Charakterisierung und Optimierung eines optischen Sensors zur Messung urämischer Toxine in der Dialyse. - 97 S. Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2014
Zur Messung der Dialysedosis Kt/V wird von der B. Braun Avitum AG ein optischer Sensor eingesetzt, der auf dem Prinzip der UV/Vis-Spektroskopie basiert und den Gehalt an kleinen urämischen Toxinen in der verbrauchten Dialyseflüssigkeit misst. Im Rahmen neuer Anwendungsmöglichkeiten ist es nötig, das Serienmodell durch eine verbesserte Version zu ersetzen. In dieser Arbeit wurde der neue Sensor in Bezug auf gewisse Performancekriterien charakterisiert und mit dem Serienmodell verglichen. Es konnte gezeigt werden, dass der neue Sensor im Rahmen der in dieser Arbeit durchgeführten Tests vollständig rückwärtskompatibel zum Serienmodell ist. Weiterhin hat sich herausgestellt, dass sich der lineare Bereich des Sensors im Vergleich zum Serienmodell ungefähr verdoppelt hat. Als Ursache des nichtlinearen Verhaltens des Sensors für höhere Konzentrationen konnte der sogenannte Polychromatic Radiation Effect identifiziert werden. Dieser wird durch die Verwendung einer nicht monochromatischen Lichtquelle verursacht. Im Ausblick dieser Arbeit wurden Verbesserungsvorschläge erarbeitet, um den linearen Bereich des Sensors zu erhöhen.
Characterization of novel helical Terahertz waveguides: an experimental and numerical study. - 97 S. : Ilmenau, Techn. Univ., Masterarbeit, 2014
Wir beobachten experimentell die monomodale Übertragung von breitbandigen Terahertz-Pulsen in neuartigen flexiblen helikalen Wellenleitern. Die Messungen wurden mit zeitaufgelöster Terahertz-Spektroskopie durchgeführt und stimmen sehr gut überein mit unseren Finite-Differenzen Simulationen im Zeitbereich. Im Frequenzband von 0.4 THz bis 0.9 THz zeigen die Wellenleiter für Innendurchmesser von 4 mm und 5 mm jeweils einen konstanten Abschwächungskoeffizienten von 0.11 cm-1 und 0.17 cm-1. Die gemessenen Zeitsignale weisen darauf hin, dass der THz-Puls im Zentrum des helikalen Wellenleiters geführt wird. Dies wird quantitativ durch die gemessenen Brechungsindizes für die Phase bestätigt, deren Wert sehr nahe bei Eins liegt. Im Bereich von 0.4 THz bis 0.9 THz wurde eine nahezu vernachlässigbare Dispersion für die gemessenen helikalen Wellenleiter beobachtet. Zusätzlich hat sich gezeigt, dass im Frequenzbereich von 0.4 THz bis 0.9 THz die Eigenschaften der helikalen Wellenleiter unabhängig von der Steigung sind, vorausgesetzt die Steigung ist größer als der Drahtdurchmesser.
Building and testing a carbon monoxide laser for metal cutting application. - 92 S. Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2014
Ziel dieses Projekts war es einen CO Laser zu bauen, der auf Wellenlängen zwischen 5 und 6 [my]m arbeitet, eine hohe Strahlqualität aufweist und eine Leistung von ca. 1 kW erreicht. Nach dem Aufbau, der Optimierung und des Tests dieses koaxialen Lasers wurden Schmelzschneidversuche durchgeführt. Um zu überprüfen ob dieser Laser die Vorteile des CO2 und des Scheibenlasers vereint, wurden diese Tests unter gleichen Bedingungen an Edelstahl durchgeführt. Nach Optimierung des Lasers wurde eine Leistung von 860 W bei einer Strahlqualität von K = 0,84 im Labor erreicht. Das Spektrum wies dabei Wellenlängen zwischen 5,35 und 5,9 [my]m bei einem gewichteten Mittelwert von 5,5 [my]m auf. Die Montage des Lasers auf die TRULaser 1030 Maschine verringerte die Strahlqualität auf einen Wert von K = 0,57 auf Grund von "thermal blooming" in der Strahlführung. Die Leistung stieg durch eine bessere Wasserkühlung auf 1100 W. Die Schneidversuche zeigten hohe Schnittgeschwindigkeiten des CO Lasers, die nur geringfügig unter denen des Scheibenlasers liegen. Dies ist zum einen begründet durch die unterschiedliche Wellenlänge mit der eine andere Absorption einhergeht. Zum anderen sind die hohen Schnittgeschwindigkeiten durch einen sehr kleinen Fokusdurchmesser erklärbar. Die Messungen der Oberflächenrauheit bestätigten den subjektiven Eindruck der hohen Schnittqualität des CO Lasers die nahezu an die des CO2 Laser heranreicht. Alle Ziele des Projekts wurden erreicht und wertvolle Erkenntnisse konnten gezogen werden. Dieses Wissen kann nun genutzt werden um potentielle Anwendungsgebiete dieses Lasers zu erschließen, da das industrielle Laserschneiden auf Grund der auftretenden Herausforderungen nicht optimal scheint. Weiterhin zeigen die Daten den Einfluss der Wellenlänge auf die Schnittgeschwindigkeit und die Schnittqualität und lassen somit Rückschlüsse zu, welche Ergebnisse bei Projekten mit anderen Wellenlängen zu erwarten sind und ob diese ökonomisch sinnvoll sind.
Herstellung sowie Charakterisierung von ZnO:Al-Schichten in Anwendung auf III-V Halbleiterstrukturen. - 116 S. Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2014
Undotierte sowie aluminiumdotierte Zinkoxid-Schichten (ZnO und ZnO:Al) wurden mit einer Rezeptstruktur nach dem Vorbild der Atomlagenabscheidung (ALD) in einer Anlage für metallorganische Gasphasenprozesse (MOCVD) auf Glas- und Saphirproben hergestellt. Die strukturellen, stöchiometrischen, optischen und elektrischen Eigenschaften der Schichten wurden in Abhängigkeit zum Aluminiumgehalt von 0 at.% bis 5 at.%, zur ALD-Superkreisanzahl von 10 bis 40 und zur Wachstumstemperatur von 200 ˚C bis 225 ˚C untersucht. Zur Abschätzung der Qualität und Zweckmäßigkeit des neuartigen Wachstumprozesses der Schichten erfolgte ein umfassender Vergleich mit etablierten Herstellungsverfahren. Für einen Aluminiumgehalt von 2% und einer Wachstumstemperatur von 225 ˚C ergaben sich die besten Eigenschaften für eine optoelektronische Anwendung der selbst gewachsenen ZnO:Al-Schichten mit einem spezifischen Widerstand von 1,6*10E-3 [Omega]cm, einer effektiven Nettodotierung von 2,6*10E20 cm -3 einer Mobilität von 15,2 cm^2 /Vs und einer Transmission über 80%. Die Beschichtung von dreidimensionalen III-V Halbleiterstrukturen mit ZnO:Al als Frontkontakt stand ebenfalls im Fokus dieser Arbeit. Die Untersuchung des dreidimensionalen Schichtwachstums mit einem Hinterschnittexperiment zeigte eine porenfreie und homogene Benetzung der gesamten strukturierten Oberfläche sowie eine Winkeltreue der ZnO:Al-Schichten von 0,74. Weitere Abscheidungen auf schwarzem Silizium und auf Nanodrähten aus Galliumarsenid weisen in den Bildern der Rasterelektronenmikroskopie ein erfolgreiches dreidimensionales Wachstum auf, was die Nutzung der ZnO:Al-Schichten als Frontkontakt bestätigt.
Temperature dependence of Kohn anomalies on single-crystalline graphite. - 71 S. : Ilmenau, Techn. Univ., Masterarbeit, 2014
Die Elektron-Phonon-Kopplung in sp2-hybridisierten Kohlenstoffmodifikationen ist vor der möglichen Anwendung von Graphen in einer neuen Generation von schnelleren Transistoren stark in den Fokus aktueller Forschung geraten. In der vorliegenden Arbeit wurden die Kohn-Anomalien von einkristallinem Graphit mittels hochauflösender Elektronenenergieverlustspektroskopie bei verschiedenen Temperaturen vermessen. Aus der Steigung der Dispersionskurven in der Nähe des Gamma - und K-Punktes der Oberflächen-Brillouinzone wurden die Elektron-Phonon-Kopplungskonstanten zu (41.1 ± 10.3) (eV/Å)^2 bzw. (96.0 ± 25.6) (eV/Å)^2 bestimmt. Während das longitudinal optische Phonon um den Gamma-Punkt keine auflösbare Veränderung seiner Energie bei Temperaturvariation zeigte, ist das transversal optische Phonon am K-Punkt bei einer Temperatur von 130 K im Vergleich zu Raumtemperaturmessungen um 1.8 meV abgesenkt. Weiterhin wird in dieser Arbeit das erste Mal die Entartung der sekrecht zur Oberfläche schwingenden Phononenmoden um den K-Punkt präsentiert.
Untersuchung des Einflusses von Scherung auf die transversale Relaxationszeit mit einer NMR-Mouse. - 50 S. Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2014
Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit dem Zusammenwirken der Rheologie und der magnetischen Kernresonanz (NMR), das oftmals als Rheo-NMR bezeichnet wird. Es wurden die transversale Protonenrelaxation für Lösungen von Polyacrylamid (PAA) und Ketchup mit einer Fequenz von 11,7 MHz gemessen. Hierbei konnte ein Einfluss von Scheerung auf die Relaxation beobachtet werden. Die NMR wird anhand eines Vektormodells beschrieben und die Grundzüge der Rheologie werden behandelt. Die Ergebnisse der Messungen werden dargestellt und diskutiert. Es wurden T2-Messungen für verschiedene PAA-Lösungen in schwerem Wasser, sowie für verschiedener Ketchup-Proben, in Abhängigkeit der Scherrate durchgeführt.
Kapazitäts-Spannungs-Methode zur Charakterisierung von Grenzflächen zwischen Silizium und Passivierschichtsystemen. - 86 S. Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2014
Untersuchungen der Grenzflächen zwischen Silizium und Passivierschichtsystemen durch die Kapazitäts-Spannungs-Messmethode (CV-Methode) unter Zuhilfenahme der konstanten-Spannungs-Stress-Methode (CVS-Methode) sind zum Verständnis der physikalischen, strukturellen und elektronischen Eigenschaften von Halbleiterbauelementen notwendig. Als Modelsystem für hocheffiziente Halbleiterbauelemente fungiert hierbei ein Stapelschichtsystem aus PECVD-abgeschiedenen Siliziumnitrid (a-SiNx:H) und Aluminiumoxid (a-AlOx) sowie einem nasschemisch hergestelltes Siliziumoxid (a-SiOx). Jede der enthaltenen Passivierschichten aus diesem System wird separat in eine MIS-Struktur integriert und hinsichtlich ihrer dielektrischen Eigenschaften und Passiviereigenschaften untersucht. Die Ergebnisse der Einzelschichtuntersuchungen werden mit denen des Stapelschichtsystems bezüglich der festen Oxidladung QF, der gefangenen Oxidladungen Qot und der Grenzflächendefektdichte Dit verglichen. Weiterhin werden Siliziumnitrid, Aluminiumoxid und das Stapelschichtsystem bezüglich Ladungs- und Defektveränderungen durch elektrische Belastungen untersucht.
Entwicklung eines vereinfachten Hot-Spot Testes auf Basis einzelner Zellen zur Überprüfung des Hot-Spot Risikos im Modul. - 65 S. Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2014
Die folgende Arbeit behandelt die Entwicklung und Inbetriebnahme eines vereinfachten Hot-Spot Testes auf Basis einzelner Zellen. Dabei wird die Idee und das Prinzip des Testes erläutert und gezeigt, dass der vereinfachte Test die gleichen Resultate über die Variation der Lichtleistung in den "Worst Case" Fall erzielt, wie die "Worst Case" Verschattung. Dazu wird auch kurz auf die Vorteile der Variation der Lichtleistung gegenüber der Verschattung auf den "Worst Case" für den Test an sich eingegangen. Weiterhin wird der Einsatz eines Ventilators zum Erreichen des SOLL-Zustandes und dessen Auswirkungen untersucht. Anschließend wird der vereinfachte Test für die Überprüfung der Kriterien und Aussortiergrenzen der Inline Hot-Spot Kontrolle eingesetzt. Dazu wird die Inline Hot-Spot Kontrolle separat betrachtet und eine MatLab basierte Simulation entwickelt, die das Aufheiz-, Abkühl- und Ausbreitungsverhalten von Hot-Spot während der Inline Hot-Spot Kontrolle darstellt. Die Ergebnisse des vereinfachten Hot-Spot Test werden mit der Kriterien der Inline Hot-Spot Kontrolle verglichen und Rückschlüsse gezogen.
Aufbau und Prüfung einer Elektronenstoßheizung für den Einsatz im Ultrahochvakuum. - 48 S. Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2014
Diese Bachelorarbeit beschreibt den Aufbau und die Inbetriebnahme einer Probenheizung für Temperaturen bis zu 2300 K. Diese soll für die Präparation von Proben und von STM-Spitzen eingesetzt werden, um anschließend eine atomar auflösende Oberflächenuntersuchung mittels eines Rastertunnelmikroskops durchzuführen. Die Heizung basiert auf dem Prinzip des Elektronenstoßes. Durch thermische Emission werden freie Elektronen erzeugt und anschliessend durch eine Hochspannung beschleunigt. Die Proben- und Spitzenhalterung wird durch den entsprechenden Elektronenstoß erhitzt. Die Funktionsweise, sowie die Auswahl der Materialien als auch die Funktionsprüfung der Apparatur anhand der Glühfadenpyrometrie wird beschrieben. Weiterhin werden die Messergebnisse der Funktionsprüfung dargestellt und ausgewertet. Es wird neben der erreichten Temperatur und deren Relation zur Heizleistung und auf die Zeitdauer bis zum thermischen Gleichgewicht eingegangen. Die Zuverlässigkeit der Heizung wird bewertet.
Wechselwirkung von kohlenstoffhaltigen Molekülen mit GaN(0001)-Oberflächen. - 118 S. Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2014
Die Funktionalisierung von Galliumnitrid (GaN) stellt einen Weg dar, halbleiterbasierende Biosensoren herzustellen. Daher ist die Anbindung der Moleküle von großem Interesse um die elektronischen Eigenschaften des Sensors zu verstehen. Zu Beginn wird eine thermische Funktionalisierung einer GaN-HEMT-Struktur mit 1-Alkenen gezeigt. Aus dieser lässt sich vermuten, dass die Moleküle über eine Ga-O-C-Verbindungsschicht anbinden. Um dies zu überprüfen wurde die Wechselwirkung der GaN(0001)-Oberfläche mit verschiedenen kohlenstoffhaltigen Molekülen (Ethen, Buten, Kohlenstoffmonoxid und Methanol) untersucht. Des Weiteren ist betrachtet worden, wie die Wechselwirkung von kohlenstoffhaltigen Molekülen mit der GaN-Oberfläche ist, die zuvor Sauerstoff ausgesetzt war. Weiterhin wird der Einfluss von der Bestrahlung der Oberfläche mit einer UV-Lampe untersucht, inwieweit dies einen positiven Effekt hat. Die verwendete Messmethode ist die röntgenstrahlinduzierte Photoelektronenspektroskopie. Für Buten und Methanol konnten die höchsten Bedeckungen erreicht werden. Die Bedeckung für Ethen und Kohlenstoffmonoxid ist eher gering. Bei Methanol ist die Bedeckung von Kohlenstoff auf der GaN-Oberfläche bei der Probe am höchsten, die zuvor Sauerstoff ausgesetzt war. Für die Moleküle, die auf der reinen GaN-Oberfläche adsorbieren zeigen die Sauerstoffgruppen nach außen. Es konnte gezeigt werden, dass der vermutete Bindungsmechanismus über eine Ga-O-C-Brückenbindung bei den GaN-Oberflächen entsteht.