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Link, Steffen; Dimitrova, Anna; Krischok, Stefan; Ivanov, Svetlozar
Electrochemical deposition of silicon in organic electrolytes. - In: Reference module in chemistry, molecular sciences and chemical engineering, (2023)

Electrodeposition is a versatile instrumental technique, already applied in many industrial fields. However, the deposition of silicon and other reactive elements is still challenging and requires further research and improvement. Accomplishing an efficient electrodeposition of silicon at room temperature is very attractive due to the high number of manufacturing technologies that would benefit from this approach. This work provides an overview of the electrochemical approaches for silicon deposition performed in organic electrolytes. The main factors that impact this process are individually discussed and exemplified with appropriately updated literature sources. Furthermore, the previously available research on characterization of electrodeposited silicon containing layers is provided. These studies are presented in the context of better understanding the structure, composition, and functional properties of the deposited silicon material, which may attract the attention of young academic scientists and process engineers.
Kurtash, Vladislav; Mathew, Sobin; Thiele, Sebastian; Scheler, Theresa; Reiprich, Johannes; Hähnlein, Bernd; Stauffenberg, Jaqueline; Manske, Eberhard; Narasimha, Shilpashree; Abedin, Saadman; Jacobs, Heiko O.; Pezoldt, Jörg
Hysteresis associated with intrinsic-oxide traps in gate-tunable tetrahedral CVD-MoS2 memristor. - In: IEEE Xplore digital library, ISSN 2473-2001, (2022), S. 527-530

We introduce back gated memristor based on CVD-grown 30-40 nm thick MoS2 channel. The device demonstrates bipolar behaviour and the measurements are consistent with the simulations performed within the intrinsic-oxide traps model. This confirms the theory that the source of hysteresis in thin-film MoS2 memristors is charge trapping on MoS2/SiO2 interface and the grain boundaries. The impact of back gate voltage bias, voltage sweep range and channel area on memristive effect was studied and quantified using hysteresis area. Hysteresis in bipolar memristors can be tuned by back gate voltage, which makes these devices promising for neuromorphic computing.
Mathew, Sobin; Narasimha, Shilpashree; Reiprich, Johannes; Scheler, Theresa; Hähnlein, Bernd; Thiele, Sebastian; Stauffenberg, Jaqueline; Kurtash, Vladislav; Abedin, Saadman; Manske, Eberhard; Jacobs, Heiko O.; Pezoldt, Jörg
Formation and characterization of three-dimensional tetrahedral MoS2 thin films by chemical vapor deposition. - In: Crystal growth & design, ISSN 1528-7505, Bd. 22 (2022), 9, S. 5229-5238

A method to synthesize the three-dimensional arrangement of bulk tetrahedral MoS2 thin films by solid source chemical vapor deposition of MoO3 and S is presented. The developed synthesizing recipe uses a temperature ramping with a constant N2 gas flow in the deposition process to grow tetrahedral MoS2 thin film layers. The study analyses the time-dependent growth morphologies, and the results are combined and presented in a growth model. A combination of optical, electron, atomic force microscopy, Raman spectroscopy, and X-ray diffraction are used to study the morphological and structural features of the tetrahedral MoS2 thin layers. The grown MoS2 is c-axis oriented 2H-MoS2. Additionally, the synthesized material is further used to fabricate back-gated field-effect transistors (FETs). The fabricated FET devices on the tetrahedral MoS2 show on/off current ratios of 10^6 and mobility up to ∼56 cm^2 V^-1 s^-1 with an estimated carrier concentration of 4 × 10^16 cm-3 for VGS = 0 V.
Lauer, Kevin; Peh, Katharina; Schulze, Dirk; Ortlepp, Thomas; Runge, Erich; Krischok, Stefan
The ASi-Sii defect model of light-induced degradation (LID) in silicon: a discussion and review. - In: Physica status solidi, ISSN 1521-396X, Bd. 219 (2022), 19, 2200099, S. 1-10

The ASi-Sii defect model as one possible explanation for light-induced degradation (LID) in typically boron-doped silicon solar cells, detectors, and related systems is discussed and reviewed. Starting from the basic experiments which led to the ASi-Sii defect model, the ASi-Sii defect model (A: boron, or indium) is explained and contrasted to the assumption of a fast-diffusing so-called “boron interstitial.” An LID cycle of illumination and annealing is discussed within the conceptual frame of the ASi-Sii defect model. The dependence of the LID defect density on the interstitial oxygen concentration is explained within the ASi-Sii defect picture. By comparison of electron paramagnetic resonance data and minority carrier lifetime data related to the assumed fast diffusion of the “boron interstitial” and the annihilation of the fast LID component, respectively, the characteristic EPR signal Si-G28 in boron-doped silicon is related to a specific ASi-Sii defect state. Several other LID-related experiments are found to be consistent with an interpretation by an ASi-Sii defect.
Hähnlein, Bernd; Kellner, Maria; Krey, Maximilian; Nikpourian, Alireza; Pezoldt, Jörg; Michael, Steffen; Töpfer, Hannes; Krischok, Stefan; Tonisch, Katja
The angle dependent ΔE effect in TiN/AlN/Ni micro cantilevers. - In: Sensors and actuators, ISSN 1873-3069, Bd. 345 (2022), 113784

In this work, magnetoelectric MEMS sensors based on a TiN/AlN/Ni laminate are investigated for the first time in regards of the anisotropic elastic properties when using hard magnetic Nickel as magnetostrictive layer. The implications of crystalline, uniaxial and shape anisotropy are analysed arising from the anisotropic ΔE effect in differently oriented cantilevers with 25 µm length and 15˚ spacing. The ΔE effect is derived analytically to consider the angular dependency of the different anisotropies within the sensors. In the measured frequency spectra complex profiles are observable consisting of contributions from neighbouring structures which are connected by a common electrode. The crosstalk effect is strongly depending on the cantilever orientation and reflects the anisotropic mechanical properties of the material stack. The intensity of the crosstalk effect is increasing for shortened cantilevers and narrowing distance between structures. The ΔE effect is investigated based on cantilevers of different angular spacing and of a single cantilever that is rotated in the magnetic field. The derived peak sensitivities are reaching values of 1.15 and 1.31T-1. The angular dependency of the sensitivity is found to be approximately constant for differently oriented cantilevers. In contrast, for a singly rotated cantilever an angular dependency of the 4th order is observed.
Lauer, Kevin; Peh, Katharina; Krischok, Stefan; Reiß, Stephanie; Hiller, Erik; Ortlepp, Thomas
Development of low-gain avalanche detectors in the frame of the acceptor removal phenomenon. - In: Physica status solidi, ISSN 1521-396X, Bd. 219 (2022), 17, 2200177, S. 1-7

Low-gain avalanche detectors (LGAD) suffer from an acceptor removal phenomenon due to irradiation. This acceptor removal phenomenon is investigated in boron, gallium, and indium implanted samples by 4-point-probe (4pp) measurements, low-temperature photoluminescence spectroscopy (LTPL), and secondary ion mass spectrometry (SIMS) before and after irradiation with electrons and protons. Different co-implantation species are evaluated with respect to their ability to reduce the acceptor removal phenomenon. In case of boron, the beneficial effect is found to be most pronounced for the low-dose fluorine and high-dose nitrogen co-implantation. In case of gallium, the low-dose implantations of carbon and oxygen are found to be beneficial. For indium, the different co-implantation species have no beneficial effect. SIMS boron concentration depth profiles measured before and after irradiation show no indication of a fast movement of boron at room temperature. Hence, the discussed BSi-Sii-defect explanation approach of the acceptor removal phenomenon seems to be more likely than the other discussed Bi-Oi-defect explanation approach.
Peh, Katharina; Lauer, Kevin; Flötotto, Aaron; Schulze, Dirk; Krischok, Stefan
Low-temperature photoluminescence investigation of light-induced degradation in boron-doped CZ silicon. - In: Physica status solidi, ISSN 1521-396X, Bd. 219 (2022), 17, 2200180, S. 1-9

Light-induced degradation (LID) in boron-doped Czochralski grown (CZ) silicon is a severe problem for silicon devices such as solar cells or radiation detectors. Herein, boron-doped CZ silicon is investigated by low-temperature photoluminescence (LTPL) spectroscopy. An LID-related photoluminescence peak is already found while analyzing indium-doped p-type silicon samples and is associated with the ASi-Sii defect model. Herein, it is investigated whether a similar peak is present in the spectra of boron-doped p-type CZ silicon samples. The presence of change in the photoluminescence signal intensity due to activation of the boron defect is investigated as well. Numerous measurements on boron-doped samples are made. For this purpose, samples with four different boron doping concentrations are analyzed. The treatments for activation of the boron defect are based on the LID cycle. During an LID cycle, an additional peak or shoulder neither in the areas of the boron-bound exciton transverse acoustic and nonphonon-assisted peaks (BTA, BNP) nor in the area of the boron-bound exciton transverse optical phonon-assisted peak (BTO) is found. The defect formation also does not lead to a lower photoluminescence (PL) intensity ratio BTO(BE)/ITO(FE).
Schmidt-Grund, Rüdiger; Sturm, Chris; Hertwig, Andreas
Ellipsometry and polarimetry - classical measurement techniques with always new developments, concepts, and applications. - In: Advanced Optical Technologies, ISSN 2192-8584, Bd. 11 (2022), 3/4, S. 57-58
Hähnlein, Bernd; Sagar, Neha; Honig, Hauke; Krischok, Stefan; Tonisch, Katja
Anisotropy of the ΔE effect in Ni-based magnetoelectric cantilevers: a finite element method analysis. - In: Sensors, ISSN 1424-8220, Bd. 22 (2022), 13, 4958, S. 1-16

In recent investigations of magnetoelectric sensors based on microelectromechanical cantilevers made of TiN/AlN/Ni, a complex eigenfrequency behavior arising from the anisotropic ΔE effect was demonstrated. Within this work, a FEM simulation model based on this material system is presented to allow an investigation of the vibrational properties of cantilever-based sensors derived from magnetocrystalline anisotropy while avoiding other anisotropic contributions. Using the magnetocrystalline ΔE effect, a magnetic hardening of Nickel is demonstrated for the (110) as well as the (111) orientation. The sensitivity is extracted from the field-dependent eigenfrequency curves. It is found, that the transitions of the individual magnetic domain states in the magnetization process are the dominant influencing factor on the sensitivity for all crystal orientations. It is shown, that Nickel layers in the sensor aligned along the medium or hard axis yield a higher sensitivity than layers along the easy axis. The peak sensitivity was determined to 41.3 T−1 for (110) in-plane-oriented Nickel at a magnetic bias flux of 1.78 mT. The results achieved by FEM simulations are compared to the results calculated by the Euler-Bernoulli theory.
Emminger, Carola; Espinoza, Shirly; Richter, Steffen; Rebarz, Mateusz; Herrfurth, Oliver; Zahradník, Martin; Schmidt-Grund, Rüdiger; Andreasson, Jakob; Zollner, Stefan
Coherent acoustic phonon oscillations and transient critical point parameters of Ge from femtosecond pump-probe ellipsometry. - In: Physica status solidi, ISSN 1862-6270, Bd. 16 (2022), 7, 2200058, S. 1-7

Herein, the complex pseudodielectric function of Ge and Si from femtosecond pump-probe spectroscopic ellipsometry with 267, 400, and 800 nm pump-pulse wavelengths is analyzed by fitting analytical lineshapes to the second derivatives of the pseudodielectric function with respect to energy. This yields the critical point parameters (threshold energy, lifetime broadening, amplitude, and excitonic phase angle) of E 1 and E 1 + Δ 1 in Ge and E 1 in Si as functions of delay time. Coherent longitudinal acoustic phonon oscillations with a period of about 11 ps are observed in the transient critical point parameters of Ge. From the amplitude of these oscillations, the laser-induced strain is found to be on the order of 0.03% for Ge measured with the 800 nm pump pulse, which is in reasonable agreement with the strain calculated from theory.


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Erstellt: Mon, 05 Dec 2022 23:26:12 +0100 in 0.0579 sec

Flötotto, Aaron;
Tieftemperaturphotolumineszenzspektroskopie (TTPL) und Dichtefunktionaltheorie (DFT) zur weiteren Analyse des ASi-Sii-Defekts. - Ilmenau : Universitätsbibliothek. - 1 Online-Ressource (v, 55 Seiten)
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2022

Lichtinduzierte Degradation kann die Effizienz von Bauelementen aus Bor- oder Indium-dotiertem Czochralski-Silizium wie beispielsweise Solarzellen oder Strahlungsdetektoren um mehr als 1 %abs verringern. Obwohl diese lichtinduzierte Degradation seit etwa 4 Jahrzehnten bekannt ist, gibt es weiterhin einen wissenschaftlichen Diskurs über die Struktur des zugrundeliegenden Kristall-Defekts. Verschiedene Defekt-Modelle wurden vorgeschlagen, um diesen Effekt zu erklären - der ASi-Sii-Defekt ist eines davon. In dieser Arbeit wird lichtinduzierte Degradation von Bor-dotiertem Silizium mithilfe von Tieftemperaturphotolumineszenzspektroskopie untersucht. Um die Konzentration substitutioneller Bor-Defekte zu messen, wird eine Methode zur Bestimmung der Probentemperatur aus Modellierungen der gemessenen Spektren angewandt und eine geeignete Kalibrierfunktion bestimmt. Es wird keine zusätzliche Lumineszenzlinie mit Verbindung zur lichtinduzierten Degradation beobachtet. Des weiteren verändert sich die Konzentration substitutioneller Bor-Defekte nicht durch Beleuchten oder Ausheilen der Probe. Daher können keine neuen Defekte mit Bor-Beteiligung während der lichtinduzierten Degradation entstehen. Stattdessen wird nun angenommen, dass während der Degradation bestehende Defekte aktiviert werden. Um diese Aktivierung im Rahmen des ASi-Sii-Modells zu untersuchen, wurden ab-initio Rechnungen der Energielandschaft des Defekts durchgeführt. Mithilfe der Dichtefunktionaltheorie wurden metastabile Konfigurationen einatomiger Bor- und Indium-Defekte in Silizium gefunden. Mit beiden Akzeptor-Spezies ist der ASi-Sii-Defekt der Grundzustand. Für den Bor-Silizium-Defekt wurde außerdem die Ladungsabhängigkeit der Defektenergie sowie die Energielandschaft von Übergängen zwischen den metastabilen, neutralen Defektkonfigurationen untersucht.
Aufbau eines in-situ Ellipsometers für PEC-Experimente. - Ilmenau. - 60 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2022

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

Charakterisierung von GaP durch spektrale Standard- und Pump-Probe-Ellipsometrie. - Ilmenau. - 58 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2022

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

Seyfarth, Jakob;
Modellierung des Absorptionspektrums eines Dünnschichtstapelsystems. - Ilmenau. - 54 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2022

In der Bachelorarbeit wird das optische Verhalten und im speziellen das Absorptionspektrums eines Dünnschichtstapelsystems untersucht und modelliert. Hierfür wurden zu Beginn vorliegende Messungen und Eigenschaften sowie Literaturwerte verwendet. Die mit Transfermatrizen aufgestellte Simulation des optischen Verhalten mit diesen Werten wurde für eine qualitative Betrachtung verwendet. Die Abhängigkeit einzelner Parameter wurde somit erkenntlich und wichtige Schichteigenschaften wurden anschließend mittels Ellipsometrie gemessen. Anschließend fand eine Einbeziehung dieser Messwerte und eine Betrachtung der Ergebnisse statt.

Tayo, Joel;
Oberflächenuntersuchungen an den ionischen Flüssigkeiten EMIm[Tf2N] und BMP[Tf2N] in Verbindung mit Li[Tf2N] und dem Zwitterion Vinyl-Im(C3)-SO3. - Ilmenau. - 98 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2021

Die chemische und elektronische Struktur der Oberfläche von Elektrolyten wurde mittels Röntgenphotoelektronenspektroskopie (XPS) analysiert. Die untersuchten Elektrolyte bestehen aus einer ionischen Flüssigkeit (IL), in der ein oder zwei Salze aufgelöst sind. Als Lösungsmittel wird entweder EMIm[Tf2N] oder BMP[Tf2N] verwendet. Binäre Elektrolyte entstehen durch das Mischen einer IL mit unterschiedlichen Konzentrationen des Lithiumsalzes Li[Tf2N]. In den binären Proben wurde eine Anreicherung von Lithium bestätigt. Diese tritt ab einer Konzentration von 0,2 M Li[Tf2N] in BMP[Tf2N] und ab 0,5M Li[Tf2N] in EMIm[Tf2N] auf. Es wurde nachgewiesen, dass binäre Elektrolyte mit EMIm[Tf2N] für Salzkonzentrationen ≥ 0,5M nicht stabil gegenüber der monochromatischen Al-Kα Röntgenstrahlung sind. In ternären Systemen wurden das Lithiumsalz Li[Tf2N] und das zwitterionische Salz Vinyl-Im(C3)-SO3 in jedem IL aufgelöst. An der Oberfläche der ternären Proben mit BMP[Tf2N] konnte kein Zwitterion nachgewiesen werden und es wurde eine Anreicherung von Lithium beobachtet. An der Oberfläche der anderen ternären Proben wurde kein Lithium nachgewiesen und die Anhäufung von Zwitterionen wurde bestätigt.

Köditz, Maximilian;
Herstellung von defektarmen gesputterten Al2O3-Schichten für optische Hochleistungsanwendungen mittels reaktiver Prozessführung in einer Magnetronquelle. - Ilmenau. - 64 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2021

Ziel dieser Arbeit war die homogene Abscheidung hochreiner Al2O3-Schichten. Aufgrund seiner dielektrischen Eigenschaften können derartige Beschichtungen aus Al2O3 nur mit hohem technischen Aufwand hergestellt werden. Hierfür wurde die verwendete Magnetron-Sputteranlage erstmals im reaktiven Prozess-modus betrieben. Zu Beginn erfolgten mehrere Testläufe ohne Beschichtung. Hierbei wurde bestimmt, welche Auswirkungen die einzelnen Parameter auf den Sputterprozess haben (Hystereseverhalten). Nachdem die ersten Test-Beschichtungen, zur Bestimmung des Arbeitspunktes, nicht das gewünschte Transmissions-verhalten zeigten, wurde die Position der Sauerstoff-Zuleitung verändert. Mit Hilfe dieser Anpassung konnte ein Arbeitspunkt ermittelt werden, der sowohl die gewünschte Abscheiderate als auch Absorptionskoeffizienten (k-Wert) aufwies. Anschließend wurde bestimmt, wie homogen das Al2O3 entlang des Substrathalters abgeschieden wird und welchen Einfluss die Beschichtungszeit auf den k-Wert hat. Im Anschluss wurde ein Programm geschrieben, welches die bisher manuelle Steuerung des Prozesses ersetzte. Mit Hilfe des Programms wurden mehrere Wechselschicht-systeme (Spiegel) erzeugt. Die ersten Spiegel dienten zur Bestimmung der Schichtdickenhomogenität des Al2O3 und bestanden aus Al2O3 und Ta2O5. Hierbei zeigte sich die Komplexität beim Sputtern von Al2O3. Das Plasma brach während des Sputter-prozesses mehrfach zusammen, wodurch eine Optimierung des Steuerungs-programms notwendig wurde. Die Messwerte dieser Spiegel ließen eine hohe Homogenität der einzelnen Al2O3-Schichten erkennen. Daraufhin wurden mehrere Al2O3-SiO2-Spiegel hergestellt, anhand derer die Zerstörschwelle der Al2O3-Schichten bestimmt werden sollte. Der letzte Al2O3-SiO2-Spiegel diente zur Ermittlung der Dämpfungskonstante (k-Wert). Hierbei zeigte sich, dass nach dem Tempern (Aufheizen) des Spiegels, bessere k-Werte erzielt wurden als auf der Referenz-Anlage.

Untersuchungen an in Emim[Tf2N] und BMP[Tf2N] gelöstem Na[Tf2N] mittels winkelaufgelöster Photoelektronenspektroskopie. - Ilmenau. - 106 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2021

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

Kux, Florian;
Entwicklung eines Testaufbaus und Implementierung eines Algorithmus zur Auswertung von Distanzmessungen für ein 3D-Weltraum-LIDAR-System basierend auf Single-Photon-Detektion. - Ilmenau. - 60 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2021

Die Firma Jena-Optronik entwickelt ein miniaturisiertes LIDAR-System für Weltraumanwendungen, welches das Annähern und Andocken von Flugkörpern ermöglichen soll. Dabei basiert die Erkennung von abgestrahlten und an Zielobjekten reflektierten Laserpulsen erstmals auf einer Single-Photon-Detektion. Im Rahmen dieser Arbeit wurde das Ziel verfolgt, einen vereinfachten Modellaufbau des LIDAR-Systems zu errichten, der in der Lage ist, Objekte zu detektieren und Distanzmessungen durchzuführen. Mithilfe eines groben Testaufbaus gelang die Aufnahme erster Messdaten. Die Verarbeitung und die Ermittlung von Distanzwerten wurden durch die Entwicklung eines Auswerteprogramms ermöglicht. In der Folge konnten durch weitergehende Messreihen diverse Parameter des Versuchsaufbaus sowie der Messungen untersucht und der Versuch unternommen werden, diese zu optimieren. Dabei ließ sich ein bis dahin unbekannter Effekt feststellen, der die Distanzmessungen des LIDAR-Systems maßgeblich beeinflusste und deshalb weitergehend analysiert wurde. Im Rahmen dieser Versuchsreihen konnte jener Effekt charakterisiert werden und es wurde die Grundlage für auf dieser Arbeit aufbauende Untersuchungen geschaffen. Die finalen Messreihen zeigten schließlich, dass es in dieser Bachelorarbeit erfolgreich gelang, einen Testaufbau des miniaturisierten LIDARs zu errichten und damit verlässliche Detektionen vorzunehmen.

Gödicke, Oliver;
Konzentrationsbestimmung volatiler Anästhetika mittels MEMS-gefertigter Wärmeleitfähigkeitsmesszellen. - Ilmenau. - 64 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2021

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

Fried, Johannes Christof Martin;
Measuring the voice coil temperature of electrodynamic speakers with the HF method according to Anazawa. - Ilmenau : Universitätsbibliothek. - 1 Online-Ressource (89 Seiten)
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2021

Von modernen Lautsprechern wird erwartet, dass sie klein und leicht sind und dennoch hohe Klangqualität und Pegel liefern. Hohe Pegel können zu einem thermischen Versagen des Lautsprechers führen, was die Verwendung eines thermischen Limiters erforderlich macht. Um den thermischen Sicherheitsspielraum des Limiters zu minimieren und den Schallpegel zu maximieren, muss die Schwingspulentemperatur während der Wiedergabe gemessen werden. Die Schwingspulentemperatur kann durch die Beziehung zwischen Temperatur und Gleichstromwiderstand gemessen werden (etablierte DC-Methode). Die von Gautama und Anazawa eingeführte Hochfrequenz-Methode (HF-Methode) verwendet stattdessen die Beziehung zwischen Temperatur und Impedanz bei einer Ultraschallfrequenz. Dies ermöglicht ein geringeres Rauschen und eine höhere Bandbreite im Vergleich zur DC-Methode, was in dieser Arbeit durch Theorie und Experiment verifiziert wird. Neben der Schwingspulentemperatur hängt die HF-Impedanz von der Auslenkung und der Oberflächentemperatur der Polplatten ab. Diese Abhängigkeiten werden an einem Mikrolautsprecher gemessen und modelliert. Schließlich werden DC- und HF-Methode mit verschiedenen Audiosignalen verglichen und eine gute Übereinstimmung festgestellt. Die Anforderungen an die Messung der Schwingspulentemperatur können sowohl mit der DC- als auch mit der HF-Methode erfüllt werden. Die HF-Methode lässt sich möglicherweise besser mit einer aktiven Auslenkungs-Stabilisierung verbinden, ist jedoch komplexer als die DC-Methode. Zusätzlich ermöglicht die HF-Methode die Oberflächentemperatur der Polplatten zu messen. Obwohl die Oberflächentemperatur der Polplatten durch hochfrequente Audiosignale mittels Induktionserwärmung beeinflusst wird, könnte die Polplatten-Temperatur zur besseren Initialisierung prädiktiver Wärmemodelle verwendet werden. In Zukunft dürfte die Kombination von prädiktiven Wärmemodellen und Temperaturmessung das Risiko eines thermischen Versagens verringern und gleichzeitig den maximalen Schalldruckpegel erhöhen.