Publikationen

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Emminger, Carola; Abadizaman, Farzin; Samarasingha, Nuwanjula S.; Menéndez, José; Espinoza, Shirly; Richter, Steffen; Rebarz, Mateusz; Herrfurth, Oliver; Zahradník, Martin; Schmidt-Grund, Rüdiger; Andreasson, Jakob; Zollner, Stefan;
Analysis of temperature-dependent and time-resolved ellipsometry spectra of Ge. - In: IEEE Xplore digital library. - New York, NY : IEEE, ISSN 2473-2001, (2021), , insges. 2 S.

https://doi.org/10.1109/SUM48717.2021.9505707
Lauer, Kevin; Brokmann, Geert; Bähr, Mario; Ortlepp, Thomas;
Determination of piezo-resistive coefficient π44 in p-type silicon by comparing simulation and measurement of pressure sensors. - In: AIP Advances. - New York, NY : American Inst. of Physics, ISSN 2158-3226, Bd. 11 (2021), 8, S. 085005-1-085005-6

https://doi.org/10.1063/5.0060034
Reiß, Stephanie; Hopfeld, Marcus; Romanus, Henry; Pfeifer, Kerstin; Krischok, Stefan; Rädlein, Edda;
Chemical changes of float glass surfaces induced by different sand particles and mineralogical phases. - In: Journal of non-crystalline solids : a journal on the chemical, electronic, optical and mechanical properties of glasses, amorphous semiconductors and metals, sol-gel materials, the liquid state of these solids and the processes by which they are formed.. - Amsterdam [u.a.] : Elsevier Science, ISSN 0022-3093, Bd. 566 (2021), 120868

Particles play an important role in the storage, transportation and natural weathering of glasses, but their influence on glass degradation is little studied. In this work, the influence of main sand components is investigated. Feldspar exhibits the strongest leaching rate for the network former Na, while quartz has the lowest. The leaching rate of natural sands is in between. Based on these findings, a model describing the leaching mechanism was developed: Hereby, hydroxyl groups adhering on sand grains adsorb network modifiers by substituting their hydrogen by network formers from the glass surface. The amount of available hydroxyl groups determines the leaching rate. This model is supported by loss on ignition performed for the sands, which might be a suitable method to roughly estimate their leaching rates. The adsorption of network modifiers suppresses carbonate formation, dendritic growth and Mg diffusion in the glass surface region. Pimple-like crystal growth is observed.



https://doi.org/10.1016/j.jnoncrysol.2021.120868
Richter, Steffen; Rebarz, Mateusz; Herrfurth, Oliver; Espinoza, Shirly; Schmidt-Grund, Rüdiger; Andreasson, Jakob;
Broadband femtosecond spectroscopic ellipsometry. - In: Review of scientific instruments : a monthly journal devoted to scientific instruments, apparatus, and techniques.. - [S.l.] : American Institute of Physics, ISSN 1089-7623, Bd. 92 (2021), 3, S. 033104-1-033104-14

We present a setup for time-resolved spectroscopic ellipsometry in a pump-probe scheme using femtosecond laser pulses. As a probe, the system deploys supercontinuum white light pulses that are delayed with respect to single-wavelength pump pulses. A polarizer-sample-compensator-analyzer configuration allows ellipsometric measurements by scanning the compensator azimuthal angle. The transient ellipsometric parameters are obtained from a series of reflectance-difference spectra that are measured for various pump-probe delays and polarization (compensator) settings. The setup is capable of performing time-resolved spectroscopic ellipsometry from the near-infrared through the visible to the near-ultraviolet spectral range at 1.3 eV-3.6 eV. The temporal resolution is on the order of 100 fs within a delay range of more than 5 ns. We analyze and discuss critical aspects such as fluctuations of the probe pulses and imperfections of the polarization optics and present strategies deployed for circumventing related issues.



https://doi.org/10.1063/5.0027219
Link, Steffen; Kurniawan, Mario; Dimitrova, Anna; Krischok, Stefan; Bund, Andreas; Ivanov, Svetlozar;
Enhanced cycling performance of binder free silicon-based anode by application of electrochemically formed microporous substrate. - In: Electrochimica acta : the journal of the International Society of Electrochemistry (ISE).. - New York, NY [u.a.] : Elsevier, Bd. 380 (2021), 138216, S. 1-9

In this work, an electrochemically formed porous Cu current collector (p-Cu) is utilized for the development of a high-performance binder-free silicon anode. Two electrolyte compositions based on sulfolane (SL) and [BMP][TFSI] ionic liquid (IL) are implemented for silicon deposition. The electrochemical experiments confirm the advantages of applying the p-Cu structure in terms of specific capacity, rate capability, and long-term cycling, where the best electrochemical properties have been observed for the Si deposited from SL electrolyte. The Si-based p-Cu anodes formed in SL display stable 2500 mAh g^-1 reversible capacity during the first 250 cycles and promising capacity retention. Compared to this result, the cycling performance of the same type of material deposited on flat Cu foil (f-Cu) showed significantly reduced capacity (1400 mAh g^-1) and inferior cycling performance. The positive effect can be attributed to the improved mechanical stability of the active material and accelerated ionic transport in the porous structure of the anode. The improved functional properties of the electrochemically deposited Si from SL electrolyte in p-Cu samples compared to those obtained in IL can be ascribed to differences in the chemical composition. While the layers deposited in SL electrolyte involve Si domains incorporated in a matrix containing C and O that offer high mechanical stability, the Si material obtained in IL is additionally influenced by N and F chemical species, resulting from active IL decomposition. These differences in the chemical surrounding of the Si domains are the primary reason for the inferior electrochemical performance of the material deposited from [BMP][TFSI] electrolyte. XPS analysis shows that the initial composition of the as deposited layers, containing a considerable amount of elemental Si, is changed after lithiation and that the electrochemical activity of the anode is governed by switching between the intermediate redox states of Si, where the carbon-oxygen matrix is also involved.



https://doi.org/10.1016/j.electacta.2021.138216
Herrfurth, Oliver; Richter, Steffen; Rebarz, Mateusz; Espinoza, Shirley; Zúñiga-Pérez, Jesus; Deparis, Christiane; Leveillee, Joshua; Schleife, André; Grundmann, Marius; Andreasson, Jakob; Schmidt-Grund, Rüdiger;
Transient birefringence and dichroism in ZnO studied with fs-time-resolved spectroscopic ellipsometry. - In: Physical review research. - College Park, MD : APS, ISSN 2643-1564, Bd. 3 (2021), 1, S. 013246-1-013246-12

The full transient dielectric-function (DF) tensor of ZnO after UV-laser excitation in the spectral range 1.4-3.6 eV is obtained by measuring an m-plane-oriented ZnO thin film with femtosecond (fs)-time-resolved spectroscopic ellipsometry. From the merits of the method, we can distinguish between changes in the real and the imaginary part of the DF as well as changes in birefringence and dichroism, respectively. We find pump-induced switching from positive to negative birefringence in almost the entire measured spectral range for about 1 ps. Simultaneously, weak dichroism in the spectral range below 3.0 eV hints at contributions of inter-valence-band transitions. Line-shape analysis of the DF above the band gap based on discrete exciton, exciton-continuum, and exciton-phonon-complex contributions shows a maximal dynamic increase in the transient exciton energy by 80 meV. The absorption coefficient below the band gap reveals an exponential line shape attributed to Urbach-rule absorption mediated by exciton-longitudinal-optic-phonon interaction. The transient DF is supported by first-principles calculations for 1020cm^-3 excited electron-hole pairs in ideal bulk ZnO.



https://doi.org/10.1103/PhysRevResearch.3.013246
Ivanov, Svetlozar; Link, Steffen; Dimitrova, Anna; Krischok, Stefan; Bund, Andreas;
Electrochemical nucleation of silicon in ionic liquid-based electrolytes. - In: Meeting abstracts. - Pennington, NJ : Soc., ISSN 2151-2043, Bd. MA2020-01 (2020), 19

https://doi.org/10.1149/MA2020-01191181mtgabs
Zviagin, Vitaly; Grundmann, Marius; Schmidt-Grund, Rüdiger;
Impact of defects on magnetic properties of spinel zinc ferrite thin films. - In: Physica status solidi. - Weinheim : Wiley-VCH, ISSN 1521-3951, Volume 257 (2020), issue 7, 1900630, Seite 1-11

The recent developments in the study of magnetic properties in the spinel zinc ferrite system are explored. Engineering of ionic valence and site distribution allows tailoring of magnetic interactions. Recent literature is reviewed, and own investigations are presented for a conclusive understanding of the mechanisms responsible for the magnetic behavior in this material system. By varying the Zn-to-Fe ratio, the deposition, as well as thermal annealing conditions, ZnFe2O4 thin films with a wide range of crystalline quality are produced. In particular, the focus is on the magnetic structure in relation to spectroscopic properties of disordered ZnFe2O4 thin films. Comparing the cation distribution in film bulk (optical transitions in the dielectric function) and near-surface region (X-ray absorption), it is found that an inhomogeneous cation distribution leads to a weaker magnetic response in films of inverse configuration, whereas defects in the normal spinel are likely to be found at the film surface. The results show that it is possible to engineer the defect distribution in the magnetic spinel ferrite film structure and tailor their magnetic properties on demand. It is demonstrated that these properties can be read out optically, which allows controlled growth of the material and applications in future magneto-optical devices.



https://doi.org/10.1002/pssb.201900630
Kleinschmidt, Peter; Mutombo, Pingo; Berthold, Theresa; Paszuk, Agnieszka; Steidl, Matthias; Ecke, Gernot; Nägelein, Andreas; Koppka, Christian; Supplie, Oliver; Krischok, Stefan; Romanyuk, Oleksandr; Himmerlich, Marcel; Hannappel, Thomas;
Atomic surface structure of MOVPE-prepared GaP(111)B. - In: Applied surface science : a journal devoted to applied physics and chemistry of surfaces and interfaces.. - Amsterdam : Elsevier, Bd. 534 (2020), 147346

Controlling the surface formation of the group-V face of (111)-oriented III-V semiconductors is crucial for subsequent successful growth of III-V nanowires for electronic and optoelectronic applications. With a view to preparing GaP/Si(111) virtual substrates, we investigate the atomic structure of the MOVPE (metalorganic vapor phase epitaxy)-prepared GaP(111)B surface (phosphorus face). We find that upon high-temperature annealing in the H2-based MOVPE process ambience, the surface is phosphorus-depleted, as evidenced by X-ray photoemission spectroscopy (XPS). However, a combination of density functional theory calculations and scanning tunneling microscopy (STM) suggests the formation of a partially H-terminated phosphorus surface, where the STM contrast is due to electrons tunneling from non-terminated dangling bonds of the phosphorus face. Atomic force microscopy (AFM) reveals that a high proportion of the surface is covered by islands, which are confirmed as Ga-rich by Auger electron spectroscopy (AES). We conclude that the STM images of the samples after high-temperature annealing only reflect the flat regions of the partially H-terminated phosphorus face, whereas an increasing coverage with Ga-rich islands, as detected by AFM and AES, forms upon annealing and underlies the higher proportion of Ga in the XPS measurements.



https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2020.147346
Zviagin, Vitaly; Sturm, Chris; Esquinazi, Pablo; Grundmann, Marius; Schmidt-Grund, Rüdiger;
Control of magnetic properties in spinel ZnFe2O4 thin films through intrinsic defect manipulation. - In: Journal of applied physics : AIP's archival journal for significant new results in applied physics.. - Melville, NY : American Inst. of Physics, ISSN 1089-7550, Bd. 128 (2020), 16, S. 165702-1-165702-7
- Im Titel sind "2" und "4" tiefgestellt

We present a systematic study of the magnetic properties of ZnFe2O4 thin films fabricated by pulsed laser deposition at low and high oxygen partial pressure and annealed in oxygen and argon atmosphere, respectively. The as-grown films show strong magnetization, closely related to a non-equilibrium distribution of defects, namely, Fe cations among tetrahedral and octahedral lattice sites. While the concentration of tetrahedral Fe cations declines after argon treatment at 250 ˚C, the magnetic response is enhanced by the formation of oxygen vacancies, evident by the increase in near-infrared absorption due to the Fe2+-Fe3+ exchange. After annealing at temperatures above 300 ˚C, the weakened magnetic response is related to a decline in disorder with a partial recrystallization toward a less defective spinel configuration.



https://doi.org/10.1063/5.0019712

Abschlussarbeiten

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Bratek, Dominik;
STM-Untersuchung von Antiphasendomänen in GaP-Nukleationsschichten, präpariert auf As-terminierten Si(100)-Oberflächen. - Ilmenau. - 46 Seiten.
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2021

In dieser Arbeit wurden zwei auf Si(100):As-Oberflächen, mit einer Fehlorientierung von 0.1&ring; in <111>-Richtung aufgewachsene GaP Schichten, mit den Dicken 5 nm und 10 nm detailliert mittels Rastertunnelmikroskopie untersucht. Dabei wurden insbesondere die Antiphasendomänen und Antiphasengrenzen abgebildet und analysiert. Zunächst konnte die P-reiche (2×2)/c(4×2) Oberflächenrekonstruktion mit atomarer Auflösung nachgewiesen werden. Ebenfalls konnte das Dimer-flipping, ein Wechsel der Dimerverkippung, an mehreren Stellen beobachtet werden. Weiterhin konnten verschiedene Formen und Größen von Antiphasendomänen gefunden werden. Die meisten Antiphasendomänen sind in ihrer Ausdehnung parallel zu den Stufenkanten größer als senkrecht dazu. Auf der einen Seite ist ihre Grenze typischerweise gerade, auf der anderen Seite unregelmäßig und konvex. Dies lässt vermuten, dass die Antiphasen immer dort entstehen, wo entlang der Stufenkanten des Substrats auf dem Substrat Reste der Minoritätsdomäne verblieben waren. Des Weiteren wurden an vielen Stellen Gräben parallel zu den Stufenkanten des Substrats gefunden. An vielen Stellen befanden sich kleine Antiphasendomänen innerhalb solcher Gräben. Darauf aufbauend ergibt sich die Vermutung, dass es sich bei den Gräben um Residuen darunterliegender vergrabener Antiphasendomänen handelt. Zuletzt konnte ein Modell des Antiphasenübergangs erstellt werden. Der Übergang zwischen den Domänen kann demnach, mit Ausnahme der homopolaren Ga-Ga bzw. P-P Bindung, ohne weitere Defekte erfolgen. Allerdings tritt diese idealisierte Grenze bei den beobachteten Antiphasengrenzen nur an wenigen Stelle in dieser Form auf. Tatsächlich sind an den meisten APBs zahlreiche Defekte und unregelmäßige Verläufe zu beobachten.



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.



https://doi.org/10.22032/dbt.49008
Flötotto, Aaron;
Transient-Current-Technique-Messungen an Photodioden und Teilchendetektoren. - Ilmenau. - 59 Seiten.
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2020

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



Brendel, Thimo;
Near surface characterization of ionic liquid based electrolytes for Na batteries modified with Zwitterions and their bulk ionic conductivity. - Ilmenau. - 95 Seiten.
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2020

Die oberflächennahe Zusammensetzung und die Leitfähigkeit von Elektrolyten unter Verwendung von ionischen Flüssigkeiten (IL), Natriumsalz und Sulfonat-haltigen Zwitterionen wurde mittels Röntgen-Photoelektronenspektroskopie (XPS) und elektrochemischer Impedanzspektroskopie (EIS) untersucht. Diese Elektrolyte könnten beispielsweise für den Einsatz in Natrium basierten Batteriesystemen verwendet werden. Es wurde festgestellt, dass sich die oberflächennahe Zusammensetzung von jener im Volumenmaterial unterscheidet. Dies ist abhängig von dem molaren Verhältnis (der Konzentration) in welchem das Natriumsalz und die Zwitterionen der als Lösungsmittel genutzten ionischen Flüssigkeit zugesetzt werden. Insbesondere gesättigte oder vinyl-zwitterion haltige Elektrolyte zeigen in den meisten Fällen eine Unterrepräsentierung von Natriumionen. Die Verwendung von Zwitterionen als Zusatz zu binären Elektrolyten (IL+Salz) ermöglicht höhere Natriumionenkonzentrationen. Im Vergleich zur reinen ionischen Flüssigkeit verringert die Zugabe von Natriumsalz und Zwitterionen die Leitfähigkeit und erhöht die Viskosität der untersuchten Elektrolyte. Die oberflächennahe Zusammensetzung wird durch Auflistung der beobachteten Stöchiometrie und durch Bestimmung der atomaren Umgebung eines Stickstoffatoms im Tf2N Anion aufgezeigt. Die Anwendbarkeit eines Koordinationsmodells, welches durch Untersuchungen an Elektrolyten mit Lithium-Ionen inspiriert ist, wurde an Elektrolyten mit Natrium-Ionen überprüft und scheint gegeben zu sein. Insbesondere die Ergebnisse der Elektrolyte mit einem Salz zu Zwitterionen Verhältnis von 1:1 weisen auf die Anlagerung der einzelnen Ionen des Salzes (Na+ und Tf2N-) an den entgegengesetzt geladenen Teilen des Zwitterions hin. Die Ergebnisse der Leitfähigkeitsmessungen werden sowohl in direkter Abhängigkeit von der Elektrolyttemperatur als auch in einem Arrhenius-Plot dargestellt. Darüber hinaus wurde die Temperaturabhängigkeit der Leitfähigkeit durch ein modifiziertes nichtlineares Fit-Modell bestimmt, woraus sich auf einen zusätzlichen viskositätsabhängigen Effekt schließen lässt.



Ullmann, Fabian;
XPS-Untersuchungen an den ionischen Flüssigkeiten C1C2Im[Tf2N] und Py14[Tf2N] in Verbindung mit Li-Salz und einem zwitterionischen Salz und deren Bulk-Leitfähigkeit. - Ilmenau. - 69 Seiten.
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2020

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



Vedel, Elena;
Application of ellipsometry for investigation of phosphide based structures for solar water splitting. - Ilmenau. - 70 Seiten.
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2020

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