Experimentelle Bestimmung und Modellierung des Verweilzeitverhaltens mikrofluidischer Strukturen, 2010. - Online-Ressource (PDF-Datei: 175 S., 2016 KB) Ilmenau : Techn. Univ., Diss., 2010
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Mikrofluidische Bauelemente gewinnen in weiten Bereichen der Chemie, chemischen Verfahrenstechnik und biochemischen Labortechnik immer mehr an Bedeutung. Um die besonderen Vorteile, die sich durch die Miniaturisierung und die kontinuierliche Prozessführung ergeben optimal nutzen zu können, ist die Kenntnis der optimalen Betriebsbedingungen notwendig. Eine der wichtigsten Charakteristiken von kontinuierlichen Strömungssystemen und damit auch von den meisten mikrofluidischen Bauteilen ist die Verweilzeitverteilung, die in dieser Arbeit betrachtet wird. Zur Charakterisierung und Modellierung des Verweilzeitverhaltens von mikrofluidischen Bauteilen für Flüssigphasen-Anwendungen wurde eine neue spektroskopische Messmethode entwickelt. Diese umfasst die messtechnische Erfassung und Auswertung der spektroskopischen Daten eines Tracer-Farbstoffes, die anschließend als Basis für eine Modellierung dienen. Da die isolierte Betrachtung des mikrofluidischen Bauteils unter Ausschluss der notwendigen Peripherie mit dem angewendeten Messprinzip experimentell nicht möglich ist, wurden verschiedene numerische Algorithmen zur Entfaltung der Messsignale umgesetzt und in sämtliche in der Praxis notwendige Auswerteroutinen implementiert. Die Modellierung wurde auf Basis algebraischer Verweilzeitmodelle durchgeführt. Damit kann das integrale Strömungsverhalten von Mikroreaktoren bzw. Mikromischern abgebildet werden, ohne die genauen strömungstechnischen Vorgänge beschreiben zu müssen. Es wurden unterschiedliche Modelle eingesetzt und im Hinblick auf ihre Anwendbarkeit für mikrofluidische Bauteile getestet. Für die Auswahl des Modells welches die fluiddynamischen Vorgänge am besten beschreibt wurde eine Vorgehensweise entwickelt, die auf einer Abschätzung durch eine direkte Entfaltung, der Einführung von Informationskriterien und der Analyse der Residuen einer Kurvenanpassung basiert. Mit Hilfe der modellierten Verweilzeitverteilungen sind genaue Analysen der Strömungsvorgänge und der Vergleich unterschiedlicher mikrofluidischer Bauteile möglich. Dazu werden ermittelte Verteilungsparameter herangezogen, die ebenso zur Bestimmung gängiger verfahrenstechnischer Kennzahlen wie z.B. der Peclet-Zahl oder des axialen Dispersionskoeffizienten verwendet werden. Wie in dieser Arbeit anhand von drei verschiedenen mikrofluidischen Bauteilen gezeigt wird, trägt dies zu einem besseren Verständnis fluiddynamischer Vorgänge in Mikrostrukturen bei und ermöglicht einen anwendungsoptimierten Einsatz der Bauteile für spezifische reaktions- und verfahrenstechnische Aufgaben.
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Optische Eigenschaften von InN und InN-basierten Halbleitern, 2010. - Online-Ressource (PDF-Datei: 190 S., 13,4 MB) : Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2010
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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
Feedback control : systems with higher unknown relative degree, input constraints and positivity. - Ilmenau : Univ.-Verl. Ilmenau, 2010. - Online-Ressource (PDF-Datei: 270 S., 5,98 MB) : Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2010
Parallel als Druckausg. erschienen
Diese Dissertation behandelt die Regelung von linearen Systemen mit m Eingängen und m Ausgängen und unbekanntem, aber beschränktem, Relativgrad und lineare Volterra-Stieltjes Systeme. Die folgenden Regler werden betrachtet: adaptive Rückführung des Ausgangssignals und dessen Ableitung und Funnel Regelung. Das Ziel dieser Arbeit ist die Entwicklung eines Reglers, der ohne Systemidentifikation auskommt. Die Systeme erfüllen die klassischen Annahmen der adaptiven Regelung. Insbesondere werden Systeme mit höherem Relativgrad betrachtet. Zunächst wird ein adaptiver Regler entwickelt, der vom Systemverhalten lernt und ein vorab festgelegtes Regelungsziel gewährleistet. Der bekannteste Regler ist der lambda Regler. Dieser Regler folgt jedem System, dessen Relativgrad bekannt ist. Dieser Regler wird auf Systeme mit unbekanntem Relativgrad erweitert für die eine obere Schranke bekannt ist. Dies wird dadurch erreicht, dass eine Rückführung des Ausgangssignals und dessen Ableitungen benutzt werden. Ein Vorteil des vorgestellten Reglers ist seine Einfachheit. Hauptnachteil ist, dass die Regelgüte nicht direkt in den Entwurf eingeht und die Verstärkung groß werden kann. Das bekannte Konzept der Funnel Regelung für Systeme mit Relativgrad eins wird eingeführt. Es wird gezeigt, dass der klassische Funnel Regler, angewendet auf Eingangsbeschränkungen, die Regelungsziele des Funnel Reglers gewährleistet. Eingangsbeschränkungen sind ein wichtiges Merkmal dieser Arbeit. Ein zweites Ziel ist es, die Ergebnisse des Funnel Reglers auf Systeme mit Relativgrad zwei zu verallgemeinern. Die Einfachheit der Kontrollstrategie kann erhalten werden, wenn die Rückführung der Ableitungen erlaubt ist. Dieser neue Funnel Regler ist robust gegenüber Systemen mit unbekanntem Relativgrad eins oder zwei und Eingangsbeschränkungen können auf Systeme mit Relativgrad zwei verallgemeinert werden. Letztlich werden Volterra-Stieltjes Systeme hinsichtlich Positivität, verschiedenen Stabilitätskonzepten, Nulldynamik und Funnel Regler betrachtet. Explizite Kriterien für die Stabilitätskonzepte werden abgeleitet. Diese Ergebnisse werden genutzt, um den Funnel Regler auf Volterra-Stieltjes Systeme zu verallgemeinern. Positivität der Lösung des geschlossenen Systems ist sicher gestellt, Eingangsbeschränkungen sind möglich und Nicht- Negativität des Einganges kann unter weiteren Annahmen gewährleistet werden.
http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn=urn:nbn:de:gbv:ilm1-2010000306
Detektion leicht flüchtiger organischer Verbindungen mikrobiellen Ursprungs (MVOC) mittels Ionenmobilitätsspektroskopie (IMS), 2010. - Online-Ressource (PDF-Datei: 171 S., 2560 KB) Ilmenau : Techn. Univ., Diss., 2010
Spuren leicht flüchtiger organischer Verbindungen mikrobiellen Ursprungs (MVOC) in der Luft von Innenräumen können das Vorhandensein von Schimmelpilzen indizieren. Die Anwendung der Ionenmobilitätsspektrometrie (IMS) zur Detektion von leicht flüchtigen schimmelpilzspezifischen Verbindungen ist wegen ihrer hohen Empfindlichkeit vielversprechend. Um dieses analytisch-chemische Verfahren für eine Innenraumdiagnostik zu nutzen, wurde ein mobil einsetzbares Gerät zur vor-Ort-Detektion getestet.Im ersten Teil der Arbeit wurden MVOC-Prüfgase im Labor generiert. Die Prüfgase wurden durch permeative Beimengungen in einen definierten Gasstrom hergestellt. Anhand dieser Prüfgase wurden die typischen IMS-Parameter, wie reduzierte Mobilität (K0), relative Driftzeit (trd), Konzentrationsabhängigkeit der Signale und daraus resultierend die Nachweisgrenze des Ionenmobilitätsspektrometer ermittelt. Die bestimmten Nachweisgrenzen der 14 untersuchten MVOC liegen im Bereich zwischen 2 und 192 myg m 3 (1 bis 51 ppbV).Im zweiten Teil wurden sieben oft im Innenraum nachgewiesene Schimmelpilzarten auf Nährmedien kultiviert und ihre produzierten MVOC detektiert. Dabei wurde festgestellt, dass Schimmelpilze art- und altersabhängige MVOC-Emissionen aufweisen. Eine statistische Auswertung und Bestätigung zeigte die Anwendung der Hauptkomponentenanalyse (PCA). Versuchsbegleitend erfolgte eine Identifizierung der MVOC durch gaschromatographische Analysen und bestätigte die IMS-Ergebnisse.Beim Schimmelpilzwachstum einer Mischsporenkultur auf drei verschiedenen Baumaterialien wurden die produzierten MVOC detektiert. Die IMS-Spektren wurden chemometrisch durch eine PCA ausgewertet. Es können die Spektren von unbeimpften und mit Schimmelpilzkulturen beimpften Baumaterialien damit unterscheiden werden ohne die stoffliche Zusammensetzung der Emissionskammerluft zu kennen.Im letzten Teil dieser Arbeit wurde das IMS in 27 Feldversuchen eingesetzt, um MVOC und damit ein Schimmelpilzwachstum in Innenräumen zu detektieren. In 59 % der Fälle wurde eine positive Korrelation zwischen einem sichtbaren Schimmelpilzbefall und den mittels IMS detektierten MVOC ermittelt.
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In the complement of a dominating set, 2010. - Online-Ressource (PDF-Datei: 101 S.,793 KB) : Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2010
Parallel als Druckausg. erschienen
Eine Menge von Ecken D eines Graphen G=(V,E) ist eine Dominanzmenge, falls jede Ecke aus V\D mindestens einen Nachbarn in D hat. Die disjunkte Dominazzahl eines Graphen G ist die minimale Kardinalität zweier disjunkter Dominanzmengen von G. Wir beweisen untere Schranken für die disjunkte Dominanzzahl für Graphen mit Minimalgrad 2, für Graphen mit großem Minimalgrad und für kubische Graphen.Eine Menge von Ecken T eines Graphen G=(V,E) ist eine totale Dominanzmenge, falls jede Ecke aus V mindestens einen Nachbarn in T hat. Wir charakterisieren Graphen mit Minimalgrad 2 ohne induzierten 5-Kreisen und Graphen mit Minimalgrad mindestens 3, die eine Dominanzmenge, eine totale Dominanzmenge und eine nichtleere Eckenmenge, die paarweise disjunkt sind, haben.Eine Menge von Ecken I eines Graphen G=(V,E) ist eine unabhängige Menge, falls alle Ecken aus I paarweise in G nicht benachbart sind. Wir geben eine konstruktive Charakterisierung für Bäume an, die eine maximale unabhänige Menge und eine dazu disjunkte minimale Dominanzmenge haben und wir zeigen, dass das zugehörige Entscheidungsproblem für allgemene Graphen NP-schwer ist. Zusätzlich zeigen wir mehrere strukturelle Ergebnisse und Komplexitätsergebnisse betreffend Paare disjunkter Mengen, die dominierend, unabhängig oder beides sind. Weiter beweisen wir untere Schranken für die maximale Kardinalität einer unabhängigen Menge von Graphen, die einen kleinen Durchschnittsgrad und keine kurzen Kreise ungerader Länge haben.Ein zusammenhängender Graph G hat spanning tree congestion höchstens s, falls G einen aufspannenden Baum T hat, so dass für jede Kante e von T der Kantenschnitt, der in G definiert ist durch die zwei Komponenten von T-e, höchstens s Kanten enthält. Wir beweisen, dass jeder zusammenhängneder Graph der Ordnung n spanning tree congestion höchstens n^(3/2) hat und wir zeigen, dass das zugehörige Entscheidungsproblem NP-schwer ist.
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Erschließung der Mikrofluidsegmenttechnik für die umwelttoxikologische Untersuchung der synergistischen Wirkung potentieller Schadstoffkombinationen auf Mikro- und Kleinstorganismen, 2010. - Online-Ressource (PDF-Datei: XVI, 201 S., 21,6 MB) : Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2010
Parallel als Druckausg. erschienen
Die weltweite Belastung der Umwelt mit Schadstoffen stellt ein Problem sowohl für Menschen als auch für Ökosysteme dar. Die Bewertung der Toxizität und die Risikoabschätzung von Umweltchemikalien beziehen sich in den meisten Studien nur auf die Wirkung einzelner Substanzen. Die Frage nach der Kombinationswirkung rückt aber verstärkt ins Blickfeld der Öffentlichkeit und erste Forderungen zur Berücksichtigung von Kombinationswirkungen bei der Risikobewertung werden laut. Die Komplexität des Problems macht wissenschaftliche Untersuchungen im Rahmen der konventionellen Laborpraxis kompliziert und stellt hohe Anforderungen an die bereits existierenden Standardmethoden. Gegenstand der Dissertation ist die Anwendung der segment-basierten Mikrofluidik zur Untersuchung der Einzelwirkung und der Mischungstoxizität von potentiellen Umweltschadstoffen auf ausgewählte Modellorganismen. Dafür wurde die Einbringung und Kultivierbarkeit von Mehrzellern (Zebrafisch Danio rerio, Fadenwurm Caenorhabditis elegans), prokaryotischen (Darmbakterium Escherichia coli) und eukaryotischen Zellen (Hefe Saccharomyces cerevisiae), Humanzellen (HeLa-Zellen) sowie Grünalgen (Chlorella vulgaris) in den Mikro- bis Nanoliter großen Fluidsegmenten untersucht. Die Entwicklung semiautomatischer Screeningabläufe ermöglichte die Erzeugung und Adressierung von ein- und mehrdimensionalen Konzentrationsfeldern. Mit der Integration von optischen Mikro-Durchflusssensoren, polymerbasierten Mikrobeads sowie Bildanalyse konnte eine segmentinterne, simultane Analyse ausgewählter toxikologischer Endpunkte wie embryonale Entwicklung, Wachstum, Stoffwechselaktivität über Autofluoreszenz und den Stoffwechselparameter pH ermöglicht werden. Damit konnten Schlussfolgerungen über die Einzelwirkung und Kombinationswirkung von Modellsubstanzen der Verbindungsklassen Vinylpyrrolidon, Sulfoxide, Phenole, Schwermetalle, Tenside, Metallnanopartikel und einem antibakteriellen Decapeptid getroffen werden. Die Vorteile der Mikrofluidtechnik und der Methode des segmentierten Flusses bieten nicht nur gute Möglichkeiten für die Miniaturisierung von Ökotests und der Durchführung von hoch aufgelösten Hochdurchsatz-Screenings zur Untersuchung der Kombinationswirkung von Umweltschadstoffen, sondern sie liefern auch neue Einblicke in das Antwortverhalten von biologischen Systemen in stark volumenbeschränkten Umgebungen.
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Preparations, characteristics, and applications of carbon-based nanomaterials, 2010. - Online-Ressource (PDF-Datei: 138 S., 2721 KB) : Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2010
Parallel als Druckausg. erschienen
Es wird über Herstellungen, Eigenschaften und Anwendungen von dimeren Fullerenoxiden und von Anordnungen senkrecht ausgerichteter, mehrwandiger Kohlenstoffnanoröhren - beides nanostrukturierte Kohlenstoffmaterialien - berichtet. Direkte und spezifische Synthesen sowie Isolationen von dimeren Fullerenoxiden in präperativen Mengen werden beschrieben. Oxidative und thermische Stabilität, elektronische Absorptionseigenschaften und Elektronenakzeptorstärke von dimeren Fullerenoxiden werden erörtert. Die Verwendung von dimeren Fullerenoxiden in Plastiksolarzellen wird beschrieben. Die Herstellung und elektrochemische Reinigung von Anordnungen senkrecht ausgerichteter, mehrwandiger Kohlenstoffnanoröhren werden erläutert. Kapazitive Eigenschaften und Elektronenübertragungseigenschaften von Elektroden basierend auf solchen Anordnungen werden erörtert. Die nicht-enzymatische Glukosedetektion mittels solcher Kohlenstoffnanoröhren-Elektroden wird beschrieben
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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.
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Über die Dominanzzahl in Graphen unter Nutzung verschiedener Konzepte, 2010. - Online-Ressource (PDF-Datei: 81 S., 707 KB) : Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2010
Parallel als Druckausg. erschienen
Die Dominanzzahl in Graphen ist die minimale Mächtigkeit einer Knotenpunktmenge D, für die jeder Knoten entweder in D enthalten ist oder einen Nachbarn in D besitzt. Da das zugehörige Entscheidungsproblem NP-vollständig ist, versucht man obere Schranken für die Dominanzzahl in verschiedenen Graphenklassen zu finden und diese zu realisieren. Ein Ansatz, zu solchen Schranken zu kommen, ist die probabilistische Methode nach Alon und Spencer. Hierbei werden Knoten mit einer Wahrscheinlichkeit zwischen Null und Eins zu der Menge hinzugenommen und diese dann zu einer dominierenden Menge ergänzt. Mit Hilfe sogenannter Abstiegsverfahren kann man dann für die einzelnen Knoten zu den "realisierenden" Wahrscheinlichkeiten Null und Eins übergehen. Die dabei erzielten Verbesserungen werden bestimmt und so neue Schranken für reguläre und allgemeine Graphen gewonnen. Diese hängen jedoch von der Mächtigkeit einer Menge von Knoten (oder Schranken für diese) ab, die paarweise einen gewissen Abstand voneinander haben. Weiter wird ein verallgemeinerter Ansatz für die Bestimmung der Verbesserung von Schranken für die Dominanzzahl durch Abstiegsverfahren entwickelt. Der in diesem Zusammenhang beschriebene Algorithmus für allgemeine bzw. bipartite Graphen kann für viele multilineare Funktionen, die eine obere Schranke für die Dominanzzahl bilden, angewandt werden und liefert in jedem Fall neue, verbesserte Ergebnisse gegenüber der Ausgangsschranke. Durch die Verallgemeinerung der Methode von Alon und Spencer können zudem direkt bessere Schranken für die Dominanzzahl allgemeiner Graphen erreicht werden. Auf bipartiten Graphen, für die bisher nur wenige eigenständige Schranken bekannt sind, werden weitere Verbesserungen erzielt. Die Resultate werden numerisch ausgewertet und bekannten Schranken gegenüber gestellt.
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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