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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˚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.



http://www.db-thueringen.de/servlets/DocumentServlet?id=11689
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
Parallel als Druckausg. erschienen

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.



http://d-nb.info/982205066/34
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 ˚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.



http://www.db-thueringen.de/servlets/DocumentServlet?id=6932
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.



http://www.db-thueringen.de/servlets/DocumentServlet?id=6116
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.



http://www.db-thueringen.de/servlets/DocumentServlet?id=4898
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.



http://www.db-thueringen.de/servlets/DocumentServlet?id=4664
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
Parallel als Druckausg. erschienen

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.



http://www.db-thueringen.de/servlets/DocumentServlet?id=2506
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
Parallel als Druckausg. erschienen

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.



http://www.db-thueringen.de/servlets/DocumentServlet?id=1191