergebnisse der Berechnungen werden zuletzt experimentellen Ergebnissen vergleichend gegenübergestellt. In ihrem ersten Teil diskutiert die vorliegende Arbeit subtile Aspekte der Anregung von SPPs auf Metallgittern, bei denen die Symmetrie des Gitters von den einzelnen Streuern gebrochen wird. Thema des zweiten Teils der Arbeit ist ein Metallgitter, welches mit einem Farbstoff beschichtet wurde. In einem solchen System bilden SPPs und Exzitonen im Farbstoff kollektive, gekoppelte Moden, die auch Excimon oder Plexciton genannt werden. Dies kann an der vermiedenen Kreuzung der durch SPPs beziehungsweise Excitonen entstehenden Dips im winkelaufgelösten Reflektivitätsspektrum nachgewiesen werden. Im letzten Teil wird die Lokalisierung von Licht in Anordnungen von Zinkoxid Nanonaadeln diskutiert. Die Nanonaadeln sind dabei zufällig auf einem Substrat verteilt, stehen aber alle vertikal. Wegen ihres waldähnlichen Aussehens werden solche Anordnungen auch Nanowälder genannt. Einfallendes Licht erfährt in diesem System Vielfachstreuung an den Nanonaadeln. Es stellt sich heraus, dass ein Teil des Lichtes lokalisiert wird - es wird im Nanowald gefangen.



http://www.db-thueringen.de/servlets/DocumentServlet?id=26069
Hoppe, Harald;
Towards realization of efficient and stable polymer solar cells. - Ilmenau. - 204 Blätter
Technische Universität Ilmenau, Kumulative Habilitationsschrift 2015

Enthält Beiträge aus verschiedenen Zeitschriften

Möller, Christian;
Licht - induzierte Defektkinetik in solar grade Silizium, 2015. - Online-Ressource (PDF-Datei: III, 106 S., 3,25 MB) Ilmenau : Techn. Univ., Diss., 2015

In der vorliegenden Arbeit wird die durch Beleuchtung induzierte Defektkinetik der Eisen-Akzeptor-Paare und der Licht-induzierten Degradation untersucht. Mittels zeitabhängiger Ladungsträgerlebensdauermessungen kodotierter Siliziumproben, konnte die Eisen-Akzeptor-Paar-Reaktion auch in n-Typ Silizium nachgewiesen werden. Zur Erklärung des experimentell beobachteten Prozesses wird ein Modell, das auf der ständigen Rekombination über die Eisen-Störstelle beruht, vorgeschlagen und diskutiert. Außerdem werden temperatur- und beleuchtungsabhängige Ladungsträgerlebensdauermessungen zur Bestimmung der Aktivierungsenergie der Dissoziations- und Assoziationsreaktion verwendet. Die Licht-induzierte Degradation wird in Indium-dotiertem Silizium nachgewiesen. Als Ursache der Licht-induzierten Degradation wird der ASi - Sii-Defekt (A steht dabei für Akzeptor) vorgeschlagen und hinsichtlich der in der Literatur vorhandenen experimentellen Daten diskutiert. Außerdem wird im Rahmen des Modells gezeigt, dass die P-Linie im Tieftemperatur-Photolumineszenzspektrum Indium-dotierter Siliziumproben dem neutralen Ladungszustand des InSi - Sii-Defekts zugeordnet werden kann.



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Kästner, Christian;
Systematische Untersuchung zur Steuerung der Morphologie in Polymer-Fulleren-Heteroübergangssolarzellen, 2014. - Online-Ressource (PDF-Datei: 117 S., 6,44 MB) : Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2014
Parallel als Druckausg. erschienen

Die organische Photovoltaik zeigt mehr und mehr ihr Potential zur marktwirtschaftlichen Konkurrenzfähigkeit gegenüber etablierten anorganischen Dünnschichtsolarzellen. Die Vorteile der Polymersolarzellen sprechen hierbei für sich: die Kombination aus Flexibilität, geringem Gewicht, potentieller Halbtransparenz und sehr hohem Produktionsdurchsatz kann momentan in seiner Gesamtheit von keiner anderen Technologie erreicht werden. Auch die bislang niedrige Energiekonversionseffizienz organischer Solarzellen kann durch die fortschreitende Materialentwicklung und Optimierung der Prozessierungsmethoden mit der Effizienz etablierter anorganischer Dünnschichtphotovoltaik konkurrieren. Die Selbstorganisation, d.h. Phasenseparation und Aggregation/Kristallisation der eingesetzten photoaktiven Materialien, vor, während und nach der Abscheidung zu photovoltaisch aktiven dünnen Schichten aus der gemeinsamen Lösung, spielt bei der Leistungsoptimierung eine wesentliche Rolle. Die somit ausgebildete Morphologie der photoaktiven Schicht ist von fundamentaler Bedeutung für die Generation von freien Ladungsträgern und deren Transport und folglich auch für Leistungsverluste durch Rekombination, sofern Ladungsträgertrennung und Transport nicht effektiv stattfinden können. Es ist bekannt, dass die Phasenseparation in reine Polymerphasen für den Transport der Löcher sowie reine Fullerenphasen für den Transport der Elektronen ebenso von Bedeutung ist wie die Ausbildung einer homogenen Mischphase für die Erzeugung der freien Ladungsträger. Idealerweise liegen die Transportphasen aggregiert/kristallin und die Mischphase amorph vor. Dann ergibt sich eine energetisch sinnvolle Organisation der Materialphasen, sodass die Generation freier Ladungsträger maximiert und deren Rekombination minimiert wird. In der vorliegenden Arbeit werden genau diese morphologischen Einflüsse, Phasenseparation und Aggregation der Materialien, untersucht. Insbesondere der Einfluss der strukturellen Ordnung der reinen Polymerphase auf die photovoltaischen Eigenschaften der Solarzelle steht hier im Vordergrund. Durch die gezielte Ausnutzung der Materialeigenschaften der eingesetzten Polymere konnten gezielt und kontrolliert Phasenseparation und Aggregation gesteuert und deren Einfluss auf die Solarzellparameter untersucht werden. Es wird gezeigt, wie die Morphologie von Polymer-Fulleren-Heteroübergangssolarzellen im Detail durch die Fullerenderivatisierung, die Lösungskonzentration und das Polymer:Fulleren-Mischungsverhältnis ebenso wie das Polymer:Polymer-Mischungsverhältnis in einer ternären Mischung mit dem Fulleren gezielt manipuliert werden kann. Mittels feinskalierter Parametervariationen konnten sehr systematische Variationen in der Morphologie induziert werden. Dies ermöglichte eine gezielte, optimierte Proportionierung eines Dreiphasensystems aus getrennt aggregierten Polymer- und Fullerenphasen für den Ladungstransport sowie einer homogenen Polymer:Fulleren-Mischphase zur freien Ladungsträgergeneration. Die vorgestellten Methoden zur qualitativen und quantitativen Beschreibung der polymeren Ordnung sowie der Phasenseparation des Polymers vom Fullerenderivat ermöglichen tiefere Einblicke in die Volumenmorphologie. Die quantitative Analyse von Absorptions-, Photo- und Elektrolumineszenzspektren hat sich hier als besonders einfach zu handhabende Methode erwiesen. Mit der Unterstützung von Röntgenbeugung (GiWAXS) und AFM-Messungen ist es möglich, eine sehr genaue Vorstellung von der dreidimensionalen Schichtmorphologie zu erhalten. Insbesondere die Elektrolumineszenzspektroskopie ermöglichte erstmalig einen tieferen Einblick in die Nanomorphologie an den Grenzflächen zwischen geordneten Polymer- und Fullerendomänen sowie ungeordneten Polymer:Fulleren-Mischphasen. Die Einflüsse der Morphologie auf die Solarzelleigenschaften konnten letztendlich in Verbindung mit der Messung der Strom-Spannungs-Kennlinien (I-V) und der externen Quanteneffizienz (EQE) abgeleitet werden. Damit konnte das vorgestellte Bild der hypothetisch optimalen Morphologie bestehend aus wohldimensionierten reinen geordneten Ladungstransportphasen sowie ungeordneten homogenen Mischphasen als Rekombinationsbarriere und Generationsschicht für freie Ladungsträger nachgewiesen werden. Der vorgestellte kombinierte Ansatz zur Morphologiebeschreibung ist bislang einzigartig und ermöglicht, abgesehen von den GiWAXS-Messungen, in Zukunft eine einfache und schnelle Analyse der Aktivschichtmorphologie. Darüber hinaus wird in dieser Arbeit ein tieferes Verständnis der Beziehung zwischen den Struktureigenschaften der photoaktiven Schicht und der Solarzellfunktion entwickelt.



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Ulbrich, Angela;
Oberflächenanalytische Untersuchungen der elektronischen und chemischen Eigenschaften ionischer Flüssigkeiten sowie deren Wechselwirkung mit Kupferspezies, 2014. - Online-Ressource (PDF-Datei: IV, 179 S., 10,24 MB) Ilmenau : Techn. Univ., Diss., 2014

Ionische Flüssigkeiten (Ionic Liquids; ILs) zeichnen sich durch zum Teil ungewöhnliche Eigenschaften, wie z.B. geringer Dampfdruck, aus. Verwendet werden ILs beispielsweise als Lösungsmittel bei der elektrochemischen Abscheidung von Metallen, als Elektrolyte in Solarzellen oder als Schmierstoffe. Um das Potential dieser Substanzklasse auszuschöpfen, ist die genaue Kenntnis der physikalischen und chemischen Eigenschaften von großer Bedeutung. Die vorliegende Arbeit untersucht die Oberflächeneigenschaften ausgewählter ILs, deren Wechselwirkung mit Kupferspezies sowie den Einfluss von Röntgenstrahlung und Plasmabehandlung. Die Methoden Röntgen-Photoelektronenspektroskopie (XPS), Ultraviolett-Photoelektronenspektroskopie (UPS) und die Spektroskopie mit metastabilem Helium (MIES) werden angewandt. Zunächst wird die elektronische Struktur verschiedener ILs charakterisiert. Der Fokus liegt auf Flüssigkeiten mit substituierten Imidazolium-Ionen und Chlorionen bzw. [Tf2N]- Ionen. Die Ausweitung der Untersuchungen auf weitere Anionen belegt die Präsenz von Kationen und Anionen im oberflächennahen Bereich. Winkelabhängige XPS Untersuchungen weisen auf eine bevorzugte Ausrichtung der Alkylkette in Richtung Vakuum hin und die Abschirmung bestimmter Anionen wird ersichtlich. Flüssigkeiten mit [Tf2N]- Ionen zeigen einen dominanten Anionenbeitrag zum Valenzband. Im zweiten Teil der Arbeit werden verschiedene Kupfer-IL-Systeme betrachtet, wobei Kupfer in unterschiedlichen Oxidationszuständen auftritt. Diese werden durch den Kontakt mit atmosphärischen Bedingungen teilweise beeinflusst. Die inhomogene Kupferverteilung an der Oberfläche deutet auf eine Aggregation hin. Die Anreicherung elektrochemisch gelöster Kupferspezies an der Oberfläche führt zu Verdrängungseffekten. Abschließend wird der Einfluss von Röntgenstrahlung auf [EMIm]Tf2N betrachtet. Monochromatisierte Alk-alpha- Strahlung führt nach intensiven Strahlungseintrag zu vernachlässigbarer Degradation. Hingegen zeigt nicht monochromatisierte Alk-alpha- Strahlung starke Degradationseffekte. Weitere Untersuchungen an Flüssigkeiten mit Imidazolium-Ionen attestieren den Anionen einen starken Einfluss auf die Stabilität der IL gegenüber Röntgenstrahlung. Die betrachtete Plasmabehandlung zeigt keine eindeutigen Auswirkungen auf die chemische Zusammensetzung der untersuchten ILs.



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Synooka, Olesia;
Approaching highly efficient organic solar cells via interface engineering, 2014. - VIII, 117 S. Ilmenau : Techn. Univ., Diss., 2014

Organische Solarzellen sind sehr viel versprechende erneuerbare Energiequellen. Während der ca. letzten 2 Jahrzehnte konnte eine bedeutende Verbesserung im Verständnis der Grundlagen von Solarzellen gewonnen werden. Dies hat zu einer Verbesserung der Effizienz auf mehr als 9% Ausbeute geführt. Die Leistungsfähigkeit von bulk-heterojunction organischen Solarzellen basiert im Wesentlichen auf folgenden Effekten: Ladungstrennung, Ladungstransport und Ladungsextraktion. Diese Effekte können durch Modifikation der fotoaktiven Materialien und/oder der Grenzflächen kontrolliert werden. Die Grenzflächenprobleme von organischen Solarzellen sind seit vielen Jahren unbeachtet geblieben, stattdessen wurde der Fokus auf die Entwicklung und Optimierung von neuen Aktivschichtmaterialien gesetzt. In dieser Doktorarbeit sind alle Grenzflächen von organischen Solarzellen im Detailuntersucht worden, wie: - 1 die Donator-Akzeptor Grenzfläche, - 2 der Lochtransport/Aktivschicht-Grenzfläche und - 3 die Aktivschicht-/Metallelektroden-Grenzfläche. Weiter wurden explizite Methoden zur Verbesserung der Grenzflächen vorgeschlagen. 1. - Im Besonderen wurde die Donator-Akzeptor Grenzflächenmodifikation bei thermischer Behandlung im Umfang der vertikalen Phasensegregation untersucht. In dieser Arbeit wurden unterschiedliche Messtechniken an Filmschichten und hergestellten Proben vom Gemisch des "State-of-the-Art" Polymers poly[N-9"-hepta-decanyl-2,7-carbazole-alt-5,5-(4'7'-di-2-thienyl-2',1',3'-benothiadiazole)] (PCDTBT) mit [6,6]-phenyl-C 71-butyric acid methyl ester (PC 70 BM) angewendet, um die Modifikationen der Morphologie zu untersuchen. Die Performance von PCDTBT:PC 70 BM basierend Solarzellen wird durch thermische Behandlung mit hohen Temperaturen dramatisch verringert. Untersuchungen im Detail zeigen, dass Änderungen der Polymer:Fulleren Wechselwirkungen bei bereits 140˚C auftreten, welche in einer Polymerbenetzung nahe der Metallelektrode resultiert. Dies führt zu einem Anstieg von Rekombinationen und zur Verringerung der Ladungsträgerextraktion. Dadurch kommt es zu einer Reduktion des Füllfaktors und zu einer reduzierten Effizienz der Leistungsumwandlung. Die Untersuchung der PCDTBT basierenden invertierten Solarzellenzeigen einen genau umgekehrten Trend bei thermischer Behandlung. Die gesamte Solarzellenperformance steigt mit der Temperaturerhöhung linear an. In diesem Fall ist die Polymerbenetzung vorteilhaft. Zusätzlich wurde die thermische Stabilität von Solarzellen basierend auf amorphem PCDTBT oder dem neuartigen semikristallinen Polymer poly[2,6[4,8-bis(2-ethyl-hexyl)benzo[1,2-b;4,5-b']dithiophene-co-2,5-thiophene-co-4,7[5,6-bis-octyloxy-benzo[1,2,5]thiadiazole]-co-2,5-thiophene] (PBDTTBTZT) untersucht. Die polymere haben eine ähnliche chemische Struktur und Bandlücke. Es konnte eine Effizienz von mehr als 7% bei PBDTTBTZT basierenden Solarzellen erreicht werden. Bei thermischer Behandlung sind nur geringste Verluste der photovoltaischen Parameter ohne eine vertikale Phasensegregation herausgefunden worden. Die außergewöhnliche thermische Stabilität des PBDTTBTZT von bis zu 170˚C könnte durch die semikristalline Natur zu erklären sein. PBDTTBTZT ist ein vielversprechendes Material für zukünftige Anwendungen von organischen Solarzellen. 2. - Weiterhin wurde die Lochtransportschicht/Aktivschicht-Grenzfläche untersucht, welche anhand durch Zugabe zusätzlicher polarer Lösemittel zur Aktivschicht modifiziert wurde. Generell kann die Morphologie der bulk-heterojunction durch Verwendung von Additiven mit höherem Siedepunkt als das Lösemittel der Aktivschicht beeinflusst werden. Im Gegensatz zu dieser Eigenschaft wurden in dieser Arbeit polare Lösemittel-Additive mit unterschiedlichen Dipol-Momenten und unabhängigen Siedepunkten verwendet. Die Performance der PCDTBT:PC 70 BM Solarzellen kann durch Zugabe einer bestimmten Menge dieser Additive verbessert werden. Dieser vorteilhafte Effekt kann größtenteils durch die Modifikation der PEDOT:PPS/Aktivschicht-Grenzfläche der Solarzelle erzielt werden. Die Lösemitteladditive dringen durch die gesamte Aktivschicht und entfernen teilweise den PSS-Anteil der PEDOT:PSS Oberflächenschicht, dass zu einer Reduktion der Energiebarriere und zu einer verbesserten Loch-Extraktion führt. 3. - Zuletzt wurde die Modifikation der Aktivschicht/Metallkathoden-Grenzfläche der Solarzelle mit einer zusätzlichen Zwischenschicht untersucht. Das konjugierte Polyelektrolyt:poly(diallyldimethylammonium chloride) (PDDA) und das nichtkonjugierte poly(allylaminehydrochloride) (PAH), wurden als Zwischenschichtmaterialien in dieser Arbeit untersucht. Solche Zwischenschichten, basierend auf konjugierten Polyelektrolyten (KPE), verbessern den elektrischen Kontakt und verringern den potentiell möglichen Widerstand, was zu einer verbesserten Performance der Solarzelle führt. Im Gegensatz zu den bekannten und weit verbreiteten KPE wurden die nicht konjugierten Polyelektrolyte (nKPE) bis zum jetzigen Zeitpunkt für organische Solarzellen nicht verwendet, laut der für diese Arbeit angefertigten ausführlichen Literaturrecherche. Verschiedene Messtechniken sind bei entsprechend angefertigten Solarzellen angewendet worden, um die unterschiedlichen Effekte von KPE und nKPE voneinander zu unterscheiden. Eine Verbesserung der Performance der Solarzellen ist das Ergebnis einer optimierten Anpassung des Energieniveaus an den Grenzflächen und verminderte Oberflächenkombinationen konnten für beide Polyelektrolyttypen herausgefunden werden. Die KPE verursachen geringfügige Veränderungen der Oberflächenstöchiometrie, was aber nicht bei nKPE beobachtet worden ist. Die Verwendung von KPE oder nKPE resultierte in vergleichbar guten Performance Verbesserungen. Daraus lässt sich ableiten, dass die nKPE ein guter und preiswerter Ersatz für KPE sind. Diese Arbeit zeigt die Wechselwirkung zwischen allen Grenzflächen innerhalb der Solarzellen und empfiehlt Leitlinien für die Herstellung zukünftiger "next generation" organischer Solarzellen.



Turkovic, Vida;
Long-term stabilization of organic solar cells using additives, 2014. - Online-Ressource (PDF-Datei: XI, 137 S., 4,50 MB) : Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2014
Parallel als Druckausg. erschienen

Organische Solarzellen (OPV) bestechen durch hohes wirtschaftliches Potenzial. Große Anstrengungen wurden bereits in Hinblick auf die Effizienz unternommen. Aktuelle Spitzenwirkungsgrade liegen bei 12%, vergleichbar mit anorganischen Dünnschichtsolarzellen. Allerdings bleibt die Stabilität eine Schwachstelle auf dem Weg zur Marktreife. Aufgrund ihrer organischen Natur, ist OPV sehr empfindlich gegenüber Licht, Wärme, Sauerstoff und Feuchtigkeit, wobei alle unter Standard-Arbeitsbedingungen gleichzeitig vorliegen. In meiner Arbeit untersuche ich die Stabilisierung gegen photooxidative Degradation, unter Verwendung zusätzlicher stabilisierender Verbindungen, welche direkt in die Aktivschicht eingebracht werden. Hierzu wurde eine Vielzahl an Verbindungen mit unterschiedlichen Stabilisierungsmechanismen im Modell-System Poly(3-Hexylthiophen-2,5-diyl):Phenyl-C61-Buttersäure Methylester (P3HT:[60]PCBM) getestet. Die hergestellten Solarzellen wurden unter Beleuchtung, bei mäßiger Temperatur und in Gegenwart von Luft gealtert und ihre Langzeitstabilität evaluiert. Eine enorme Zunahme der akkumulierten Leistungserzeugung um einen Faktor größer 3, unter Verwendung von Wasserstoffdonatoren und UV-Absorbern, konnte mittels spektroskopischer und mikroskopischer Untersuchungen auf eine verringerte Bildung freier Radikale zurückgeführt werden. Meine Arbeit unterstreicht das Potenzial von Additiven zur Stabilisierung von OPV. Es muss allerdings beachtet werden, dass das Additiv die Schichtmorphologie und photophysikalischen Prozesse innerhalb der photoaktiven Schicht nicht negativ beeinflussen. Anhand des Modellsystems P3HT:[60]PCBM, konnte gezeigt werden, dass die photoaktive Schichten bestehend aus einer ternären Mischung von Polymer, Fulleren und Stabilisator angewendet werden können, um die Lebensdauer von OPV wesentlich zu verlängern. Dieser Ansatz kann prinzipiell auf andere OPV Systeme übertragen werden, sofern das Additiv die geschilderten Anforderungen erfüllt. Durch Zugabe kleinster Mengen kostengünstiger Stabilisatoren kann, unabhängig von der intrinsischen photochemischen Stabilität der eingesetzten Materialien, eine signifikante Verbesserung der Lebensdauer und somit gesteigertem Wert des Gesamtsystems organische Solarzelle erreicht werden. Daher haben diese Erkenntnisse eine große Bedeutung für die Vermarktung von OPV.



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Heinrich, Gerrit;
Direkte Laserablation von dünnen, auf Silizium abgeschiedenen Siliziumnitridschichten durch nichtlineare Absorption, 2014. - Online-Ressource (PDF-Datei: II, 98 S., 5,56 MB) : Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2014
Parallel als Druckausg. erschienen

In dem Produktionsprozess von hocheffizienten kristallinen Silizium-Solarzellen werden lokale Öffnungen in dünnen dielektrischen Schichten benötigt. An Stelle von teuren und aufwändigen Photolithographieschritten scheint die direkte Laserablation geeignet zu sein, diese dielektrischen Schichten kostengünstig und schnell zu öffnen. In der vorliegenden Arbeit wird die ltra-Kurzpulslaserablation von dielektrischen Schichten am Beispiel von dünnen Siliziumnitrideinzelschichten sowie von Aluminiumoxid/Siliziumnitrid-Mehrfachschichten auf Siliziumproben untersucht. Dafür werden zuerst die optischen und strukturellen Eigenschaften der verwendeten dielektrischen Schichten analysiert. Anschließend wird der Einfluss verschiedener Schichteigenschaften (Brechungsindex, Wasserstoffgehalt), Lasereinstellungen (Fluenz, Pulsdauer, Wellenlänge) und Siliziumeigenschaften (Dotierung, Topographie) auf das Ablationsverhalten sowie auf die laserinduzierten Siliziumkristallschäden beschrieben und diskutiert. Aus diesen Ergebnissen wird ein neuartiges Absorptionsmodell erarbeitet, das die Ursache für die mit dieser Arbeit zum ersten Mal beschriebene direkte Ablation von dünnen dielektrischen Schichten auf Silizium erklärt. Die Erkenntnisse aus den Ablationsuntersuchungen werden in zwei verschiedenen Zelldemonstratoren angewendet und diskutiert. Hierfür werden Solarzellen zum einen nach dem PERC-Konzept und zum anderen nach einem Metallisierungsverfahren, basierend auf der nasschemischen Abscheidung von Nickel, Kupfer und Zinn, hergestellt. Zusätzlich wird in dieser Arbeit ein Programm entwickelt, mit dem das Reflexionsverhalten des ablatierten Bereiches simuliert werden kann.



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Muhsin, Burhan;
Reproduzierbar effiziente Prozessierung von flexiblen Polymersolarmodulen, 2014. - Online-Ressource (PDF-Datei: 137 S., 4,95 MB) : Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2014
Parallel als Druckausg. erschienen

Ziel der vorliegenden Doktorarbeit war die reproduzierbare Prozessierung und Aufskalierung von ITO-freien, flexiblen Polymersolarmodulen unter den Randbedingungen hoher Effizienz, niedriger Kosten und hoher Stabilität. Um das Ziel reproduzierbarer effizienter Polymersolarzellen erreichen zu können, wurden drei unterschiedliche Materialsysteme (P3HT:PCBM, P3HT:ICBA und PCDTBT:PC70BM) mittels zweier Beschichtungsmethoden (spin-coating und Rakeln) untersucht und optimiert, wobei relative hohe Effizienzen erreicht wurden. Um die Defekte und die hohen Kosten von ITO zu vermeiden, wurden in dieser Arbeit erfolgreich eine hochleitfähige PEDOT:PSS-Formulierung (PH1000) und eine Kombination aus mit Silbergitter beschichteten Folien (Hersteller PolyIC) und PH1000-Beschichtung als ITO-Ersatz verwendet. Hiermit konnten vergleichbare Effizienzen zu ITO-PET-Substraten erzielt und somit das Ziel der Realisierung eines ITO-Ersatzes erreicht werden. Die Stabilität ITO-freier versiegelter Polymersolarzellen konnte in einem Beobachtungszeitraum von 400 h unter kontinuierlicher Beleuchtung von ca. 1 Sonne Intensität im Vergleich zu versiegelten Polymersolarzellen basierend auf ITO-PET-Substraten verbessert werden. Als optimaler Aufbau flexibler Solarzellen wurde ein Schichtsystem von Barriere/PET/PH1000/PCDTBT:PC70BM/TiOX/Aluminium/UV-Kleber/Barriere/PET identifiziert; dieser Aufbau erreichte noch circa 60% der gemessenen Starteffizienz nach einer Lebensdauermessung von 400 Stunden. Alle Schichten (PEDOT:PSS, PH1000, PCDTBT:PC70BM, TiOX), außer Aluminium, wurden an Luft in Anlehnung an die produktionsnahe Rolle-zu-Rolle-Prozessierung prozessiert. Schließlich konnten Solarmodule mithilfe mechanischer Strukturierung bis zu einer Modulfläche von 150 cm 2 realisiert werden. Mit P3HT:PCBM konnten 2,2%Effizienz, mit PCDTBT:PC70BM, 3,2% auf ITO-PET und 2,2% auf PH1000-PET, jeweils auf einer Modulfläche von 25 cm 2 erreicht werden. Auf Basis von gerakelten Aktivschichten wurde die Modulstrukturierung mittels Laserablation in Zusammenarbeit mit dem Laser-Zentrum Hannover (LZH) durchgeführt. Hierbei konnten zuerst nur 1,5% Solarmoduleffizienz auf ITO-Glas erreicht werden. Auf flexibler ITO-Folie wurden schließlich in einem kombinierten Prozess aus Laserstrukturierung und Bedampfung der Metalrückelektrode über einer Schattenmaske circa 3% Solarmoduleffizienz erreicht.



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Engmann, Sebastian;
Spectroscopic ellipsometry study on the morphology of polymer fullerne solar cells, 2014. - Online-Ressource (PDF-Datei: XI, 142 S., 3, 04 MB) : Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2013
Parallel als Druckausg. erschienen

Die Untersuchung organischer Solarzellen stellt ein vielversprechendes interdisziplinäres Forschungsgebiet dar, versprechen sie doch eine günstige Alternative zu anorganischen Solarzellen. Ihr geringes Gewicht und hohe Flexibilität ermöglichen es der organischen Photovoltaik (OPV) in neue Bereiche, wie der Integration in architektonischen Design-Elementen und intelligenter Kleidung, Verwendung zu finden. Dennoch fehlt es noch an kommerzielle Anwendungen, da die OPV fundamentale Probleme überwinden muss. Zu nennen sei hier die geringe Stabilität der organischen Materialien gegenüber Wasser und Sauerstoff bei gleichzeitiger Beleuchtung, als auch morphologische Degradation. Die photoaktive Schicht ist typischerweise eine selbstorganisierte Mischung aus zwei oder mehreren organischen Verbindungen und erfordert daher sehr anspruchsvolle Strukturmanipulation, da die Mischungsmorphologie in äußerstem Maße die Solarzellleistung bestimmt. Es ist von inhärenter Bedeutung die Morphologie aktiv zu steuern, um organische Solarzellen mit höchstmöglicher Effizienz zu produzieren. Das Verständnis zwischen morphologischer Struktur und Solarzelleneigenschaften ist hierzu unentbehrlich. Diese Arbeit hatte zum Ziel, die morphologische Struktur von Polymer/Fulleren-Mischschichten durch ein optisches und daher zerstörungsfreies Verfahren zu untersuchen: winkelvariierende spektroskopische Ellipsometrie (Variable Angle Spectroscopic Ellipsometry (VASE)). Obwohl die dargestellten neu entwickelten Messroutinen und optischen Modelle für beliebige Systeme Anwendung finden können, wurde als zu untersuchendes Materialsystem auf Mischungen des weitverbreiteten Polymers Poly(3-hexylthiophen-2,5-diyl) (P3HT) und dem Fullerenderivat Phenyl-C$61$-Buttersäure-methylester (PCBM) zurückgegriffen. Dies ist dem Gedanken geschuldet die gewonnen Ergebnisse der optischen Modellierung, entsprechend einer indirekten Messung, mit möglichst vielen bereits etablierten Messverfahren zur Morphologieuntersuchung zu vergleichen. Zudem zeigen Polythiophen/Fulleren-Mischungen viele physikalisch höchst interessante Eigenschaften, wie die Kristallisation einer oder beider Komponenten, und die Entmischung der photoaktiven Schicht. Aufgrund dieser Effekte und der zu erreichenden hohen Solarzelleffizienzen, stellt P3HT/PCBM das Standardmaterialsystem der OPV Forschergemeinschaft dar. In dieser Arbeit wurde die Kristallisation und räumliche Ordnung der Polymerkomponente in P3HT/PCBM-Mischschichten für verschiedene Fulleren-Konzentrationen innerhalb der photoaktiven Schicht untersucht. Es konnte gezeigt werden, dass die Fulleren-Phase stark die Anordnung der Polymer-Komponente beeinflusst. In diesem Zusammenhang wurde ein neues optisches Modell entwickelt, welches die quantitative Unterscheidung zwischen höher und weniger geordneten Polymer-Domänen ermöglicht. Mit diesem Modell ist es erstmals gelungen zu zeigen, dass spinodale Entmischung und das resultierende Fulleren-Konzentrationsprofil über der Schichtdicke die Keimbildung und das Wachstum von geordneten Polymer-Domänen, sowie den Volumenanteil von geordneten Polymerdomänen innerhalb des Filmprofils maßgeblich kontrollieren. Ein Highlight dieser Arbeit ist die Tiefenprofilierung der Fullerene- Konzentration und der Verteilung geordeneter Polymer-Domänen in vollständigen Solarzellstrukturen, im Gegensatz zu der allgemein üblichen Praxis die Morphologie in separat präparierten Schichten auf Silizium oder Glas-Substraten zu untersuchen. Dies ist speziell zur Untersuchung der Grenzflächeninteraktion des Polymer/Fulleren-Gemisches mit der Elektrode während eventueller Temperschritte höchst interessant. Durch die gezeigte zerstörungsfreie Tiefenprofilierung vollständiger Solarzellen wird erstmals die Möglichkeit eröffnet in situ Studien über die Langzeitstabilität der Morphologie und der Elektrodengrenzflächen durchzuführen, da die Möglichkeit besteht dasselbe Bauelement sowohl elektrisch als auch optisch zu Untersuchen. Hierdurch können kleinste morphologische Änderungen direkt mit der Solarzellenleistung korreliert werden.



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Rzesanke, Daniel;
Laborexperimente zum Einfluss elektrischer Ladungen auf Wolkenprozesse, 2013. - Online-Ressource (PDF-Datei: 168 S., 11,02 MB) : Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2013
Parallel als Druckausg. erschienen

Vielfältigste Studien zeigen eine Korrelation der solaren Aktivität mit terrestrischen Klimaanzeigern. Dabei ist der verbindende Mechanismus, welcher die solare Variabilität mit dem Wettergeschehen in den untersten Atmosphärenschichten der Erde koppelt, bisher unidentifiziert. Aus diesem Grund wurde das DFG-Schwerpunktprogramm CAWSES initiiert, zu welchem die vorliegende Arbeit einen experimentellen Beitrag liefert. Eine der vorgeschlagenen Hypothesen [1] folgt dabei dem Ansatz, dass solare Ereignisse den globalen, terrestrischen Stromkreis modulieren. Der dadurch veränderbare Ladungszustand atmosphärischer Wolken, beziehungsweise Wolkentropfen, kann sich wetter- und somit klimarelevant auswirken. Zur Untersuchung wurde eine Anlage aufgebaut, welche dominante wolkenmikrophysikalische Effekte an geladenen Mikrotropfen nachbildet und quantifiziert. Dazu werden einzelne Tropfen von bis zu 90mym Größe automatisiert in einer elektrodynamischen Falle berührungslos gespeichert, unterkühlt und manipuliert. Untersucht wurden unter anderem die homogene Eisnukleation unterkühlter Wolkentropfen sowie deren Verdunstungsverhalten. Mit dem Ergebnis, dass keine erhöhte Gefrierwahrscheinlichkeit, aber eine deutliche Verzögerung der Verdunstung (bis hin zum Erliegen) in Anwesenheit von Nettoladungen festgestellt wurde. In einer zweiten Serie von Experimenten wurde die Wechselwirkung geladener Wolkentropfen mit den allgegenwärtigen Aerosolen, welche ebenfalls geladen vorkommen, untersucht. Dabei wird eine Möglichkeit entwickelt und validiert, die Sammeleffizienz aus den experimentellen Bedingungen quantitativ zu bestimmen. Es konnte gezeigt werden, dass der Ladungsinfluenz hierbei eine maßgebliche Rolle zukommt. Zur Demonstration einer klimarelevanten Wirkungskette wurde anhand zweier atmosphärisch relevanter Mineralstaubspezis (Illit- und Kaolinitaerosol) die vermehrte Eispartikelbildung durch unterkühlte Wolkentropfen im Kontaktgefriermodus nachgebildet. Hierbei wird die Gefrierwahrscheinlichkeit durch das elektrostatisch erhöhte Eiskeimangebot erheblich gesteigert. Das dafür geschaffene System, welches Einzeltropfenuntersuchung und Aerosolerzeugung vereint, eröffnet eine neue und weiterhin genutzte Möglichkeit wolkenphysikalischer Experimente im Labormaßstab.



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Fiedler, Jan;
Elektrische und strukturelle Eigenschaften von supraleitenden Schichten in Gallium-implantiertem Silizium und Germanium, 2013. - Online-Ressource (PDF-Datei: XVI, 110 S., 3,50 MB) : Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2013
Unterschiede zwischen dem gedruckten Dokument und der elektronischen Ressource können nicht ausgeschlossen werden

Zielstellung der Dissertation ist die detaillierte Analyse der Auswirkungen von supraleitenden Galliumausscheidungen auf das elektrische Transportverhalten hochdotierter Silizium- und Germaniumschichten. Dafür wird ein neues Verfahren zur Herstellung von supraleitenden Schichten in kommerziellen Silizium- und Germanium-Wafern mit Hilfe von Ionenimplantation und Kurzzeitausheilung entwickelt. Mittels Ionenimplantation durch eine dünne dielektrische Deckschicht wurden Galliumkonzentrationen weit über der Gleichgewichtslöslichkeit in die Silizium- und Germaniumsubstrate eingebracht. Kurzzeitausheilverfahren wurden verwendet, um die die Umverteilung des Galliums anzuregen. Die resultierende Galliumverteilung wurde analysiert und es konnte ein Modell entwickelt werden, welches die Ursache für die Ausbildung einer 10 nm dünnen Gallium-reichen Schichten an der Deckschicht/Halbleiter-Grenzfläche beschreibt. Übersteigt die Galliumkonzentration an der Grenzfläche den kritischen Wert von 15 at.%, können die Schichten bei Temperaturen unterhalb von 6 - 7 K supraleitend werden und zeigen damit eine ähnlich kritische Temperatur wie bereits untersuchte dünne amorphe Galliumfilme. Es wird somit erstmalig gezeigt, dass Gallium-reiche Ausscheidungen eine mit reinem Gallium vergleichbare kritische Temperatur haben. Der bisher häufig als Funktion der Schichtdicke erforschte Supraleiter-Isolator-Übergang konnte in den Schichten durch die Variation der Ausheilzeit hervorgerufen werden. Der normalleitende Schichtwiderstand ist als entscheidender Parameter für den Phasenübergang anzusehen. Da sich Gallium-reiche Ausscheidungen in Germanium wegen der geringen Differenz in Masse und Elektronenstruktur nur schwer nachweisen lassen, erfolgten die Strukturuntersuchungen hauptsächlich an Siliziumschichten. Die Ergebnisse dieses Modellsystems lassen sich zum großen Teil auf das Verhalten von Gallium in Germanium übertragen. Dieser Vergleich zeigt, dass außer der kritischen Temperatur alle elektrischen Eigenschaften der Gallium-reichen Schichten vom Substratmaterial abhängen. Supraleitung in Gallium-dotiertem Germanium wurde bisher nur bei Temperaturen unterhalb von 1 K beobachtet. Deshalb ist die kritische Temperatur ein geeigneter Parameter, um durch Dotierung hervorgerufene Supraleitung in Germanium von supraleitenden Ausscheidungen zu unterscheiden.



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Eisenhardt, Anja;
Charakterisierung der elektronischen und chemischen Eigenschaften reiner polarer InN-Oberflächen und deren Beeinflussung durch Adsorbate, 2013. - Online-Ressource (PDF-Datei: IV, 165 S., 16,83 MB) : Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2013
Unterschiede zwischen dem gedruckten Dokument und der elektronischen Ressource können nicht ausgeschlossen werden

Indiumnitrid (InN) gehört zu den III-V Halbleitern und ist durch seine geringe Bandlücke sowie seine guten Elektronentransporteigenschaften ein vielversprechender Kandidat für den Einsatz in ultraschnellen Transistoren und optoelektronischen Bauelementen. Dabei spielen neben den Volumeneigenschaften des Materials vor allem auch die Oberflächeneigenschaften eine entscheidende Rolle. Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Charakterisierung der elektronischen und chemischen Oberflächeneigenschaften von reinem sowie adsorbatbedecktem, polarem InN. Die InN-Schichten wurden mittels plasmaunterstützter Molekularstrahlepitaxie (MBE) abgeschieden und in-situ anhand der Beugung hochenergetischer Elektronen (RHEED) sowie mittels Röntgen- und Ultraviolett-Photoelektronenspektroskopie (XPS, UPS) untersucht. Hierbei zeigten sich deutliche Unterschiede in den elektronischen Eigenschaften der polaren Oberflächen, die vor allem auf die unterschiedlichen atomaren Strukturen zurückgeführt werden konnten. So kommt es an der In-polaren InN-Oberfläche zur Ausbildung einer 2×2 Oberflächenrekonstruktion, die zu Oberflächenzuständen nahe des Ferminiveaus führen, welche zur Ausbildung einer starken Elektronenakkumulationsschicht an den InN(0001)-2×2 Oberflächen beitragen. Beim reinen N-polaren InN beobachtet man im Gegensatz dazu eine 1×1-Oberfläche mit besetzten Oberflächenzuständen nahe des Valenzbandminimums (bei ˜ 1,6 eV), verbunden mit einer deutlich reduzierten Oberflächenabwärtsbandverbiegung. Weiterhin wurden Veränderungen der InN-Oberflächen durch Adsorbatwechselwirkungen systematisch mittels UPS und XPS untersucht und dabei der Einfluss des Sauerstoffs und des Wassers als wichtige Bestandteile der Luft detailliert betrachtet. Die experimentellen Ergebnisse werden im Hinblick auf Informationen zur Anbindung der Adsorbatspezies, zur Dipolbildung sowie zur Beeinflussung der Oberflächenelektronen und damit der Oberflächenbandverbiegung der InN-Proben diskutiert. Dabei zeigt sich, dass Sauerstoff in atomarer Form an die InN-Oberflächen bindet und als Elektronenakzeptor zur Reduzierung der Abwärtsbandverbiegung an den In-polaren InN-Proben beiträgt bzw. kaum einen Einfluss auf die bereits reduzierte Bandverbiegung des N-polaren InN hat. Die Wechselwirkung mit Wasser führt dagegen bei beiden Polaritäten zu einer deutlich ausgeprägten Elektronenakkumulation.



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Singh, Chetan Raj;
Correlation of charge transport with structural properties in poly3-hexylthiophene-polyperyleneacrylate block copolymers and its ilmplication on solar cell performance, 2013. - IX, 113 S. : Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2013

Der Einsatz von Block-Copolymeren als einlagige Aktivschicht, bietet die Möglichkeit zur Konstruktion von hocheffizienten und thermodynamisch stabilen Polymersolarzellen. Die in Block-Copolymeren charakteristische Unmischbarkeit der zwei kovalent gebundenen Donor- und Akzeptor-Blöcke, ist verantwortlich für die Phasentrennung der beiden Komponenten und führt zu einer sich selbst organisierenden Morphologie im Nanometerbereich. Für einen effizienten Ladungstransport zu den Elektroden der Solarzelle, ist eine senkrechte Orientierung der Donor-und Akzeptor-Phasen grundsätzlich erwünscht. Demzufolge ist die Bewertung des morphologisch und im nanoskaligen Bereich liegenden Effekts der Phasenseparation in Block-Copolymeren auf den Ladungstransport und damit auf die Leistung der Solarzelle von entscheidender Bedeutung. In dieser Arbeit wurde ein Modell-Blockcopolymer, bestehend aus dem Donor-Block Poly (3-hexylthiophen) P3HT und dem Akzeptor-Block Poly (Perylenbisimid Acrylat) PPerAcr verwendet. Die Ladungstransporteigenschaften von reinem P3HT und PPerAcr, sowie die des Block-Copolymere (P3HT-b-PPerAcr) wurden in Abhängigkeit der Molekulargewichte, der Zusammensetzung und der Temperbedingungen untersucht. Die Ladungsträgerbeweglichkeit wurde unter Verwendung der Raumladungs begrenzten Stromstärkemessung (SCLC) und der Messung der Ladungs Extraktion bei linearem Ansteigen der Spannung (CELIV) gemessen. Intermolekulare Eigenschaften bezüglich Struktur und Morphologie wurden mittels Absorptionsspektroskopie, Photolumineszenzspektroskopie, Rasterkraftmikroskopie, Photoelektronenspektroskopie und Röntgenstreuung gemessen. Die gefertigten Solarzellen wurden mittels Strom-Spannungs- und spektraler Photostrommessungen charakterisiert. In der Studie über reine P3HT Filme, wird eine eindeutige Korrelation zwischen einem durch das Molekulargewicht bestimmten strukturellen Parameter, der langen Periodizität und einer elektronischen Eigenschaft, der Ladungsträgermobilität zum ersten Mal aufgezeigt. Das Verhalten der Ladungsmobilität auf einer logarithmischen Skala, war in hervorragender Übereinstimmung mit der experimentell ermittelten langen Periodizität der P3HT-Kristallite. In reinen Blockcopolymerfilmen wurde hinsichtlich der Ladungsträgerbeweglichkeit eine Größenordnung Unterschied für Löchern und Elektronen beobachtet. Um das Donor-Akzeptor-Verhältnis und die Domänen-Größen im Block-Copolymer zu optimieren, wurde ein reines Akzeptor-Polymer (PPerAcr) in unterschiedlichen Mengen mit dem Block-Copolymer gemischt. Als Effekt der Erhöhung des Akzeptorgehalts im Blockcopolymer /Homopolymergemisch, wurde ein kontinuierlicher Anstieg des Kurzschlussstroms und der Leerlaufspannung beobachtet, was zu einer insgesamt verbesserten Photovoltaikleistung führte. Schließlich wurden typische lamellenartige oder zylindrische Strukturen der Mikrophasenseparation, die von herkömmlichen amorphen Blockcopolymersystemen bereits bekannt sind, in Filmen realisiert. Es wird gezeigt, dass die realisierte Ausrichtung der Phasenkomponenten in den untersuchten Filmen nicht für vertikalen Ladungstransport geeignet ist und somit zu einer schlechten Leistung der Solarzelle führt. Die Ergebnisse dieser Studie zeigen, die Zusammenhänge zwischen den Ladungstransporteigenschaften und den Strukturen in einem Modell P3HT-b-PPerAcr Blockcopolymerfilmen auf und bieten eine Arbeitsgrundlage für die Herstellung der nächsten Generation an effizienten Blockcopolymer Solarzellen.



Plentz, Jonathan;
Laserkristallisierte multikristalline Silicium-Dünnschicht-Solarzellen auf Glas, 2013. - Online-Ressource (PDF-Datei: 136 Bl., 2,39 MB) : Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2013
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Im Rahmen dieser Arbeit werden laserkristallisierte multikristalline Silicium-Dünnschicht-Solarzellen auf Glas weiterentwickelt. Die Laserkristallisation ermöglicht eine weltweit einzigartige Kristallqualität. Die Ziele der vorliegenden Arbeit sind, das physikalische Verständnis dieses Solarzellentyps zu erweitern und die photovoltaischen Eigenschaften zu verbessern. Dafür werden die Schicht- und Prozessparameter untersucht und optimiert. Präsentiert werden Ergebnisse zur (1) schichtweisen Laserkristallisation des Absorbers, (2) Verringerung der Keimschichtdicke, (3) Einführung einer Barriereschicht, (4) laserbasierten Herstellung der Emitter, (5) Strukturierung der Substratoberfläche, (6) Kontaktierung der Solarzellen, (7) schnelle thermische Ausheilung und Wasserstoff-Passivierung. Die I-V-Parameter von nur 2 mym dünnen Solarzellen erreichen Leerlaufspannungen bis 517 mV, Kurzschlussstromdichten bis 20,3 mA/cm2, Füllfaktoren bis 72% und Wirkungsgrade bis 4,2%.



http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2013000305
Rösch, Roland;
Einfluss der Elektroden auf die Stabilität von Polymersolarzellen, 2013. - Online-Ressource (PDF-Datei: 120 S., 4,63 MB) : Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2013
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Die organische Photovoltaik ist im Begriff zu einer marktwirtschaftlichen Konkurrenz zur etablierten anorganischen Dünnschichtphotovoltaik zu werden. Die Vorteile liegen auf der Hand: das Zusammenspiel aus Flexibilität, geringem Gewicht, potentieller Semitransparenz und sehr hoher Produktionsgeschwindigkeit kann in seiner Gesamtheit im Moment keine andere Technologie vorweisen. Auch die geringe Energieeffizienz, welche lange Zeit der größte Schwachpunkt der organischen Photovoltaik war, ist im Begriff an die etablierte anorganische Dünnschichtphotovoltaik heran zu reichen. Im Moment ist die Lebensdauer der Bauelemente der limitierende Faktor. Bei den Ursachen der limitierten Bauelementlebensdauer sind Parallelen zu den organischen Leuchtdioden zu erkennen. In beiden Fällen wurden die instabilen Elektroden als der Hauptgrund der Degradation identifiziert. Der experimentelle Ansatz dieser Arbeit zur eingehenden Untersuchung von Degradationsmechanismen von organischen Solarzellen ist der Einsatz von verschiedenen bildgebenden Methoden in Kombination und mit zeitlicher Auflösung, welcher in dieser Arbeit so das erste mal demonstriert wurde. Im Zusammenspiel mit den dazugehörigen I-V-Kennlinien und dem Wissen über den Zellaufbau kann so nicht nur eine laterale Informationen über die Probe generiert werden, sondern auch eine gewisse Tiefeninformation. Zusammen mit den zeitlich aufgelösten Informationen sind so Aussagen über materialbezogene Degradationsprozesse innerhalb der Solarzellstruktur möglich. Die Vorteile dieser bildgebenden Methoden gegenüber direkten Methoden zur Materialuntersuchung sind die im Vergleich geringen Kosten, der geringe Zeitaufwand und die Zerstörungsfreiheit. Die Alterung von organischen Solarzellen wurde in dieser Arbeit durch künstliche Beleuchtung simuliert und durch Bestimmung ihrer I-V-Kennlinien in-situ ihre Lebensdauer bestimmt. Als Ergebnis konnten durch die oben genannten Methoden neue Erkenntnisse über die Oxidation von Elektroden verschiedenen Materials, den stabilisierenden Einfluss von Titanoxidzwischenschichten auf die Grenzfläche Aktivschicht - Kathode, die Wirkung von Substraten und Versiegelungen auf die Degradation von Polymersolarzellen, aber auch den Anteil der intrinsischen Degradation gewonnen werden. Eine normale Solarzellarchitektur mit potentiell mehreren Jahren Lebensdauer unter realen Bedingungen wurde vorgestellt.



http://www.db-thueringen.de/servlets/DocumentServlet?id=22381
Weidauer, Thomas;
Numerical investigations of shallow moist convection, 2013. - Online-Ressource (PDF-Datei: V, 128 S., 5,30 MB) : Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2013
Parallel als Druckausg. erschienen

Atmosphärische Konvektion ist ein sehr aktives Forschungsfeld mit vielen Richtungen, etwa Messtechnik, Laborexperimente und numerische Simulationen. Ein Großteil dieser Simulationen sind sogennante Large-Eddy-Simulationen, bei denen nur die großskaligen Strömungsstrukturen aufgelöst werden und kleinere Strukturen der Turbulenz modelliert sind. Jedoch spielen genau diese kleineren Strukturen eine wichtige Rolle für das Verständnis physikalischer Prozesse innerhalb von Wolken. Deshalb werden in dieser Arbeit bevorzugt direkte numerische Simulationen durchgeführt, die alle turbulenten Längenskalen auflösen. Die höhere Auflösung geht aber auf Kosten der physikalischen Komplexität und der erreichbaren Turbulenzstärke. Die Arbeit beginnt mit einer kurzen Einführung in die Gebiete thermische und atmosphärische Konvektion. Besondere Beachtung erhält dabei das komplexe Zusammenspiel zwischen turbulenter Strömung und physikalischer Prozesse auf sehr kleinen Größenskalen. Auch wie Wolken auf das Klima der Erde einwirken wird diskutiert. Anschließend wird das Modell für feuchte Rayleigh-Benard Konvektion vorgestellt. Im Hauptteil der Dissertation werden Resultate der numerischen und analytischen Untersuchungen präsentiert. Zu Beginn liegt der Fokus auf dem Übergang zur Turbulenz. Einige Eigenschaften dieses Übergangs sind ähnlich derer einfacher Scherströmungen. Folglich können Methoden, die für die Untersuchung des Turbulenzübergangs solcher Strömungen entwickelt wurden, in abgwandelter Form hier genutzt werden. Im weiteren werden Ergebnisse direkter numerischer Simulationen diskutiert. Geometrische Eigenschaften der simulierten Wolken sowie der Einfluss der thermischen Randbedingungen sind Inhalt der folgenden Abschnitte. über die ganze Arbeit hinweg werden die Resultate mit Erkenntnissen aus trockener Rayleigh-Benard und atmosphärischer Konvektion verglichen. Das Hauptaugenmerk der Arbeit liegt auf der Erforschung des Effekts latenter Wärmefreisetzung auf atmosphärische konvektive Prozesse, ohne Berücksichtigung anderer relevanter Prozesse, wie zum Beispiel Niederschlag.



http://www.db-thueringen.de/servlets/DocumentServlet?id=22190
Sakalauskas, Egidijus;
Optical properties of wurtzite InN and related alloys, 2012. - Online-Ressource (PDF-Datei: IX, 126 S., MB) : Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2012
Parallel als Druckausg. erschienen

In dieser Arbeit werden die optischen Eigenschaften von Wurtzitstruktur InN und verwandten ternären InGaN und AlInN, sowie quaternären AlInGaN Legierungen untersucht. Der Schwerpunkt wird auf die Charakterisierung mittels spektroskopischer Ellipsometrie gelegt. Die auf Si(111) Substraten gewachsenen InN-Proben und die Kohlstoff dotierten InN-Proben sind im Spektralbereich vom mittleren Infrarot bis hin zum Vakuum-Ultraviolett untersucht worden. Die Elektronenkonzentration für die InN-Proben wird durch selbstkonsistentes Lösen (der Ellipsometriedaten Analyse im Infrarotbereich und der Anpassung des Absorption Ansatz) bestimmt. Die intrinsische spannungsfreie Bandlücke für InN Proben wird unter Berücksichtigung von Vielteilcheneffekten wie der Bandlückenrenormierung und der Burstein-Moss-Verschiebung, sowie dem Einfluss der Verzerrung für die Bandlücke bestimmt. Die k*p-Methode wird verwendet, um die Verschiebung der Bandlücke (beeinflusst durch Verzerrung) zu berechnen. Es wird demonstriert, dass eine Erhöhung des Kohlenstofftetrabromid (CBr4) Drucks während des Wachstumsprozess, die Elektronenkonzentration in den InN-Proben erhöht. Die Indium-verwandten Legierungen wurden im Spektralbereich des nahen Infrarot bis zum Vakuum-Ultraviolett untersucht. Das analytische Modell, der dielektrichen Funktion im Spektralbereich 1-10 eV, für die Indium-verwandte Legierungen wird präsentiert. Durch die Anpassung des analytischen Modells an die experimentellen dielektrischen Funktionen, werden die Bandlücke und die Übergangsenergien im Hochenergie-Bereich evaluiert. Die Bowing-Parameter der spannungsfreien Bandlücke für die ternären Systeme InGaN und AlInN werden bestimmt. Es wird demonstriert, dass der Bowing-Parameter für AlInN von der Komposition der Legierung abhängig ist. Die Kenntnis von Bowing-Parametern für die ternären Legierungen ermöglicht die Entwicklung einer empirischen Gleichung, zur Berechnung der Bandlücke in quaternären Legierungen. Alle experimentell durch Ellipsometrie bestimten Bandlücken der untersuchten Legierungen werden durch ab-initio Daten unterstützt.



http://www.db-thueringen.de/servlets/DocumentServlet?id=21725
Ghoshal, Sushanta;
Study of polymer film formation and their characterization using NMR, XRD and DSC, 2012. - Online-Ressource (PDF-Datei: 143 S., 3992 KB) : Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2012
Parallel als Druckausg. erschienen

Die Bildung dünner Polymerschichten aus den umweltfreundlichen Polymeren Gelatine, Stärke und Poly(vinylalkohol) (PVOH) wurde mit Hilfe von Kernspinresonanz (NMR), Weitwinkel-Röntgendiffraktometrie (XRD) und Differential-Scanning-Kalorimetrie (DSC) untersucht. Die Proben wurden durch Abguss wässriger Polymerlösungen hergestellt und ihr Trocknungsprozess bei Raumtemperatur mit Hilfe eines unilateralen NMR-Scanners bis zur vollständigen Erstarrung untersucht. Eindimensionale Tiefenprofile mit mikroskopischer Auflösung wurden zu verschiedenen Stadien des Prozesses aufgenommen. Jeder Profilpunkt wurde dabei aus der Summe mehrerer Spin-Echos gebildet. Weiterhin wurden aus der Abnahme der Echointensitäten für jeden Punkt Spin-Spin-Relaxationszeiten (T2) bestimmt und in Bezug auf den Trocknungsprozess interpretiert. Darüber hinaus wurden Spin-Gitter-Relaxationszeiten (T1) gemessen. Abhängig vom Typ und der ursprünglichen Konzentration des untersuchten Polymers wurden während der Verdunstung des Lösungsmittels unterschiedliche molekulardynamische Prozesse in verschiedenen Tiefen der Schicht beobachtet. Die Ergebnisse zeigen eine räumliche Inhomogenität der molekulardynamischen Prozesse während der Trocknung. Im fortgeschrittenen Stadium des Trocknungsprozesses beeinflusst diese Inhomogenität die mikroskopische Anordnung der Polymerketten während der Erstarrung und bestimmt somit die endgültige Struktur der Polymerschicht. XRD-Messungen der vollständig erstarrten Schichten bestätigen die von den NMR-Messungen aufgezeigte strukturelle Inhomogenität.



http://www.db-thueringen.de/servlets/DocumentServlet?id=20148
Trott, Christian;
LAMMPSCuda - a new GPU accelerated molecular dynamics simulations package and its application to ion-conduting glasses, 2011. - Online-Ressource (PDF-Datei: 107 S., 1328 KB) : Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2011
Parallel als Druckausg. erschienen

Computersimulationen sind heute ein fundamentaler Bestandteil von Forschung und Entwicklung. In den letzten Dekaden wurden die Grenzen dessen, was modelliert werden kann, durch die kontinuierliche Steigerung der verfügbaren Rechenleistung dramatisch erweitert. Aufgrund der stagnierenden seriellen Rechenleistung heutiger Prozessoren müssen zukünftige Leistungsgewinne mittels Parallelisierung erreicht werden. Insbesondere heterogene Hardware-Architekturen werden immer wichtiger, da sie inhärente Vorteile im Bereich der Energieeffizienz aufweisen. Zur Zeit wird dieser Bereich durch von Grafikkarten beschleunigte Systeme dominiert. Aufgrund ihres fünf- bis zehnfachen Energie- und Kosteneffizienz haben auf Grafikkarten basierte Supercomputer seit ihrer Einführung im Jahr 2008 schnelle Verbreitung gefunden. Mittlerweile beziehen drei der fünf schnellsten Computer der Welt einen Großteil ihrer Rechenleistung aus Grafikkarten. Um derartige Systeme effizient zu nutzen sind jedoch neue Programmierungsansätze notwendig. In dieser Arbeit wird ein neuer Molekular-Dynamik-Code namens LAMMPScuda vorgestellt. LAMMPScuda verwendet Grafikkarten um Simulationen verschiedenster Materialklassen zu beschleunigen. Dazu gehören biologische Systeme, Halbleiter, Metalle, inorganische Gläser und Polymersysteme. Es werden sowohl Details der Implementierung vorgestellt als auch umfangreiche Leistungsuntersuchungen präsentiert. Diese zeigen, dass LAMMPScuda sowohl auf einzelnen PCs als auch auf Großrechnern mit hunderten Grafikkarten effizient laufen kann. Im zweiten Teil der Arbeit wird LAMMPScuda verwendet, um ein neues Potential für ionenleitende Gläser der Zusammensetzung xLi2O-yB2O3-zSi2O4-wP2O5 zu entwickeln. Wie sich zeigt, kann das neue Potential - das mit BC-U bezeichnet wird - nicht nur strukturelle sondern auch dynamische experimentelle Daten verschiedener binärer Gläser über den gesamten Kompositionsbereich besser reproduzieren als zum Vergleich herangezogene etablierte Potentiale. Zudem tritt in Simulationen von Borophosphaten der sogenannte Mischnetzwerkformer-Effekt auf. Damit ist das BC-U Potential prädestiniert dafür, zur Verifizierung von Theorien der mikroskopischen Ursachen dieses Effektes eingesetzt zu werden.



http://www.db-thueringen.de/servlets/DocumentServlet?id=19880
Finsterbusch, Martin;
Degradation mechanisms of solid oxide fuel cell cathodes, 2011. - Online-Ressource (PDF-Datei: X, 100 S., 7,10 MB) : Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2011
Parallel als Druckausg. erschienen

Oxidkeramische Brennstoffzellen (SOFCs) sind eine Schlüsseltechnologie, um den Übergang von fossilen Energieträgern auf erneuerbare Energien voranzutreiben. Die hohen Betriebstemperaturen und katalytischen Eigenschaften ermöglichen die Verwendung einer Vielzahl von Brennstoffen, und die Kommerzialisierung der SOFCs wird durch verschiedene Förderprogramme weltweit vorangetrieben, wobei die Langzeitstabilität der verwendeten Materialien einen Forschungsschwerpunkt darstellt. In dieser Dissertation werden Degradationsmechanismen auf der Kathodenseite sauerstoffleitender SOFCs beleuchtet. Der Einfluss von Chromoxid auf die Sauerstoffaufnahmefähigkeit des Elektrolytmaterials YSZ und des Kathodenmaterials LSCF wurde mittels Sauerstoff 18 Isotopendiffusion untersucht. Die Auswertung der mittels Sekundärionenmassenspektrometrie (SIMS) gemessenen Diffusionsprofile zeigte dabei die Abhängigkeit des Oberflächenaustauschkoeffizienten keff von der Cr2O3 Schichtdicke und dem Substratmaterial. Weiterhin wurde die Segregation von Sr aus dem Kathodenmaterial LSCF untersucht. Röntgenabsorptionsspektroskopie (XAS) wurde eingesetzt, um Sr an der Oberfläche von Sr im Bulk LSCF zu unterschieden. Zuerst wurde die Säure-Base Reaktion des SrO an der Oberfläche mit gasförmigem Chromoxid genutzt, um die Segregation von Sr in Abhängigkeit der angelegten Zellspannung zu messen. Ein fundamentaler Unterschied zwischen Kathoden und Anoden-Seite lässt dabei Schlussfolgerungen über den Sr Segregationsmechanismus zu. Danach wurde im Rahmen eines neu entwickelten Verfahrens, dem Röntgenabsorptionsmappings (XAM) bzw. der Röntgenabsorptionsmikroskopie, die Sr Segregation in Dünnschichtzellen mit LSCF Kathoden von 10 nm Dicke untersucht. Dabei wurden die Ortsinformationen mit den morphologischen Änderungen der Kathode verknüpft und der Zusammenhang der Sr Segregation mit den lokalen Sauerstoffaustauschvermögen der Versuchsapparatur nachgewiesen. Diese drei Themen zeigen die verschiedenen Arten der Degradation und die Vielfältigen Möglichkeiten auf diese zu untersuchen. Eine Vielzahl Oberflächenanalytischen Untersuchungsmethoden werden dabei kombiniert um ein möglichst komplettes Bild der Kathodendegradation Sauerstoffleitender SOFCs zu erhalten.



http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2011000392
Duft, Denis;
Laborexperimente zur Mikrophysik der Wolken, 2011. - Online-Ressource (PDF-Datei: 107 S., 4893 KB) Ilmenau : Techn. Univ., Diss. 2011

Die vorliegende Dissertation stellt den schriftlichen Abschluss der wissenschaftlichen Arbeiten im Rahmen meiner Promotion an der Technischen Universität Ilmenau dar. Die Arbeit beschäftigte sich vorrangig mit der Konstruktion und dem Aufbau eines Experimentes zur Untersuchung atmosphärisch relevanter geladener Partikel mittels der Technik der elektrodynamischen Levitation und anschließender Durchführung verschiedener Versuche. Die konstruierten Levitatoren und Vakuumkammern wurde dabei derart gestaltet, dass sich Temperatur und Druck, sowie die Zusammensetzung der Gasatmosphäre in dem die Probe umgebenden Volumen zur Simulation atmosphärischer Bedingungen leicht verändern lassen können. Durch die geringe Höhe des Gerätes werden dabei auch Untersuchungen der Partikel im Fokus konventioneller Mikroskope ermöglicht, wie sie zum Beispiel für die Raman- und Infrarotspektroskopie verwendet werden. Mit dem gewählten Aufbau gelang es erstmals, den Brechungsindex stark unterkühlter Wassertropfen im Temperaturbereich von -16˚C bis -36˚C zu messen. Desweiteren konnte nachgewiesen werden, dass die homogene Nukleationsrate von unterkühlten Wassertropfen mit einem Radius größer 4mym Volumen-dominiert ist. In einem dritten Experiment wurde gezeigt, dass das Stabilitäts-Limit deformierter flüssiger Tropfen gegenüber dem klassischen Rayleigh-Limit mit der Amplitude der Deformation modifiziert werden muss.



http://www.db-thueringen.de/servlets/DocumentServlet?id=19099
Shokhovets, Sviatoslav;
Excitons and exciton-phonon complexes in the room-temperature optical response of wurtzite GaN and ZnO. - 184 S. Ilmenau : Techn. Univ., Habil.-Schr., 2011

Beenken, Wichard J. D.;
Excitons in conjugated polymers : a theoretical study based on quantum chemistry. - 162 S. Ilmenau : Techn. Univ., Habil.-Schr., 2011

Hänsel, Thomas;
Oberflächenanalytische Untersuchungen an kohlenstoffbasierten Materialien, 2011. - Online-Ressource (PDF-Datei: 115 S., 6238 KB) Ilmenau : Techn. Univ., Diss., 2011

Kohlenstoffbasierte Materialien sind von hoher technischer Relevanz in der Energietechnik, Sensorik, Bioelektronik, Mikro- und Nanosystemtechnik sowie in der Verschleißschutztechnik. Beispielsweise kann ein holzbasiertes Polymergemisch als kostengünstige Alternative für elektrisch leitfähige Bauelemente genutzt werden und somit als Bipolarplatte in einer Direktmethanolbrennstoffzelle zum Einsatz kommen. Untersuchungen mit Photoelektronenspektroskopie (XPS, UPS) und Elektronenenergieverlustspektroskopie (EELS) wurden durchgeführt, um die Pyrolyseprozesse an Cellulose, Lignin und holzbasierten Polymergemischen zu verstehen und die Methanolbeständigkeit der Pyrolyseprodukte zu testen. Es hat sich gezeigt, dass Cellulose und Lignin geeignete Kandidaten für die Erstellung solcher Bipolarplatten sind. Ein Einbau von Kohlenstofffasern kann Formstabilität und Leitfähigkeit des Grundmaterials zusätzlich erhöhen. Auftretende Verunreinigungen konnten identifiziert und weitere Prozessschritte konkretisiert werden. Beschichtungen aus nanokristallinem Diamant sind im Fokus aktueller Forschungsarbeiten im Bereich der elektronischen Bauelemente. Durch zusätzliche Funktionalisierungen werden Anwendungen wie biokompatible DNA-Sensoren angestrebt. Damit solche Funktionalisierungen erfolgreich umgesetzt werden können, sind Untersuchungen der Oberflächeneigenschaften unabdingbar. Durch Heiz- und Oxidationsprozesse werden die NCD-Schichten oftmals für weitere Prozessschritte vorbehandelt. Untersuchungen der funktionellen Gruppen an der Oberfläche nach verschiedenen Heiz- und Oxidationsprozessen wurden in dieser Arbeit mit hochauflösender Elektronenenergieverlustspektroskopie (HREELS) und XPS durchgeführt. Bei einer Temperatur von 1050˚C desorbiert der zuvor gebundene Wasserstoff vollständig. Die Zusammensetzungen der funktionellen Gruppen sowie der Sauerstoffanteil an der Oberfläche variieren je nach Oxidationsprozess. Im Vergleich zu den NCD-Schichten werden amorphe und wasserstoffhaltige Kohlenstoffschichten (DLC) als Verschleißschutzschichten verwendet. Die Untersuchungen mit HREELS und XPS ergaben, dass an der Oberfläche von DLC eine Anreicherung der diamantartigen Phase vorliegt.



http://www.db-thueringen.de/servlets/DocumentServlet?id=18165
Lorenz, Pierre;
Oberflächen- und Grenzflächeneigenschaften von polaren Galliumnitrid-Schichten, 2010. - Online-Ressource (PDF-Datei: 169 S., 179,42 MB) Ilmenau : Techn. Univ., Diss., 2010

Die Gruppe III-Nitride erlauben auf Grund ihrer Materialeigenschaften vielfältige Anwendungsmöglichkeiten. Insbesondere für die GaN-basierte Gas- und Biosensorik ist ein Verständnis der Oberflächen sowie deren Wechselwirkung mit Molekülen entscheidend. Zur Analyse solcher Systeme wurden polare GaN Schichten mittels Molekularstrahlepitaxie hergestellt. Die Oberflächenrekonstruktion sowie die Terminierung konnten gezielt durch Variation der Wachstumsparameter bzw. weiteren Präparationsschritten eingestellt werden. Es wurden nichtrekonstruierte GaN(0001) und GaN(000-1) Oberflächen sowie Gallium- und Stickstoff-induzierte 2x2 rekonstruierte GaN(0001) Oberflächen hergestellt. Die unterschiedlichen Oberflächenmodifikationen unterscheiden sich in der Ausbildung von Oberflächenzuständen. Bei den Ga-induzierte und N-induzierte 2x2 rekonstruierte Oberflächen lassen sich 2 Oberflächenzustände (SS) bei einer Bindungsenergie von 1,4 eV und 3eV bzw. 2eV und 3 eV finden. Bei der nichtrekonstruierten GaN(0001) wurden dagegen drei SS (1,5eV, 2,5eV und 3,4 eV) und bei der GaN(000-1) nur ein SS (2,5 eV) detektiert. Diese Ergebnisse weisen eine gute Übereinstimmung mit der mittels Dichtefunktionaltheorie berechneten Oberflächenzuständen auf. Nach der erfolgreichen Charakterisierung wurde die Wechselwirkung mit Sauerstoff und Wasser untersucht. Dabei wurde eine Abhängigkeit der Reaktion der Oberflächen von der Orientierung, Rekonstruktion sowie Terminierung gefunden. GaN(000-1) Oberflächen sind gegenüber Sauerstoff und Wasser deutlich reaktiver als GaN(0001) orientierte Oberflächen, wobei beide GaN Oberflächenmodifikationen gegenüber Wasser deutlich reaktiver als gegenüber Sauerstoff sind. Weiterhin führt die Wechselwirkung zu einer Veränderung der Austrittsarbeit und der Oberflächenbandverbiegung. Die chemische Anbindung der Moleküle weist eine Abhängig von der Terminierung auf. Es ließen sich abhängig von der Oberflächenmodifikation sowohl Stickstoffoxid- als auch Galliumoxidbindungen nachweisen. Neben der grundlagenforschungsorientierten in-situ Untersuchung von GaN Oberflächen wurden ebenfalls GaN-basierte Bauelemente untersucht. Es wurden die Oberflächeneigenschaften von GaN-basierten "lateral polarity" (LPH GaN), InAlN/GaN und biofunktionalisierte AlGaN/GaN Heterostrukturen ermittelt.



http://www.db-thueringen.de/servlets/DocumentServlet?id=18667
Schley, Pascal;
Optische Eigenschaften von InN und InN-basierten Halbleitern, 2010. - Online-Ressource (PDF-Datei: 190 S., 13,4 MB) : Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2010
Unterschiede zwischen dem gedruckten Dokument und der elektronischen Ressource können nicht ausgeschlossen werden

In dieser Arbeit wurden neue Wege zur experimentellen Bestimmung der optischen Eigenschaften von InN und seinen In-reichen Mischkristallen mit GaN und AlN sowie zur Interpretation der Daten vorgestellt. Spektroskopische Ellipsometrie im Spektralbereich vom mittleren Infrarot (MIR) über nahes Infrarot (NIR) bis hin zu Vakuumultraviolett (VUV) hat sich als ein sehr leistungsfähiges Instrument zur Untersuchung der absorptionsbezogenen Eigenschaften dieser Materialien herausgestellt.Auf der Basis eines Vielschicht-Modells und unter Einbezug von Oberflächenrauhigkeit und Grenzflächenschichten in die Datenanalyse erhält man im ersten Schritt eine verlässliche dielektrische Funktion (DF), welche die grundlegenden optischen Eigenschaften des Materials widerspiegelt. Die Interpretation des spektralen Verlaufes repräsentiert den zweiten Schritt der Studien, von denen man probenabhängige Parameter wie zum Beispiel die Frequenzen der gekoppelten Phononen-Plasmonen-Moden, die Aufspaltung zwischen Valenz- und Leitungsband am Fermi-Wellenvektor oder die Übergangsenergien an Van-Hove-Singularitäten der Bandstruktur bestimmen kann. Durch Korrektur dieser Daten in Hinblick auf durch Ladungsträger induzierte Bandlückenrenormierung und Burstein-Moss-Verschiebung sowie Verzerrung erlangt man abschließend erstmalig die intrinsischen Eigenschaften der Verbindungen. Aufgrund einer Akkumulationsschicht von Elektronen an der Oberfläche ist es erforderlich, die Elektronenkonzentration im Volumen mittels Infrarot-Ellipsometrie zu bestimmen. Die aus den MIR-Daten extrahierte Plasmafrequenz wird für eine sorgfältige Bestimmung dieser Elektronendichte genutzt. Weiterhin ist bei InN der Bereich der Absorptionskante stark geprägt von der Gegenwart hoher Elektronenkonzentrationen und der Nichtparabolizität des Leitungsbandes. Die NIR-Daten müssen deshalb selbstkonsistent analysiert werden (gekoppelt mit den MIR-Resultaten), indem der Imaginärteil der DF über Fermi's Goldene Regel berechnet wird. Die Methode erzielt 0,675 eV für die fundamentale Bandlücke von hexagonalem InN bei Raumtemperatur. Der Wert für kubisches InN liegt 80 meV niedriger und beträgt 0,595 eV. Durch die Analyse der DFs von hexagonalen InGaN- und InAlN-Mischkristallen auf die gleiche Art und Weise erhält man die Bowing-Parameter der fundamentalen Bandlücken E_A. Sie betragen b_A = 1,71 eV (InGaN) und b_A = 4,0 eV (InAlN). Ein weiteres wichtiges Resultat ist die Bestimmung der DF im UV-VUV--Spektralbereich und ihr Vergleich mit theoretischen Berechnungen. Die theoretischen Resultate in Bezug auf den Imaginärteil der DF von InN sind nur dann in sehr guter Übereinstimmung mit den experimentellen Daten, wenn Elektron-Loch-Wechselwirkung (exzitonische Effekte) berücksichtigt werden. Die Coulomb-Korrelation führt zu einer Rotverschiebung der Absorptionspeaks und einer Umverteilung der dazugehörigen Oszillatorstärken in Kontrast zur Einteilchen-DF.



https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2010000415
Müller, René;
Stabilität und Zerfallsdynamik hochgeladener Flüssigkeitströpfchen, 2010. - Online-Ressource (PDF-Datei: 179 S., 5551 KB) : Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2010
Parallel als Druckausg. erschienen

Geladene Mikrotropfen sind wichtige Bestandteile von Gewitterwolken und spielen in einer Vielzahl von technischen Prozessen und in der Forschung eine bedeutende Rolle. Lord Rayleigh untersuchte das Verhalten geladener Flüssigkeitsvolumen schon 1882. In einer theoretischen Arbeit stellte er dar, dass die Form eines geladenen Tropfens einer elektrisch leitfähigen, inkompressiblen Flüssigkeit von der Oberflächenspannung und der Coulombkraft bestimmt wird. Mit der Definition eines Stabilitätsparameters, der Fissilität X, welche das Verhältnis von Coulombenergie und zweifacher Oberflächenenergie darstellt, konnte er zeigen, dass ein Tropfen mit X < 1 von der Oberflächenspannung dominiert wird. Dieser befindet sich im stabilen Zustand und seine Form ist die einer Kugel. Erreicht die Fissilität eines Tropfens den Wert Eins, so verschwindet die Dominanz der Oberflächenspannung und die Tropfenform wird instabil. Dabei verformt er sich und nimmt eine spindelförmige Gestalt an. Aus den kegelförmigen Enden erfolgt der Auswurf von Ladung und Masse, woraufhin der Tropfen in die Gleichgewichtsform zurückkehrt. Diese Arbeit legt die Untersuchungen von Tropfen aus reinem Wasser sowie Tropfen aus Natriumchlorid- und Schwefelsäurelösungen hinsichtlich ihrer Stabilität und ihres ladungsbedingten Zerfalls dar. Der Einfluss der Ladungsträgerart, der Temperatur und der Tropfengröße wird aufgezeigt. Dabei liegt ein besonderes Augenmerk auf dem Ladungs- und Masseverlust sowie der Fissilität der Tropfen während der instabilen Phase und auf dem zeitlichen Verlauf der Tropfendeformation. Die genannten Größen lassen Aussagen über die Wirkung der Leitfähigkeit unterschiedlicher Ladungsträger und der intrinsischen Substanzeigenschaften auf die Stabilität sowie den ladungsbedingten Zerfall der Tropfen zu.



http://www.db-thueringen.de/servlets/DocumentServlet?id=15683
Buchheim, Carsten;
Dielektrische Funktion und elektrooptische Eigenschaften von (Al,Ga)N/GaN-Heterostrukturen, 2010. - Online-Ressource (PDF-Datei: 159 S., 4339 KB) : Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2010
Parallel als Druckausg. erschienen

In der vorliegenden Arbeit werden umfangreiche Untersuchungen an Nitridhalbleitern mittels optischer Spektroskopie vorgestellt. Es werden erstmalig sowohl die ordentliche als auch die außerordentliche Komponente der dielektrischen Funktion von GaN über einen ausgedehnten Spektralbereich von 1,2 bis 9,8˜eV gezeigt. Es wird demonstriert, daß auch der transparente Spektralbereich deutlich durch hochenergetische kritische Punkte der Bandstruktur beeinflußt wird. Unter Berücksichtigung der Verspannung werden die optischen Auswahlregeln für GaN und AlN verifziert. Die Umkehr der Valenzbandreihenfolge bei AlN im Gegensatz zu GaN wird nachgewiesen sowie die Kristallfeldenergie für AlN abgeschätzt. Für AlGaN gelingt es, die ordentliche dielektrische Funktion für verschiedene Al-Gehalte zu bestimmen und daraus ein analytisches Modell für deren Berechnung bei beliebiger Mischkristallzusammensetzung abzuleiten. Hierbei werden exzitonische Effekte sowie Nichtlinearitäten in den Abhängigkeiten berücksichtigt. (GaN/)AlGaN/GaN-Heterostrukturen werden mit Spektralellipsometrie und anschließend mittels Photo- bzw. Elektroreflexion untersucht. Aus den optischen Daten werden die elektrischen Feldstärken der einzelnen Schichten ermittelt, um daraus die Dichten der an den Heterogrenzflächen auftretenden zweidimensionalen Ladungsträgergase mit großer Genauigkeit zu bestimmen. Durch die Kombination der Experimente mit selbstkonsistenten Schrödinger-Poisson-Rechnungen können die Oberflächenpotentiale berechnet werden. Die Abhängigkeit vom Al-Gehalt wird quantifiziert. Für den Spezialfall dicker Deckschichten wird erstmals der experimentelle Nachweis für die Koexistenz von zweidimensionalen Elektronen- und Löchergasen innerhalb einer Probe erbracht. Bei AlN/GaN-Supergittern werden verschiedene Interbandübergänge zwischen quantisierten Zuständen mittels Elektroreflexion beobachtet. Durch den Vergleich mit quantenmechanischen Rechnungen wird der Einfluß der Verspannung und der ihrerseits verspannungsabhängigen elektrischen Feldstärken (Quantenstarkeffekt) deutlich. Für beide Parameter hat das Schichtdickenverhältnis von Quantengräben und Barrieren eine wichtige Bedeutung. Aus der Bestimmung der dielektrischen Funktion der Supergitter wird ersichtlich, daß in derartigen Strukturen auch höherenergetische kritische Punkte der Bandstruktur von Quanteneffekten geprägt sind.



http://www.db-thueringen.de/servlets/DocumentServlet?id=15932
Lauer, Kevin;
Untersuchungen zur Ladungsträgerlebensdauer in kristallinem Silizium für Solarzellen. - Ilmenau : Univ.-Verl. Ilmenau, 2010. - Online-Ressource (PDF-Datei: VII, 122 S., 4,69 MB) : Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2009
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Die Lebensdauer von Lichtgenerierten Ladungsträgern in Silizium ist ein wichtiges Qualitätskriterium des Siliziums. Sie hat einen wesentlichen Einfluss auf den Wirkungsgrad einer kristallinen Silizium-Solarzelle. In der vorliegenden Arbeit werden die Einflussfaktoren auf die Ladungsträgerlebensdauer in kristallinem Silizium, das zur Herstellung von Solarzellen verwendet wird, und die Messmethodik zur Bestimmung der Ladungsträgerlebensdauer eingehend untersucht. Insbesondere das Mikrowellendetektierte Photoleitfähigkeitsabklingen (MWPCD) wird detailliert analysiert und mit quasi-stationären Photoleitfähigkeits (QSSPC)-Lebensdauermessungen verglichen. Es wird ein neues, zeitaufgelöstes Auswerteverfahren des MWPCD Signals entwickelt und zur Charakterisierung von Silizium angewendet. Mit Hilfe dieses Verfahrens wird der interstitielle Eisengehalt ortsaufgelöst bestimmt und der Einfluss von Minoritätsladungsträgerhaftstellen untersucht.Ein weiterer Schwerpunkt dieser Arbeit liegt auf der Untersuchung und Charakterisierung des Siliziums, das zur Herstellung von Solarzellen verwendet wird. Es wird die Wirkung einer Eisenverunreinigung in Silizium auf die Solarzellparameter mittels Simulationsrechnungen veranschaulicht. Die Blockhöhenabhängigkeit der Siliziumqualität in multikristallinem Silizium wird empirisch analysiert und mit dem Wirkungsgrad der Solarzellen korreliert. In stark verunreinigtem nach dem Czochralski-Verfahren gezogenem Silizium wird der Einfluss des industriellen Solarzellprozesses auf die Siliziumqualität untersucht.



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Hennig, Thomas;
Time series analysis and modeling of the statistical properties of heart beat dynamics during atrial fibrillation, 2009. - Online-Ressource (PDF-Datei: 148 S., 2162 KB) : Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2009
Parallel als Druckausg. erschienen

Die vorliegende Arbeit diskutiert die Frage, ob und inwieweit es möglich ist, die Rate des Vorhofflimmerns allein auf Basis der statistischen Eigenschaften ventrikulärer Interbeatintervalle zu bestimmen. Sie konzentriert sich zunächst auf die statistische Analyse von EKG-Signalen im Allgemeinen und ventrikulären Tachogrammen im Besondern. Dabei wird ein neues Verfahren - die statistische Analyse so genannter Morphogramme - vorgestellt, mit dessen Hilfe sich die gesamte in einem EKG enthaltene Information, ohne aufwendige Mustererkennungsverfahren auswerten lässt. Es wird gezeigt, dass dieses Verfahren geeignet ist verschiedene Gesundheitszustände zu identifizieren. Anschließend konzentriert sich die Arbeit auf die statistische Analyse von ventrikulären Interbeatintervallen die in Gegenwart von Vorhofflimmern beobachtet werden. Dabei wird eine neue, bisher nicht beschriebene charakteristische, statistische Eigenschaft dieser Intervalle - ein exponentieller Abfall der Verteilungsfunktion im Bereich langer Intervalle - präsentiert. Im Weiteren wird gezeigt, dass verschiedene charakteristische Eigenschaften dieser Intervalle nicht unabhängig voneinander beobachtet werden, sondern zueinander in Beziehung stehen. Im Folgenden konzentriert sich die Arbeit auf die mathematische Beschreibung der physikalischen Prozesse bei der Überleitung atrialer Impulse über den AV-Knoten. Im Besonderen konzentriert sie sich dabei auf das Überleitungsmodell von Jorgensen et al.. Es wird gezeigt, dass sich dieses Modell vollständig analytisch beschreiben lässt. Auf Basis der allgemeinen Diskussion dieses Modells und den, unter gegebenen Randbedingungen abgeleiteten speziellen Lösungen des Überleitungsmodells, werden zwei Verfahren zur Bestimmung der Vorhofflimmerrate präsentiert. Auf Basis klinischen Daten werden beide Verfahren validiert und hinsichtlich ihrer Performance diskutiert. Die vorliegende Arbeit zeigt, dass eine Bestimmung der Vorhofflimmerrate allein auf Basis der statistischen Eigenschaften der ventrikulären Interbeatintervalle möglich ist.



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Goldhahn, Rüdiger;
The dielectric function of group-III-nitride semiconductors : electron-hole interaction and electric fields. - Getr. Zählung Ilmenau : Techn. Univ., Habil.-Schr., 2009

Erb, Tobias;
Polymere Solarzellen : Morphologie-Eigenschafts-Korrelation, 2008. - Online-Ressource (PDF-Datei: 165 S., 7891 KB) Ilmenau : Techn. Univ., Diss., 2008

Zielstellung dieser Dissertation ist es, Fragen der Morphologieausbildung und der gezielten Morphologiesteuerung der aktiven Schichten von polymeren "Bulk-Heterojunction"-Solarzellen zu klären. Die hieraus neu gewonnenen Erkenntnisse werden unter Einbeziehung von aus der Literatur bekannten morphologischen Sachverhalten verwendet, um die bisherigen Vorstellungen vom strukturellen Aufbau der aktiven Solarzellenschicht weiter zu entwickeln und in einem Morphologie-Modell darzustellen. Die eigenen experimentellen Untersuchungen zur Schichtmorphologie wurden mit den Methoden Röntgendiffraktometrie, spektroskopische Ellipsometrie, Photolumineszenzspektroskopie sowie teilweise der Lichtmikroskopie und der differentiellen Kalorimetrie anhand von drei ausgewählten Materialsystemen P3HT/PCBM-C60, P3HT/MDHE-C60 und P3HT/(MDHE)2-C60 durchgeführt und zusammen mit in der Literatur untersuchten anderen Materialsystemen diskutiert. Das Morphologie-Modell wird in Beziehung zu den elektrischen Eigenschaften Füllfaktor, Kurzschlussstrom und Wirkungsgrad von polymeren Solarzellen diskutiert. Die hieraus resultierende Morphologie-Eigenschafts-Korrelation erläutert die bestehenden Zusammenhänge zwischen den physikalischen Eigenschaften der aktiven Solarzellenschicht, wie Lichtabsorption, Ladungsträgergeneration und -transport, mit dem morphologischen Aufbau der Solarzellenschicht und leistet somit einen Beitrag zur Erklärung und Analyse der elektrischen Eigenschaften der polymeren Solarzelle als Bauelement. Die elektrischen Eigenschaften werden anhand von Messungen der Strom-Spannungs-Charakteristik sowie der externen Quanteneffizienz bestimmt.Abschließend werden zunächst die drei untersuchten Materialsysteme verglichen und Aussagen bezüglich ihrer Eignung für polymere Solarzellen getroffen. Des Weiteren wird die Morphologie-Eigenschafts-Korrelation auch genutzt, um eine Strategie zu entwickeln, mit der eine Einschätzung der Eignung von neuartigen 2-Komponenten-Systemen auf der Basis von polymeren Donator- und Fulleren-Akzeptormaterialien für polymere Solarzellen erfolgen kann. Eine Bewertung des möglichen Optimierungspotentials der neuen Materialien wird hierdurch möglich, um letztendlich polymere Solarzellen mit einem gesteigerten Wirkungsgrad herstellen zu können.



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Winzer, Andreas T.;
Optische und elektronische Eigenschaften von AlGaN/GaN-Heterostrukturen, 2008. - Online-Ressource (PDF-Datei: 151 S., 4,36 KB) Ilmenau : Techn. Univ., Diss., 2008

Die vorliegende Arbeit behandelt die elektronischen Materialeigenschaften von AlGaN/GaN-Heterostrukturen. Die Auswertung optischer Spektren mit komplexen Modellen ermöglichte erstmals die Bestätigung des theoretisch vorausgesagten Verlaufes der Polarisationsdiskontinuität (auch Polarisationsladung genannt) in Abhängigkeit vom Al-Gehalt durch zuverlässige Experimente. Weiterhin wurde festgestellt, dass die Polarisationsdiskontinuität im Bereich von 5 K bis Raumtemperatur konstant ist.Das hier verwendete Verfahren basiert auf der Auswertung von Elektroreflexions- (ER-)spektren und nutzt die spezifische Abhängigkeit der Schichtfeldstärke von der angelegten elektrischen Spannung. In dieser Arbeit wurde das Verfahren konsequent weiterentwickelt und übertrifft so alle alternativen Methoden in der Genauigkeit. ER-Spektren von Gruppe-III-Nitriden weißen generelle Besonderheiten auf. In unmittelbarer Nähe zur Bandkante können ER-Spektren im Gegensatz zu schmallückigen Halbleitern (z.B. GaAs) nicht durch konstante Seraphinkoeffizienten beschrieben werden. Jedoch ergibt die Analyse der Franz-Keldysh-Oszillationen nach der Aspnes’schen Methode wie bei schmallückigen Halbleitern die korrekten Feldstärkebeträge. Optische und insbesondere ER-Spektren von Gruppe-III-Nitridschichten lassen sich nur vollständig durch Berücksichtigung der Exzitonen im elektrischen Feld beschreiben. Dazu wurde in dieser Arbeit ein von Blossey vorgeschlagenes Modell auf die Nitride angewandt und in einer Software umgesetzt. Der dargestellte Ansatz zur Spektrensimulation ist dadurch einzigartig, dass man mit ihm Exzitonen in inhomogenen elektrischen Feldern quantitativ beschreiben kann. Die gute Übereinstimmung von berechneten und experimentellen Spektren bekräftigt die Zuverlässigkeit der in dieser Arbeit bestimmten Materialgrößen. Weiterhin wurde festgestellt, dass die energetische Position der Exzitonenhauptresonanz und deren spektrale Breite näherungsweise einer linearen Abhängigkeit von der elektrischen Feldstärke folgen. Die Wirkungsweise von AlGaN/GaN-Heterostrukturen als chemische Sensoren wurde ebenfalls untersucht. Werden Pt-kontaktierten Proben Wasserstoff ausgesetzt, erhöht sich die Dichte des zweidimensionalen Elektronengases um einige 10 12 e/cm 2 und die Schottkybarriere verringert sich um bis zu 0,85 V. Bei Proben mit unkontaktierter Oberfläche führt die Benetzung mit einer polaren Flüssigkeit (Azeton) zu einer Potenzialerhöhung um 30 mV und zu einer Verringerung der Oberflächennettoladung um 10 11 e/cm 2.



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Himmerlich, Marcel;
Surface characterization of indium compounds as functional layers for (opto)electronic and sensoric applications, 2008. - Online-Ressource (PDF-Datei: VII, 107 S., 10,4 MB) Ilmenau : Techn. Univ., Diss., 2008

Neue Entwicklungen im Bereich der Dünnschichtsynthese eröffnen eine Vielzahl neuer Anwendungen von Indiumverbindungen im Bereich der Sensorik und (Opto)-Elektronik. Vor diesem Hintergrund wurden spezielle Aspekte der Eigenschaften von Indiumnitrid (InN), Indiumoxid (In2O3) und Indiumzinnoxinitrid (ITON) untersucht. Zukünftige Hochfrequenztransistoren auf der Basis von InN können die technologischen Möglichkeiten erweitern, während für dünne In2O3 Filme ein hohes Potenzial zur Verwendung in günstigen, integrierbaren Ozonsensoren vorausgesagt wird. Zusätzlich kann für optoelektronische Applikationen durch Stickstoffeinbau in Sn-dotierte Indiumoxidschichten die optische Transparenz im UV-Bereich erweitert werden. Ein Grundsatz für die Implementierung der Materialien ist die detaillierte Kenntnis der Einflüsse der Zusammensetzung, sowie der strukturellen und elektronischen Eigenschaften auf wichtige Mechanismen der Funktionsweise und Stabilität von Bauelementen. In diesem Zusammenhang wurden zum Verständnis wichtiger Materialparameter die Einflüsse von Prozessparametern auf die Oberflächeneigenschaften dünner Filme untersucht, sowie Wechselwirkungen mit reaktiven Molekülen analysiert. Dünne InN Schichten wurde mittels plasmainduzierter Molekularstrahlepitaxie abgeschieden, während weitere Untersuchungen an durch metallorganische Gasphasenabscheidung aufgebrachten In2O3 Filmen sowie durch Magnetronsputtern hergestellten ITON Schichten durchgeführt wurden. Zur Analyse wurden Methoden der Elektronenspektroskopie (XPS, UPS, AES,(HR)EELS), der Elektronenbeugung (RHEED) sowie Rastersondenverfahren (AFM) verwendet. Durch in-situ Analyse von InN(0001) Schichten konnten erstmals Korrelationen zwischen Oberflächenrekonstruktionen und der Existenz von Elektronenzuständen innerhalb der Bandlücke nachgewiesen, sowie Einflüsse der Oxidation durch O2 untersucht werden. Zusätzlich wurde der Wechselwirkungsmechanismus zwischen Ozon und defektreichen In2O3-x Schichten analysiert und Rückschlüsse auf das Prinzip der reversiblen O3-induzierten Oxidation und UV-induzierten Reduktion gezogen, welche auf der dsorption/Desorption von O-Ionen und gleichzeitig stattfindendem Ladungstransfer basiert. Der durch Aufsputtern in N2 eingebrachte Stickstoff, liegt in ITON in verschiedenen chemischen Bindungen vor und verändert die optischen und elektrischen Eigenschaften, ist aber thermisch nicht stabil und desorbiert oberhalb von 550&ring;C, einhergehend mit der gleichzeitigen Oberflächensegregation von Sn. Diese Arbeit demonstriert den Nutzen der Kombination von Schichtwachstum und Oberflächenanalytik, um fundamentale Erkenntnisse für den Einsatz in Halbleiterbauelementen zu gewinnen.



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Sedlacik, Jan;
New advances in susceptibility weighted MRI to determine physiological parameters, 2007. - Online-Ressource (PDF-Datei: 174 S., 5484 KB) : Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2007
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Die Magnetresonanztomographie bietet die Möglichkeit der Bestimmung des Blutoxygenierungsgrades kleiner venöser Gefäße und damit lokaler Hirnareale mit Hilfe einer Multiecho-Gradientenecho-Sequenz. Mit dieser Sequenz kann der Signalzerfall in einem Voxel, welches von einer einzelnen Vene bzw. von Blutkapillaren durchzogen ist, bestimmt werden. Der Signalzerfall ist charakteristisch für die von der Vene oder den Kapillaren erzeugten Feldinhomogenitäten, so dass sich Aussagen über den Blutoxygenierungsgrad und Blutvolumenanteil treffen lassen. Durch Fitten simulierter Signalverläufe an gemessene Phantom- und Probandendaten konnte gezeigt werden, dass es mit der hier vorgestellten Methode möglich ist, den venösen Blutoxygenierungsgrad zu quantifizieren. Weiterhin konnte eine durch gezielte Modulation des zerebralen Blutflusses hervorgerufene Änderung der Blutoxygenierung in vivo nachgewiesen werden. Die Erweiterung des Modells eines einzelnen Gefäßes auf ein Gefäßnetzwerk diente als Grundlage zur theoretischen Beschreibung der Blutkapillaren, die das Hirngewebe durchziehen und mit Sauerstoff versorgen. Dieses Netzwerkmodel konnte in Phantomexperimenten verifiziert werden. Dagegen zeigte sich bei einer Probandenmessung, dass es nicht möglich ist einzig anhand des gemessenen Signalverlaufs valide Werte für die Blutoxygenierung und den Blutvolumenanteil eindeutig zu bestimmen. Die hohe Korrelation zwischen beiden Parametern bewirkt, dass mehrere Paare von Oxygenierungs- und Volumenwerten passende Signalkurven liefern. Eine unabhängige Quantifizierung oder Abschätzung des venösen Blutvolumens kann hier helfen eindeutige Oxygenierungswerte zu erhalten. Im Rahmen der vorliegenden Dissertation konnte das Signalverhalten von suszeptibilitätssensitiven Messungen in der Magnetresonanztomographie genauer untersucht und eine Methode zur nicht-invasiven Bestimmung der venösen Blutoxygenierung an einzelnen Gefäßen entwickelt werden. Erste in vivo Ergebnisse des Gefäßnetzwerkes verdeutlichen, dass für eine genaue Quantifizierung der Blutoxygenierung weitere Parameter, wie das Blutvolumen, unabhängig bestimmt werden müssen. Dennoch ist es möglich, die Methode am einzelnen Blutgefäß zur besseren Charakterisierung von Pathologien sowie physiologischen Änderungen,z.B. bei der funktionellen Magnetresonanztomographie, einzusetzen.



http://www.db-thueringen.de/servlets/DerivateServlet/Derivate-13751/ilm1-2007000258.pdf
Krischok, Stefan;
Functional surfaces for micro- and nanotechnology. - 331 S. Ilmenau : Techn. Univ., Habil.-Schr., 2007

Pollmann, Frank;
Charge degrees of freedom on frustrated lattices, 2006. - Online Ressource : Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2006
Zsfassung in dt. Sprache. - urn:nbn:de:gbv:ilm1-2006000140

Elektronische Korrelationen spielen in der Physik der kondensierten Materie eine wichtige Rolle, sie führen zu Phänomenen wie Magnetismus oder dem Mott-Hubbard Metall-Isolator-Übergang. In dieser Arbeit wird eine neuartige Klasse von Modellen stark korrelierter Elektronen betrachtet [fulde2002]. Diese ermöglicht aufgrund des Wechselspiels zwischen starken Korrelationen und geometrischer Frustration das Auftreten fraktional geladener Teilchen in zwei Dimensionen (2D) und drei Dimensionen (3D). Geometrisch frustrierte Systeme sind durch eine hohe Dichte niedrig liegender Anregungen gekennzeichnet welche zu einer großen Suszeptibilität und somit zu interessanten physikalischen Effekten führen kann. Diese Arbeit enthält eine systematische Untersuchung von stark korrelierten spinlosen Fermionen auf bestimmten frustrierten Gittern. Insbesondere wird der interessante Grenzfall untersucht, in dem eine Wechselwirkung V zwischen benachbarten Plätzen groß gegenüber dem Hüpfmatrixelement |t| ist. In diesem Fall können fraktionale Ladungen \pm e/2 realisiert werden. Im klassischen Grenzfall (t=0) führt die geometrische Frustration zu einer makroskopischen Entartung und alle Grundzustände können, abhängig vom Füllfaktor, auf Schleifen- beziehungsweise Dimer-Konfigurationen auf Gittern abgebildet werden. Zum Beispiel können die klassischen Grundzustände des halb gefüllten Checkerboard-Gitters auf dicht gepackte Schleifen-Konfigurationen auf dem QuadratGitter abgebildet werden. Die Korrelationsfunktionen zwischen zwei Defekten (zwei fraktionalen Ladungen) werden jeweils für Schleifen- und Dimer-Modelle auf unterschiedlichen Gittern analytisch und numerisch berechnet. Die Ergebnisse zeigen eine algebraische Abnahme mit der Entfernung auf 2D bipartiten Gittern und eine exponentielle auf dem 2D Dreiecks-Gitter, welches nicht bipartit ist. Die Korrelationen auf dem 3D bipartiten Diamant-Gitter fallen exponentiell mit dem inversen Abstand ab. Die makroskopische Entartung des Grundzustandes im klassischen Grenzfall wird bei endlichem t durch Quantenfluktuationen aufgehoben. Wir berechnen mit Hilfe der numerischen Diagonalisierung den quantenmechanischen Grundzustand sowie die niedrig liegenden Anregungen auf kleinen Checkerboard-Clustern. Für den Fall |t|\ll V ist ein effektiver Hamilton-Operator in niedrigster Ordnung durch Ringaustausch um Hexagone (\sim t^{3}/V^{2}) gegeben [runge2004]. Eine Eichtransformation ermöglicht es, das fermionische Vorzeichenproblem für den Grundzustand und die niedrig liegenden Anregungen zu eliminieren. Folglich kann das System bezüglich dieser Anregungen durch ein äquivalentes bosonisches System beschrieben werden. Der quantenmechanische Grundzustand zeigt eine langreichweitige Ordnung. Zwei statische fraktionale Ladungen erfahren eine gegenseitige anziehende Kraft, welche unabhängig vom Abstand ist. Diese resultiert aus einer Reduktion der Quantenfluktuationen und der Polarisation des Vakuums entlang einer Linie, welche die beiden fraktionalen Ladungen miteinander verbindet. Die berechneten Spektralfunktionen zeigen im niedrig energetischen Bereich eine breite Struktur, welche durch die Dynamik der fraktional geladenen Anregungen entsteht. In den Spektralfunktionen zeigen sich Signaturen von Landau'schen Quasiteilchen mit großer räumlicher Ausdehnung (gebundene Paare von zwei fraktional geladenen Teilchen). Berechnungen der optischen Leitfähigkeit zeigen, wie fraktionale Ladungen zur elektrischen Leitfähigkeit beitragen. Durch eine geeignete Erweiterung unseres Modells kann man erreichen, dass es für einen Punkt im Parameterraum exakt lösbar wird. Dieser Punkt hat große Ähnlichkeit mit dem Rokhsar-Kivelson Punkt des Quanten-Dimer Modells [rokhsar1988]. An diesem Punkt sind die fraktionalen Ladungen ungebunden. Für ein tieferes Verständins des betrachteten Modells auf dem Checkerboard-Gitter führen wir eine Abbildung auf eine U(1) Gitter-Eichtheorie ein. Diese stellt einen Bezug zwischen fraktionalen Ladungen auf frustrierten Gittern und der kompakten Quantenelektrodynamik in 2+1 Dimensionen her. Des weiteren können wir mit Hilfe einer Dualitätstransformation unser Modell auf das Höhenmodell abbilden. Für eine erste Untersuchung eines 3D Systems mit fraktionalen Ladungen leiten wir einen effektiven Hamilton-Operator für das halb gefüllte Pyrochlor-Gitter her. Mit Hilfe von numerischen Diagonalisierungen berechnen wir den Grundzustand von kleinen Pyrochlor-Gittern. Qualitative Unterschiede und Ähnlichkeiten zum Grundzustand des oben beschriebenen Checkerboard-Gitters werden diskutiert.



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Rentenberger, Rosina;
Structure and molecular dynamics of liquid crystalline : isotropic block copolymers, 2006. - Online-Ressource (PDF-Datei: 155 S., 4003 KB) : Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2006
Parallel als Druckausg. erschienen

Mikrophasen separierte Blockcopolymere stellen einen wichtigen Bestandteil der modernen Nanotechnologie dar. Sie kombinieren zwei Polymere mit unterschiedlichen physikalischen Eigenschaften und zeigen eine Domänenbildung im Nanobereich. In dieser Dissertation wurden Morphologie, Molekulardynamik und Phasenübergänge von neuartigen seitenketten-flüssigkristallinen / Polystyren (PSLC) Diblockcopolymeren mit gut definierter chemischer Struktur, breitem Zusammensetzungsbereich und einer engen Molekulargewichtsverteilung studiert. Die Morphologie der mikrophasenseparierten Blockcopolymere wurde mittels Röntgenkleinwinkelstreuung (SAXS) untersucht. Es wurden vier Typen von Strukturen gefunden: Polystyren-(PS)-Zylinder in einer flüssigkristallinen (LC)- Matrix, alternierende Lamellen, LC-Zylinder in einer PS-Matrix und LC-Kugeln in einer PS-Matrix. Die Größenordnung der Domänen lag zwischen 9 und 26 nm, die der Gitterkonstanten zwischen 27 und 47 nm. Das Phasendiagramm verhielt sich in einem Temperaturbereich von 25 bis 170 &ring;C stabil, d.h. die Morphologie der Proben änderte sich nicht. Dennoch unterschied es sich auf Grund des Einflusses der nematischen LC Phase sehr stark vom Phasendiagramm der isotrop/isotropen (I/I) Blockcopolymere. Im Gegensatz zum Phasendiagramm der I/I Blockcopolymere, wies das der untersuchten PSLC Proben eine starke Asymmetrie auf. Die Molekulardynamik wurde mit dielektrischer Spektroskopie (DS) untersucht. Vier Relaxationsprozesse wurden dabei festgestellt zwei segmentale ({alpha}-Relaxation und {delta}-Relaxation) und zwei lokale {beta}-Relaxation und {gamma}-Relaxation). Die {alpha}-Relaxation bezieht sich auf die segmentale Bewegung der Hauptkette zusammen mit der Seitenkette. Die {delta}-Relaxation korrespondiert mit der Bewegung der Seitenkette als ganze. Die {beta}-Relaxation der Rotation der Biphenyl Mesogene um ihre Längsachse. Die {gamma}-Relaxation entspricht der Bewegung der Alkylspacer in der Seitenkette des LC Blocks. Während {alpha}- und {delta}-Relaxationen kooperativen Charakter aufweisen, verhält sich die {beta}-Relaxation teilweise kooperativ und {gamma}-Relaxation rein local. PSLC mit eine LC Phase, die eine eingeschränkte Geometrie aufweisen, zeigen einen zusätzlichen Relaxationsprozess bei niedrigen Frequenzen: die sogenannte Maxwell-Wagner (MW) Polarisation. Diese zeigt sich aufgrund der Polarisation am Interface zwischen dem LC und PS Block. Die räumliche Einschränkung des LC Blocks in 1D (Lamellen) und 2D (Zylinder) Domänen hat unterschiedlichen Einfluss auf die dielektrischen Parameter der {alpha}, {delta}, {beta} und {gamma}-Relaxationen, abhängig von der Kooperationslänge für den jeweiligen Prozess. Es wurde festgestellt, dass die Relaxationszeit {tau} für {delta}- und {alpha}-Relaxationensprozesse in eingeschränkter Geometrie signifikant abnimmt. Die Abnahme in {tau} ist bei 2D Begrenzung (zylindrische LC Domänen) stärker ausgeprägt. Die Abhängigkeit der Ralaxationszeit des {beta}-Prozesses von der Einschränkung ist ähnlich der der {alpha}- und {delta}-Relaxationen, wenn auch weniger stark ausgeprägt. Die Relaxationszeit der {gamma}-Relaxation wird nicht durch die Domänenform oder Dimension beeinflusst. Die Ergebnisse dieser Dissertation tragen zu einem besseren Verständnis der Morphologie und Molekulardynamik von seitenketten- flüssigkristallinen / isotropen (SCLC/I) Blockcopolymeren bei. Sie geben auch Aufschluss über die Molekulardynamik in eingeschränkter Geometrie. Die hier präsentierten Ergebnisse bilden damit eine Basis für einerseits weiterführende Entwicklungen im Polymer-LC Design für technische Anwendungen und andererseits für Verbesserungen der aktuell existierenden Theorien über SCLC/I Blockcopolymere.



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Gnehr, Wolf-Michael;
Untersuchungen zum reaktiven Pulsmangetronsputtern von ITO von metallischen Targets, 2006. - Online-Ressource (PDF-Datei: 128 S., 4891 KB) : Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2006
Parallel als Druckausg. erschienen

Vorliegende Dissertation beschäftigt sich mit einem reaktiven Sputterprozess zur Abscheidung von ITO-Schichten. Ausgangspunkt der Technologie sind nicht die gemeinhin eingesetzten keramischen Targets, sondern 600 mm lange Legierungstargets. Zur Prozessstabilisierung wird ein auf Plasmaemission basierender Regelkreis eingesetzt. Die Untersuchen belegen, dass mit dieser Regelung tatsächlich über längere Zeiträume eine stabile Prozessführung zu erreichen ist. Die für die optischen und elektrischen Eigenschaften der deponierten ITO-Filme relevanten Prozessparameter werden untersucht. Es sind dies neben dem über den Arbeitspunkt des Regelkreises eingestellten Sauerstofffluss auch Substrattemperatur sowie weniger offensichtliche Größen wie der Substrat-Target-Abstand. Dabei wird insbesondere auf die Abscheidung mit gepulsten Plasmen eingegangen. Zur Plasmageneration werden neuartige bipolare Puls- und Pulspaketgeneratoren verwendet. Um die Auswirkungen der Pulspaketparameter auf die abgeschiedenen Schichten zu interpretieren, wird eine Monte-Carlo-Simulation des Partikelstromes in gepulsten Plasmen entwickelt. Ergebnis dieser Simulation ist die Verteilung der Partikelanzahl und Energie auf beliebigen Ebenen im Prozessraum. Betrachtet werden sowohl abgesputterte Partikel als auch am Target reflektierte Sputtergasatome. Die Resultate der Berechnungen erlauben die Interpretation der Auswirkungen diverser Pulsparameter auf die Eigenschaften der deponierten Schichten. Im weiteren Verlauf der Untersuchungen wird der Einfluss der Prozesskammergeometrie auf die Filmeigenschaften betrachtet. Zu diesem Zweck werden ortsaufgelöst optische Untersuchungen des beschichteten Substrates vorgenommen. Zur Auswertertung dieser Messungen wird ein neuartiges verbundenes Fitverfahren entwickelt, dessen Resultat die Verteilung bestimmter Fitparameter über dem Substrat darstellt. Bei den komplexesten der verwendeten Ansätze für die dielektrische Funktion sind dies zum Beispiel die Dichte der Ladungsträger sowie der ionisierten Störstellen. Den Kern des vorgestellten Verfahrens bildet ein Algorithmus, der die Übereinstimmung zwischen simulierten und an einer bestimmten Stelle des Substrates gemessenen Spektren optimiert und dabei die Resultate benachbarter Messpositionen berücksichtigt. Dieses Verfahren wird dann eingesetzt, um unterschiedliche Prozesskammerbauarten hinsichtlich ihrer Einflüsse auf die darin abgeschiedenen ITO-Schichten zu untersuchen.



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Zhokhavets, Uladzimir;
Composite conjugated polymer/fullerene films : structure-property relation, 2005. - Online-Ressource (PDF-Datei: 108 S., 5310 KB) : Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2005
Parallel als Druckausg. erschienen

Plastiksolarzellen stellen aufgrund ihrer niedrigen Produktionskosten, Flexibilität und niedrigem Gewicht eine vielversprechende Alternative zu herkömmlichen, auf anorganischen Materialien basierenden Solarzellen, z. B. Silizium, dar. Momentan wird die Vermarktung durch die relativ geringe Effizienz im Vergleich zu den sehr häufig eingesetzten Siliziumsolarzellen behindert. Um das Funktionsprinzip der Plastiksolarzellen zu verstehen und die Effizienz zu steigern, müssen Informationen über die Struktur der Absorberschicht gewonnen werden. Speziell der Zusammenhang zwischen dem strukturellen Aufbau der Absorberschicht und deren optischen und elektrischen Eigenschaften ist von herausragender Bedeutung. Das Ziel dieser Arbeit ist es, den Zusammenhang zwischen den strukturellen und optischen Eigenschaften sowie dem Ladungsträgertransport von konjugierten Polymer/Fulleren-Kompositschichten zu untersuchen, die als Absorberschichten in Plastiksolarzellen verwendet werden. Wir haben damit begonnen, mittels Röntgen-Diffraktometrie und Spektralellipsometrie reine Polythiophen-Schichten zu untersuchen. Die Ergebnisse beider Methoden zeigen, dass sich auf der Oberfläche des Substrates zunächst eine hoch geordnete Polythiophen-Grenzschicht ausbildet. Danach findet man für das Polythiophen über der geordneten Grenzschicht eine stetige Zunahme der Unordnung mit steigendem Abstand zum Substrat. Des Weiteren wurden die für das Schichtwachstum wichtigen Parameter ermittelt und der Zusammenhang zwischen der anisotropen Ladungsträgerbeweglichkeit und der Schichtstruktur demonstriert. In einem nächsten Schritt wurden Polythiophen/Fulleren-Kompositschichten untersucht. Die Ergebnisse zeigen, dass das Tempern der Kompositschichten zur Ausbildung der Polythiophenkristalliten führt. Ursache hierfür ist die verstärkte thermische Diffusion von Fullerenmolekülen während des Temperprozesses. Die Ausbildung von Polythiophenkristalliten hat zur Folge, dass die Absorption im sichtbaren Spektralbereich verstärkt wird. Die festgestellte Erhöhung des Wirkungsgrades von getemperten Polythiophen/Fulleren-Solarzellen nach dem Tempern wird durch die verbesserte Absorption und die gestiegene Ladungsträgerbeweglichkeit erklärt.



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Hild, Wolfram;
Tribologische Untersuchungen an Mikrosystemen : Einfluss der Benetzbarkeit, 2005. - Online-Ressource (PDF-Datei: 135 S., 2668 KB) : Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2005
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Die Benetzbarkeit von Oberflächen hat einen großen Einfluss auf die Funktionalität von Mikrosystemen. Der negative Einfluss des Wassers auf hydrophilen Oberflächen kann durch Verwendung hydrophober Selbstassemblierender Monoschichten (SAMs) oder Immersion in eine Flüssigkeit verringert werden. Die Aufrauung hydrophober Oberflächen führt zu einer weiteren Verringerung der Wechselwirkung mit Wasser, was für mikrofluidische Anwendungen interessant ist. In dieser Arbeit wurde ein Mikrotribometer mit einer Kraftauflösung von 100 nN und Maximalkräften von 200 mN verwendet, um die tribologischen Eigenschaften von hydrophilen und hydrophoben Mikrokontakten an Luft und im Kontakt mit Flüssigkeiten zu untersuchen. Die Benetzbarkeit von Siliziumoberflächen wurde durch Ätzen (Kontaktwinkel [KW] unmessbar klein), SAMs (KW 110&ayn;) und durch Aufrauung (KW bis zu 170) variiert. Als Gegenprobe wurde eine Siliziumkugel mit 1 mm Durchmesser verwendet. Benetzende Proben wiesen an Luft hohe Reibung (æÜÞ0,5) und Adhäsion (ÜÞ200 æN) durch Kapillarkräfte auf. Beide Größen waren durch die Verwendung hydrophober Schichten (OctadecylTrichloroSilane [OTS]: æÜÞ0,05, PerFlouroDecylTrichloroSilane [FDTS]: æÜÞ0,1) stark reduziert. Während die Reibungskraft mit zunehmender Gleitgeschwindigkeit aufgrund der Wirkung des Kapillarhalses für die Oxid-bedeckten, hydrophilen Proben sinkt, steigt sie bei den Monoschichten proportional zur Kontaktfläche und zum Logarithmus der Gleitgeschwindigkeit auf etwa das Doppelte an. Mit steigender Rauigkeit sinkt die Reibung für die hydrophilen (ca. 40%) und FDTS-bedeckten Proben (ca. 20%) an Luft. Im Gegensatz dazu erhöht sie sich für OTS (ca. 60%). Die Linearisierung der Reibungs-Last-Kurven wurde mit einer Veränderung der realen Kontaktfläche erklärt. Bei Untersuchungen zur Lebensdauer zeigte sich, dass OTS mit 140 mN eine höhere kritische Last hat als FDTS mit 30 mN. Auf rauen Oberflächen war die kritische Last auf 1/3 des Ausgangswertes reduziert. In Wasser trat eine Umkehr der Verhältnisse auf. Hydrophile Proben stießen sich aufgrund von elektrischen Doppellagenkräften und Hydrationskräften ab (repulsive Kraft bis zu 1 æN) und wiesen verringerte Reibung (æÜÞ0,3) auf. Im Gegensatz dazu zogen sich hydrophobe Proben aufgrund der hydrophoben Anziehung an. Auch mit einem Modellöl konnte bei benetzenden Proben Abstoßung (0,4 æN) beobachtet werden, die durch Verwendung eines Additivs mit polarer Kopfgruppe erhöht war (1 æN). Die durchgeführten Messungen an Luft und in Flüssigkeiten zeigen Möglichkeiten der Schmierung von Mikrosystemen und ihre Wirkmechanismen. Abrisskräfte von Wassertröpfchen (V = 0,5..10 æl) wurden gemessen und mittels eines Modells beschrieben. Es korreliert die Kraft mit dem Kontaktwinkel, der Oberflächenspannung, dem Tropfenvolumen und der effektiven Grenzflächenspannung. So sind Aussagen über die reale Kontaktfläche eines Tröpfchens mit diesen Oberflächen möglich. Umgekehrt können über Kontaktwinkelmessungen auch Abschätzungen über die Adhäsion getroffen werden. Die Überlegungen erlauben gezielte Anwendungen für die Mikrofluidik wie die Manipulation von einzelnen Tröpfchen.



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Yanev, Vasil;
Erzeugung, Charakterisierung und Strukturierung von Fluorocarbon-Plasmapolymeren für den Einsatz in der Mikrosystemtechnik, 2004. - Online-Ressource (PDF-Datei: 133 S., 1681 KB) : Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2004
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Neue Anwendungsgebiete für die Mikrosystemtechnik werden insbesondere durch neuartige Dünnschichttechnologien erschlossen. Von besonderem technischem Interesse ist die Fluorocarbon-Plasmapolymerisation, da deren Polymere günstige und ganz spezifische Eigenschaften für neue Applikationen in der Mikrosystemtechnik besitzen. Ziel dieser Arbeit ist es, unter Nutzung der Plasmapolymerisation Fluorocarbon-Schichten (FC-Schichten) auf bzw. in Siliziummikrokomponenten zu erzeugen und die Eigenschaften der Beschichtungen (elektrische, chemische, Oberflächen-, Adhäsionseigenschaften etc.) zu untersuchen. Ein weiteres Ziel ist, neue Strukturierungsverfahren zu entwickeln, die den Einsatz selektiv aufgebrachter FC Beschichtungen in verschiedenen mikrotechnischen Anwendungen gewährleisten können. FC-Schichten wurden in einem Parallelplattenreaktor unter Verwendung von CHF3 als Prozessgas hergestellt. Um die Prozesseinflussgrößen auf die Abscheideparameter und auf die Filmeigenschaften zu erfassen, wurde die Plasmaabscheidung in Abhängigkeit von den wesentlichen Prozessparametern (Gaszusammensetzung, -druck, -flussrate, Plasmaleistung) untersucht. Die erzeugten FC-Schichten zeichnen sich durch eine niedrige Oberflächenenergie (Kontaktwinkel mit Wasser über 104&ayn;), niedrige Dielektrizitätskonstante (ca. 2,09) und hohe Durchschlagspannung (1,35x108 V/m) aus. Weitere Eigenschaften der FC Schichten wie die chemische Stabilität in verschiedenen Medien, die chemische Zusammensetzung und die Adhäsion zum Si wurden tiefgründig untersucht und analysiert. Der wichtigste Teil der Arbeit bestand in der Untersuchung verschiedenartiger Strukturübertragungsverfahren für die FC-Schichten wie die konventionelle Strukturierung durch Photoresistmasken, die Strukturierung durch Metallmasken und die Lift-off-Technik. Es wurden neue Technologien zur Herstellung selektiver FC Schichten in tiefen nass- bzw. trockengeätzten Si-Strukturen entwickelt. Es war möglich, FC Beschichtungen nur in den strukturierten Bereichen (flächig selektiv) zu erzeugen, wobei die restlichen Flächen unbeschichtet blieben. Aufgrund der gesammelten Erfahrung in dieser Arbeit sind einige Beispiele für mögliche Anwendungen der FC-Schichten in der Mikrosystemtechnik (wie strukturierbare- und Maskierungsschichten, hydrophobe Schichten und Schichten mit niedriger Reibung, Passivierungs- und Schutzschichten) dargestellt.



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Opitz, Andreas;
Nanotribologische Untersuchungen von ultradünnen Wasserfilmen auf hydrophoben und hydrophilen Siliziumoberflächen, 2003. - Online-Ressource (PDF-Datei: 110 S., 2742 KB) : Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2003
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Wasser hat einen großen Einfluss auf die Reibung bewegter Teile in der Mikro- und Nanotechnologie. Die Abhängigkeit der Reibung von der Wasserumgebung und der Oberflächenchemie kann mit dem Rasterkraftmikroskop an Einzelpunktkontakten untersucht werden. In Modellexperimenten wurden nanotribologische Eigenschaften -Reibung, Adhäsion und Langzeitstabilität- in Abhängigkeit vom Wasserpartialdruck untersucht. Die Messungen erfolgten an hydrophobem, wasserstoff-terminiertem Silizium sowie an hydrophilem und hydrophobem Siliziumoxid. Als Sonde wurde eine oxidierte Siliziumspitze verwendet. Die Reibungskraft wurde als Funktion der Normalkraft und der Gleitgeschwindigkeit charakterisiert. Der Wasserpartialdruck wurde durch Abpumpen der Vakuumkammer von Luftdruck bis 1E-8 mbar verringert und durch Einlass von Wasserdampf in die Vakuumkammer von 1E-10 bis 1E-5 mbar erhöht. Die Wasserschichtdicke wurde separat mit der dynamischen Kraftspektroskopie als Funktion des Abstandes bestimmt. Diese Methode basiert auf der Analyse der Amplitude und des Normalkraft-Anteils bei der Annäherung eines vertikal schwingenden Cantilevers an die Probe. Die Reibung von hydrophobem Silizium und hydrophobem Siliziumoxid ist unabhängig vom Wasserpartialdruck. Auf den Oberflächen ist kein Wasser vorhanden. Beide Oberflächen wandeln sich bei tribologischer Beanspruchung in einer wasserhaltigen Umgebung in hydrophiles Siliziumoxid um. Damit ist eine Veränderung der Reibung verbunden. Hydrophiles Siliziumoxid zeigte eine starke Abhängigkeit der Reibung und der Adhäsion vom Wasserpartialdruck. Während der Verringerung des Wasserpartialdruckes beginnend bei Luftdruck reduzieren sich Wasserschichtdicke (von 2,6 über 0,7 nm bis zu keinem messbaren Wasser), Reibung (von 500 über 200 bis zu 20 nN, angegeben für eine Normalkraft von 60 nN) und Oberflächenenergie (von 556 über 434 bis 21 mJ/mø) stufenweise über 3 Bereiche. Die Geschwindigkeitscharakteristik ändert sich ebenfalls über 3 Bereiche. Die Erhöhung des Wasserpartialdruckes ist bis 1E-8 mbar mit der Verringerung von Reibung (von 15 auf 14 nN) und Oberflächenenergie (von 68 auf 20 mJ/mø) verbunden. Für Drücke höher 1E-8 mbar steigen Reibung (von 14 auf 16 nN) und Oberflächenenergie (von 20 auf 154 mJ/mø) mit dem Wasserpartialdruck an. Diese Eigenschaften lassen sich mit den verschiedenen Zuständen der Wasseradsorption auf Siliziumoxid korrelieren. Die Minimalwerte für Reibung und Adhäsion stimmen bei Erhöhung und Verringerung des Wasserpartialdruckes überein. Die unterschiedlichen Zeitskalen für die Adsorption und Desorption von Wasser bewirken eine Hysterese für Adhäsion und Reibung bei Änderung des Wasserpartialdruckes.



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Öttking, Rolf;
Langwellige Magnonen und Phononen und rotonenähnliche Anregungen in amorphen Festkörpern, 2003. - Online-Ressource (PDF-Datei: 99 S., 1506 KB) : Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2003
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Ausgedehnte Inhomogenitäten und Variation der Nächste-Nachbar-Abstände sind eine charakteristische Gemeinsamkeit amorpher Festkörper. Wesentliche Informationen über die (magnetische) Struktur amorpher Festkörper erhält man aus dem statischen Strukturfaktor bzw. der radialen Verteilungsfunktion. Für langwellige Magnonen und Phononen führen die Inhomogenitäten zur Dämpfung und Renormierung (Verringerung) der Stiffnesskonstanten bzw. der Schallgeschwindigkeit. Sehr langwellige Magnonen und Phononen werden an den Inhomogenitäten wie an Punktdefekten gestreut und man erhält eine Magnon- bzw. Phonon-Rayleigh-Streuung. Diese Ergebnisse folgen sowohl aus der Greenfunktionen-Theorie (Matsubara-Kaneyoshi-Formalismus) als auch - für Magnonen - aus einer quantemechanischen Störungsrechnung. Für Magnonen und Phononen mit Wellenlängen, die kürzer als die mittlere Ausdehnung der Inhomogenitäten sind, folgt eine scheinbare Gap-Energie infolge der Bildung von Wellenpaketen (Magnon-dressed Magnon bzw. Phonon-dressed Phonon). Die Zustandsdichte langwelliger Magnonen und Phononen wird einerseits durch die Renormierung der Energie und andererseits durch die Umverteilung der Zustände infolge der Inhomogenitäten sowie durch Amorphonen-Zustände geändert. Letztere sind eine neue Art von (bei kleinen Energien lokalisierten) Elementaranregungen, die aufgrund der amorphen Struktur entstehen. Die zusätzlichen Beiträge zur Zustandsdichte von niederenergetischen langwelligen Magnonen und Phononen werden als Beitrag zum Bosonen-Peak interpretiert. Die Wärmeleitfähigkeit und der inverse Wärmewiderstand der Magnonen und Phononen bei tiefen Temperaturen sinken mit wachsender Stärke und zunehmender räumlicher Ausdehnung der Inhomogenitäten. In amorphen Ferromagneten ist der Beitrag der Magnonen zur Wärmeleitfähigkeit nicht vernachlässigbar. Er kann sogar den Phononen-Beitrag überwiegen. Rotonenähnliche Anregungen (Magnon-Rotonen und Phonon-Rotonen) bilden als Wellenpakete spezifische Anregungszweige in amorphen Festkörpern, die in die erste Debye-Kugel vorreduziert werden können. Diese Vorreduktion wird als diffuser Umklapp-Prozeß an dem ersten scharfen Peak des statischen Strukturfaktors (FSDP) interpretiert. Die Magnon- und Phonon-Rotonen, dargestellt durch Wellenpakete, führen zu einer endlichen Gap- Energie im Rotonen-Minimum der Dispersionsrelation. Dabei hängt die Größe der Gap-Energie im Wesentlichen von der Breite des FSDP ab.Die vorreduzierte Dispersionsrelation der Phonon-Rotonen führt zu einem zusätzlichen Beitrag zur spezifischen Wärme amorpher Festkörper für Temperaturen oberhalb 1 K. Dieser wird als Super-Debye-Beitrag (excess specific heat) interpretiert,der für amorphe Festkörper charakteristisch ist. Die Gap-Energie des Phonon-Rotonen-Minimums bestimmt die Lage des Maximums des Super-Debye-Beitrages. - In amorphen Festkörpern besitzen die langwelligen Magnonen und Phononen einerseits und die Magnon- und Phonon-Rotonen andererseits weitreichende Gemeinsamkeiten, die auf die analogen Streu- Mechanismen für die langwelligen Anregungen bzw. die Wellenpaket-Natur der rotonenähnlichen Anregungen zurückzuführen sind.



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Lehmkuhl, Dirk;
Gerichtete Bewegung aus dem Chaos bei asymmetrischer Wechselwirkung unter Berücksichtigung der Translations-Rotations-Kopplung, 2002. - Online-Ressource (PDF-Datei: 130 S., 2463 KB) : Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2002
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In der vorliegenden Dissertation wird das Verhalten von Testteilchen (TT) in einem stark verdünnten Gas von Medienteilchen (MT) analytisch und mittels Computersimulationen detailliert untersucht. Zur Vereinfachung wird das Modell eines flachen, diskusförmigen, räumlich fest orientierten TT eingeführt, um grundlegende physikalische Eigenschaften zu untersuchen. In diesemModell wird neben den drei Translationsfreiheitsgraden des TT ein zusätzlicher Rotationsfreiheitsgrad (um eine fest in Normalenrichtung orientierte Drehachse) berücksichtigt. Das Gas von MT befindet sich stets im thermodynamischen Gleichgewicht. Neben der spiegelnd-elastischen Reflexion werden besonders die nichtrivialen Wechselwirkungen: total diffus-elastische Reflexion und total inelastische Wechselwirkung (totale Akkomodation) untersucht. Im Mittelpunkt stehen TT, die im Falle einer Asymmetrie und unter bestimmten Nichtgleichgewichtsbedingungen, jedoch ohne Vorhandensein irgendwelcher Gradienten, eine kurzzeitige, gerichtete Bewegung aus dem weißen Rauschen heraus erfahren. Bei rotierenden, asymmetrischen TT (eine Seite spiegelnd-elastisch reflektierend, die andere Seite total diffus-elastisch reflektierend) treten in der systematischen Beschleunigung in Normalenrichtung neben Termen erster Ordnung auch Terme zweiter Ordnung in der Translationsgeschwindigkeit u und der Winkelgeschwindigkeit w auf. Diese Terme führen zu einer gerichteten Beschleunigung der TT, solange nicht alle Freiheitsgrade der TT zum thermodynamischen Gleichgewicht relaxiert sind. Diese systematische Beschleunigung ist proportional zu 2<u2z> - (<u2x> + <u2y>) + [<w2> - 1]. Die Terme in der eckigen Klammer, die bei nichtrotierenden TT fehlen, sind eine Folge der Translations-Rotations- Kopplung. Diese Terme werden für asymmetrische TT erstmalig erhalten. Aufgrund des Terms [<w2> - 1] zeigen asymmetrische TT, bei denen die Translationsfreiheitsgrade zum Startzeitpunkt maxwellverteilt sind und allein der Rotationsfreiheitsgrad sich im Nichtgleichgewicht befindet, eine gerichtete Beschleunigung. Zur Startzeit vollkommen ruhende TT mit einem Rotationsfreiheitsgrad erfahren eine größere gerichtete Beschleunigung als nichtrotierende TT. Für leichtere rotierende, asymmetrische TT wird erstmals ein System gekoppelter, nichtlinearer Langevin-Gleichungen hergeleitet. Diese werden mit Hilfe einer Störungsrechnung in erster Näherung gelöst. Für hinreichend schwere TT stimmt die analytische Näherungslösung für die mittlere Normalengeschwindigkeit der TT mit entsprechenden Resultaten der Computersimulation sehr gut überein. Darüber hinaus werden beidseitig spiegelnd-elastisch reflektierende, diskus- und kugelförmige TT betrachtet, die sich in einem Zylinder in Normalenrichtung bewegen können. Dabei sollen stets auf die linke bzw. rechte Seite des TT jeweils MT unterschiedlicher Masse auftreten, wobei der Druck auf beiden Seiten gleich sein soll. Daraus resultiert eine Asymmetrie der stochastischen Kraft bzgl. ihrer Stärke und Stoßfrequenz. Für diesen Fall folgt ebenfalls eine kurzzeitige, gerichtete Beschleunigung der TT, solange ihre Normalen-Freiheitsgrade nicht zum hermodynamischen Gleichgewicht relaxiert sind. Die gerichtete Beschleunigung diskusförmiger TT ist dabei größer als die kugelförmiger TT und deutlich größer, als die gerichtete Beschleunigung asymmetrischer TT.



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Tautz, Stefan;
Vibrational dynamics of semiconductor surfaces and interfaces probed by inelastic electron scattering. - 283 S. Ilmenau : Techn. Univ., Habil.-Schr., 2000

Scherge, Matthias;
Tribologie technischer und biologischer Mikrosysteme : für die Technik von der Natur lernen. - Getr. Zählung Ilmenau : Techn. Univ., Habil.-Schr., 2000

Rossow, Uwe;
Linear optical response of silicon surfaces and silicon nanostructures. - 153 Bl Ilmenau : Techn. Univ., Habil.-Schr., 2000

Balster, Torsten;
Untersuchungen an reinen und mit Wasserstoff bedeckten SiC(100)-Oberflächen mit hochauflösender Elektroenergieverlustspektroskopie. - Jülich : Forschungszentrum, Zentralbibliothek, 2000. - X, 171 S.. - (Berichte des Forschungszentrums Jülich ; 3759) Zugl.: Ilmenau : Techn. Univ., Diss., 2000
Literaturverz. S. 151 - 159

Ludwig, Frank-Peter;
Die Bewegung von Testteilchen in einem klassischen Mediengas : Computersimulationen zur kinetischen Gastheorie, 1999. - 108 Bl. Ilmenau : Techn. Univ., Diss., 1999
Enth. außerdem: Thesen

Nakov, Valentin;
Modellierung der statischen elektronischen Eigenschaften von Halbleiterschichtstrukturen - ein Programmpaket
Als Ms. gedr.. - Aachen : Shaker, 1998. - II, 119 S.. - (Berichte aus der Halbleitertechnik) : Zugl.: Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 1998
ISBN 3-8265-4343-2
Literaturverz. S. 110 - 118

Sloboshanin, Sergej;
Wachstum von Gold und Silber auf InP (1 0 0) : eine Untersuchung mittels Photoelektronenspektroskopie, 1996. - 127 S. Ilmenau : Techn. Univ., Diss., 1996

Heiber, Uwe;
Die Bewegung BROWNscher Teilchen in einem stark verdünnten klassischen Gas von Medienteilchen
Als Ms. gedr.. - Aachen : Shaker, 1996. - II, 93 S.. - (Berichte aus der Physik) Zugl.: Ilmenau : Techn. Univ., Diss., 1995
ISBN 3826512863

Honisch, Peter;
Monte-Carlo-Simulation des Elektronentransports in GaAs, 1992. - 130, 4 Bl. : Ilmenau, Techn. Hochsch., Diss., 1992
Enth. außerdem: Thesen

Nguyen, Thi Phuong Hoa;
Enveloppentheorie für schmallückige Halbleiter mit Anwendung auf Tunnelung in Heterostrukturen, 1991. - Getr. Zählung : Ilmenau, Techn. Hochsch., Diss., 1991
Enth. außerdem: Thesen

Schulze, Dirk;
Elektronische und Transporteigenschaften des zweidimensionalen Elektronengases im starken Magnetfeld, 1990. - 83, [4] Bl. : Ilmenau, Techn. Hochsch., Diss., 1990