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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.

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.

In der vorliegenden Dissertation wurden die Schwerpunkte des Wachstums auf semi-isolierendem 6H-SiC, der Schicht- als auch der Bauelementecharakterisierung auf Basis von epitaktischem Graphen behandelt. Die Schichten wurden mittels REM, AFM, LEED, XPS und ARPES untersucht. Anhand von REM Aufnahmen wurde durch einen neuartigen Ansatz die Qualität der Schichten über die Bildentropie mit den Wachstumsparametern korreliert. Für die Bestimmung der Schichtdicke mit Hilfe von XPS wurden (a-)symmetrische Fit-Funktionen und ihr Fehler bei der Dickenbestimmung betrachtet. Der zweite Schwerpunkt befasst sich mit der Charakterisierung der hergestellten Schichten durch Raman- und FTIR-Spektroskopie. Die Einflüsse von Verspannung, Fermi-Niveau und Lagenzahl auf das Raman-Spektrum des Graphen wurden klassifiziert und quantifiziert. Uniaxiale konnte von biaxialer Dehnung anhand des Unterschieds in der G/2D-Dispersion unterschieden werden, die Asymmetrie der G-Mode wird dabei maßgeblich von uniaxialer Dehnung, der Lage des Fermi-Niveaus als auch durch Transferdotierung bei Anwesenheit von Adsorbaten beeinflusst. Zunehmende Lagenzahl verursachte eine Blauverschiebung der 2D-Mode bei zunehmender Halbwertbreite. Mittels FTIR wurden Änderung des Reststrahlenbands des SiCs in Abhängigkeit des Wachstums durch Anregung eines Oberflächenplasmon-Polaritons im Graphen untersucht. Eine Auswertemethode wurde entwickelt, um die sich im Divisionsspektrum der Reflektivitäten ausbildende Fano-Resonanz zu beschreiben. Die Intensität der resultierenden Fano-Resonanz wird dabei maßgeblich von der Verschiebung der Modell-Oszillatoren zueinander beeinflusst. Der dritte Schwerpunkt befasst sich mit der Strukturierung und Charakterisierung von vollständig aus Graphen bestehenden, Three Terminal Junctions (TTJ) und Side-Gate-Transistoren (SG-FET). Für die Vermessung kleinster Strukturbreiten anhand von REM-Aufnahmen wurden Methoden zur Schwingungskorrektur und der Breitenbestimmung nahe/unterhalb der Auflösungsgrenze des REMs hergeleitet. Es konnte gezeigt werden, dass TTJs einen Gleichrichtungseffekt mit hoher Gleichrichtungseffizienz aufweisen. Des Weiteren wurden die auftretenden Stromverstärkungseffekte untersucht. Die realisierten SG-FETs zeigen vergleichbar gute Eigenschaften wie konventionelle Top-Gate-Transistoren auf bei Minimierung parasitärer Einflüsse.

Um In2O3 auch im Bereich transparenter Elektronik einsetzen zu können, muss man die Herstellung von gleichrichtenden Kontakten zu In2O3 verstehen. Behindert wird die Gleichrichtung durch eine intrinsische, hohe Elektronenkonzentration (SEAL) an der In2O3 Oberfläche. Durch reaktives Sputtern in einer Argon- und Sauerstoffatmosphäre konnten bereits gleichrichtende Schottkykontakte hergestellt werden. Ziel dieser Arbeit ist es den Mechanismus dahinter zu verstehen. Reaktive Sauerstoffspezies innerhalb des Sputterprozesses, die ähnlich wie für eine reine Plasmabehandlung bekannt den SEAL verarmen oder eine chemische Veränderung des abgeschiedenen Metalls, hier Platin, sind die vorgeschlagenen Mechanismen. Mit Photoelektronenspektroskopie und elektrischen Messungen wurden sowohl reaktiv abgeschiedenen, als auch nicht-reaktive abgeschiedene Proben untersucht, die vorab noch durch eine optionale Plasmabehandlung verarmt werden konnten. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass die reaktiven Sauerstoffspezies zu Beginn des Prozesses zwar den SEAL verarmen, aber die chemische Veränderung des Metalls auch notwendig ist um eine Diffusion der Sauerstoffspezies weg von der Grenzfläche zu verhindern, die für die nicht-reaktiv abgeschiedenen Proben beobachtet wurde. Demnach sind beide Mechanismen notwendig um gleichrichtende Kontakte zu In2O3 herzustellen.

Seit Beginn des Jahrtausends liegt die Verwendung organischer Verbindungen als photoaktive Materialien im Fokus vieler Forschergruppen weltweit. Dadurch können Solarzellen mithilfe einfacher und kostengünstiger Verfahren auf flexiblen Substraten in einer großen Variation an Farben hergestellt werden. Ihre Effizienz und Stabilität reicht jedoch noch nicht an die der anorganischen Photovoltaik heran. In dieser Arbeit wurden deshalb Polymersolarzellen aus drei verschiedenen Aktivmaterialien (P3HT, PCDTBT und PBDTTT-CT) auf den Einfluss der Temperatur auf ihr Degradationsverhalten hin untersucht. Dabei wurden Proben bei jeweils 45 und 65 ˚C gealtert und Änderungen in Ihrer Funktionalität mithilfe elektrischer Charakterisierungsmethoden und Elektrolumineszenz-Imaging überprüft. Es konnten Beschleunigungsfaktoren für die unterschiedlichen Architekturen bestimmt und Aktivierungsenergien für die zugrundeliegenden Prozesse abgeschätzt werden. Dadurch ist es besser möglich, eine Übertragung der unter Laborbedingungen gewonnenen Lebensdauern auf eine reale Anwendung zu ermöglichen.

Ziel dieser Masterarbeit sind die Beschreibung und experimentelle Untersuchung von Reibungsminderung unter Einfluss von Vibration und die Umsetzung dieser in einem mobilen Roboter. Die Vibration wird dabei durch einen piezoelektrischen Schallwandler zwischen den Reibungspartnern realisiert. Dazu wurden zunächst die Beschreibung und Gegenüberstellung etablierter Reibungsmodelle durchgeführt. Anhand der daraus gewonnenen Erkenntnisse wurden Reibungsmodelle mittels Matlab/Simulink numerisch untersucht und mit Ergebnissen der Literatur verglichen. Im experimentellen Teil wurde zunächst ein Vorversuch, der die prinzipielle Wirkungsweise der vibrationsinduzierten Reibungsreduzierung verdeutlicht, durchgeführt. Anschließend wurde die Reibungsminderung in Abhängigkeit von verschiedenen Frequenzen und Relativgeschwindigkeiten anhand mehrerer Prüfkörper untersucht. Es konnte reproduzierbar eine Reibungsminderung bei drei Zugproben festgestellt werden. Anschließend wurde die Geschwindigkeitsabhängigkeit untersucht und bei steigender Frequenz eine steigende Abhängigkeit nachgewiesen. Die Natur der Schwingung des piezoelektrischen Schallwandlers erforderte, dass das mechanische Prinzip der Simulation auf die Experimente angepasst werden musste. Im Anschluss wurde überprüft, ob die angepasste Simulation das Verhalten der frequenzabhängigen Reibungsänderung darstellen kann. Das präsentierte Modell ist in Grenzen dazu in der Lage und bildet eine erste Möglichkeit, die Reibungsveränderung durch die flächige Vibration des Schallwandlers abzubilden. Mit Hilfe der daraus gewonnenen Erkenntnisse wurde ein mobiler Roboter entworfen, der nach dem Prinzip einer durch gesteuerte Vibration erzeugter, anisotroper Reibung funktioniert. Die Funktionsweise des Roboters wurde experimentell geprüft und die Form der Bewegung wurde dargestellt.

Diese Arbeit beschäftigt sich mit der thermischen Simulation von Leistungswiderständen und der experimentellen und analytischen Ermittlung ihrer Modellparameter. Zur Auswahl stehen zwei Modellvorstellungen, welche von der Modellbildung bis hin zur Simulationstechnik erklärt werden. Hinsichtlich der Wärmeleitung wird das elektrisch thermische Analogon anhand von einfachen mathematischen Betrachtungsweisen bewiesen. Die Gegenüberstellung einer Beispielsimulation des selbst geschriebenen Programms mit dem des Netzwerksimulators LTspice belegt dies zusätzlich. Ferner werden sämtliche praxisnahe Grundlagen des Wärmetransports vorgestellt. Um eine Simulation von Leistungswiderständen effektiv zu gestalten, bietet die Programmierung mit AWK die Freiheit, alle Wärmeübergänge mit Energiebilanzgleichungen umzusetzen. Die Widerstände werden für die zwei Anwendungsfälle Puls- und Nennlast simuliert. Es ist vorgesehen, mit diesen Simulatoren ein ausreichend genaues thermisches Management zu betreiben.

Die Sauerstoffatome liegen in einkristallinem Czochralski (CZ) Silizium interstitiell (Oi) vor. Diese interstitielle Sauerstoffatome (Präzipitate) können die mechanischen bzw. die elektrischen Eigenschaften von Si beeinflussen und sie können bei erhöhten Temperaturen von 350 ˚C bis 500 ˚C die thermische doppel Donatoren (TDD) erzeugen. Die Anzahl dieser TDD ist stark Temperaturabhängig. Ziel der vorliegenden Arbeit ist die Erforschung der Metastabilität dieser TDD. Es werden hauptsächlich CZ-Si Proben untersucht. Als Messmethoden sind Tieftemperatur Fourier-Transform-Infrarotspektroskopie (TTFTIR) und Vierspitzenmessung vorgesehen. Zunächst werden die TDD in den Proben nachgewiesen. Die Proben werden bei Zieltemperaturen von 450 ˚C und 600 ˚C jeweils in bestimmten Zeiträumen getempert und anschließend gemessen um die qualitativen und quantitativen Veränderungen (Dichte, Spezies) der TDD zu beurteilen. Zusätzlich für die Analyse der Metastabilität werden die Proben auch bei 200 ˚C getempert. Nach jeder Temperung der Proben werden sie mit und ohne Beleuchtung mittels FTIR gemessen zum Nachweis der verschiedenen Spezies (neutrale und ionisierte) der TDD. Unter Verwendung der Vierspitzenmessung wird die Veränderung des spezifischen Widerstandes der Proben untersucht und mittels TTFTIR werden die Peakhöhen der einzelnen TDD ausgewertet. Durch Vergleich der metastabilen Eigenschaften der thermischen Donatoren mit den metastabilen Eigenschaften des ASi-Sii-Defektes sollen Rückschlüsse auf die Zusammensetzung der TDD gezogen werden. Mit Hilfe der Vierspitzenmessung wurde die Aufnahme des spezifischen Widerstandes und durch die TTFTIR-Spektroskopie die Identifizierung der TDD sowie ihrer Charakterisierung ermöglicht. Unter anderem wurde hier: - die Erzeugung sowie die Vernichtung von TDD bei 450 ˚C bzw. 600 ˚C bestätigt, - durch die Beleuchtungen, die während der TTFTIR-Messung durchgeführt wurde ein klarer Unterschied bei dem Verlauf zwischen ionisierten und neutralen TDD mit steigender Beleuchtungsleistung gezeigt. Tatsächlich wurden die ionisierten TDD immer wieder neutral, - die Metastabilität von TDD in dieser Arbeit betrachtet. Im Rahmen der Messungenauigkeit der Messmethode konnten Änderungen der TDD Dichten festgestellt werden. Allerdings konnte keine Systematik in den Änderungen nachgewiesen werden. Hierfür sind weitere Untersuchungen notwendig.