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Wüster, Julian; Reetz, Andreas; Schmidt-Grund, Rüdiger; Knauer, Andrea; Sinzinger, Stefan
Approaches for the RCWA-based non-destructive characterization of subwavelength-structured gratings. - In: EOS Annual Meeting (EOSAM 2022), (2022), 05012, S. 1-2

Nano-structuring enables us to add additional degrees of freedom to the design of optical elements. Especially the possibility of controlling the polarization is of great interest in the field of nano-structured optics. For being able to exploit the whole range of form-birefringent phase shifts, the aspect ratios of the resulting element are typically much higher than the aspect ratios of conventional diffractive optical elements (DOEs), which does not only pose a challenge on fabrication but also on characterization. We evaluate several well-established approaches for the nondestructive characterization, including Müller-Matrix-Ellipsometry, measurement of the diffraction efficiencies, scattering measurements and calibration with rigorous coupled-wave modelling. The goal is to understand the challenges with all these techniques and combine them to a reliable method for structural reconnaisance of high aspect ratio nanostructures.



https://doi.org/10.1051/epjconf/202226605012
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 22nd International Conference on Nanotechnology (NANO), (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.



https://doi.org/10.1109/NANO54668.2022.9928717
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.



https://doi.org/10.1021/acs.cgd.2c00333
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 1862-6319, 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.



https://doi.org/10.1002/pssa.202200099
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, S. 1-12

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.



https://doi.org/10.1016/j.sna.2022.113784
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 1862-6319, 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.



https://doi.org/10.1002/pssa.202200177
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 1862-6319, 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).



https://doi.org/10.1002/pssa.202200180
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

https://doi.org/10.1515/aot-2022-0025
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.



https://doi.org/10.3390/s22134958
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.



https://doi.org/10.1002/pssr.202200058

Abschlussarbeiten

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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.



Rieß, Lina;
Vermeidung von Störgeräuschen an optischen Kunststoffbauteilen unter Berücksichtigung der lichttechnischen Eigenschaften. - Ilmenau. - 64 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2020

Die Automobilindustrie strebt danach, den Fahrgastinnenraum durch Beleuchtung unterschiedlicher Elemente wie Schalter, Flächen und Konturen so individuell und ansprechend wie möglich zu gestalten. Diese Beleuchtungen werden aus fertigungs- und kostentechnischen Gründen aus Kunststoffen hergestellt werden. Um eine Kontur gleichmäßig beleuchten zu können, wird neben einer Punktlichtquelle eine Kombination aus zwei Kunststoffbauteilen, dem Lichtwellenleiter und der Streuscheibe benötigt. Während der Lichtwellenleiter aus einem glasklaren, transparenten Material mit hoher Lichttransmission (Plexiglas, 99% Transmission) gefertigt wird, wird für die Streuscheibe ein diffuses, lichtstreuendes Material verwendet (Polycarbonat mit Streupartikeln angereichert, opak milchig, mindestens 66% Transmission). Diese beiden Materialien stehen im Zusammenbau in direktem Oberflächenkontakt und erzeugen ein ungewolltes Quietschgeräusch, das auf den Stick-Slip Effekt zurückzuführen ist. Dieser entsteht, wenn sich kontaktierende Oberflächen gegeneinander bewegt werden und die Haftreibung der beiden Materialien viel größer ist als die Gleitreibung. Der Effekt kann durch eine Veränderung der Oberflächeneigenschaften bzw. der beiden Materialien gesteuert werden. Damit diese Veränderungen auch im vorliegenden Fall der Beleuchtungsteile Verwendung finden können, werden die gefundenen Lösungen mittels Leuchtdichteprüfung (Berechnung der relativen Leuchtdichte über eine Aufnahme mittels Leuchtdichtekamera), Transmissionsmessung (Aufnahme von Farbkoordinaten und relativer Transmission mittels Ulbrichtkugel und Spektrometer) und Stick-Slip Test (Prüfstand nach VDA Norm 230 206) untersucht. Da der Einsatz von herkömmlichen Schmiermitteln Beleuchtungsfehler hervorruft, werden verschiedene Stick-Slip hemmende Materialien, sowohl über Additiv Zugabe im Rohmaterial als auch vom Hersteller fertige Anti Stick-Slip Kunststoffe getestet. Sowohl bei Vermessung der zunächst hergestellten Musterplatten als auch in realer Anwendung bei einem Serienbauteil kann keines der Materialien überzeugen. Zwar werden die lichttechnischen Eigenschaften kaum beeinflusst, der Stick-Slip ist aber auch nicht unterbunden und es treten weiterhin Quietschgeräusche auf. Für künftige Beleuchtungsprojekte ergibt sich damit eine weitere Forschung nach optimalen Materialien und Lösungsmethoden wie Oberflächenrauheiten.