Studienabschlussarbeiten

For the purpose of fluorescence ratiometric determination of the oxygen partial pressure, a chemical sensor with two embedded fluorochromes is employed. The main-fluorochrome interacts with oxygen from the air and emits fluorescence radiation within the spectral region of red. This emissivity process depends on the partial pressure of the oxygen mentioned before. The reference-fluorochromes fluorescence intensity is not being affected by the analyte and is determined to be within the green spectral region. Therefore, a wavelength-ratiometric method can be realized, that minimizes different parasitic drags, e.g. an heterogeneous distribution of fluorochrome inside the chemical sensor. The fluorescence intensity of the main-fluorochrome in the red and that of the reference-fluorochrome in the green spectral area are detected by two independent color channels. To carry out a reasonably wavelength-ratiometric measuring, the behavior of these channels has to be analyzed by methods of image processing. Precluding the impact of the real chemical sensor, two ideal chemical sensors come into action. Thereby, any color channel can be operated separately and provides an optimal response for each individual spectral sensitivity. The grey values of the red and the green channels show a linear course within specific intervals depending on the integration time. Thereby the red channel is more sensitive than the green at same integration times. For wavelength-ratiometric measurements the linear functions of any of the channels were being adjusted to each other. Moreover, an algorithm to automatically determine specific color channel intervals was developed. Thus the manual examination is applicable. In this essay calibration curves were plotted with the help of the real chemical sensor and those imaging processed color channels. This was accomplished by a variety of partial pressures of oxygen as well as different temperature values. In conclusion and with the help of the achieved measurement results the entire camera system was being evaluated in order to apply it by means of future imaging data solutions.

Eine lateral auflösende Messmethode wurde aufgebaut und zur schnellen und vielfältigen Charakterisierung von organischen Solarzellen genutzt. Die Messmethodik basiert auf der ortsaufgelösten Detektion der vom organischen Halbleiter emittierten Lumineszenzstrahlung mit einer hochempfindlichen CCD Kamera und wird daher als 'Bildgebende Lumineszenzanalyse' bezeichnet. Durch kombinierte elektrische und optische Anregung des photoaktiven organischen Materials wurde eine qualitative und quantitative Unterscheidung zwischen Degradation der Ladungsträger-injizierenden Elektroden und des Licht absorbierenden bzw. emittierenden organischen Halbleiters erreicht. Darüber hinaus wurde ein Stabilitäts-Messplatz aufgebaut, um die Lebensdauer hergestellter Solarzellen unter kontinuierlicher Beleuchtung und periodisch erfolgender automatischer Strom-Spannungs-Charakterisierung zu bestimmen. Dabei zeigte sich, dass die Kombination aus Bildgebender Lumineszenzanalyse und Stabilitätsuntersuchung tiefere Einblicke in die Ursachen und Auswirkungen von Degradationsmechanismen in organischen Solarzellen ermöglichen. Darüber hinaus konnte zum ersten Mal in einer Langzeitstudie sowohl qualitativ als auch quantitativ zwischen Degradation des organischen Mediums und des Metall/Halbleiter-Kontaktes unterschieden werden. Für die quantitative Beschreibung des inhomogenen Elektrolumineszenz-Profils wurde ein Modell basierend auf der Dünnschicht-Solarzellenarchitektur entwickelt. Maßgeblich ist dabei die Berücksichtigung des Flächenwiderstands des semitransparenten leitfähigen Oxids. Die Anwendung dieses Mikro-Dioden-Modells, bestehend aus einem Netzwerk miteinander verbundener Dioden und Widerstände, erlaubt die Charakterisierung des Flächenwiderstands der semitransparenten Elektrode sowie die Bestimmung der lokalen Strom-Spannungs-Kennlinie frei von Serienwiderstandseffekten. Die Erweitung des Mikro-Dioden-Modells auf den Fall der beleuchteten Solarzelle erlaubt darüber hinaus die Vorhersage lateraler Strom- und Spannungsverteilungen der Solarzelle unter Beleuchtung. Dabei wurde gezeigt, dass eine niedrige Leitfähigkeit der Elektroden nicht nur zu resistiven, d.h. Jouleschen Leistungsverlusten führt, sondern auch zu Leistungsverlusten aufgrund eines inhomogenen Stromerzeugungsprofils. Diese Ergebnisse liefern letztlich wesentliche Rückschlüsse auf die Geometrie-abhängige Effizienz von Dünnschicht-Solarzellen, bspw. der Polymer-Solarzelle wie sie im Rahmen dieser Arbeit untersucht wurde.

Abgesehen von einer steten Miniaturisierung, getrieben durch "Moore's Law", bildet sich in der heutigen Zeit ein weiterer Zweig in der Entwicklung der Halbleitertechnologie aus. Der "More than Moore" genannte Trend beschreibt dabei eine Ausweitung der beabsichtigten Anwendungen und Einsatzgebiete weg von einer reinen Schaltkreisherstellung, hin zu einer Integration von Datenverarbeitung und Sensorik, einschließlich einer Einbindung von mikromechanischen Systemen (MEMS). Um den Anforderungen moderner Applikationen gerecht zu werden, erfordert dies den Einsatz neuer Materialen, wie zum Beispiel Gruppe-III-Nitriden (GaN, AlGaN). Damit einhergehend ist eine Steigerung des Anspruchs und der Komplexität der Vernetzung und Integration solcher neuartigen Bauelemente und Strukturen. Es bestehen daher Bedarf und Interesse an einer Erforschung dieser Materialsysteme. Im Rahmen dieser Arbeit wurden elektrische Kontakte zu niederdimensionalen Elektronengasen (2DEG) in AlGaN/GaN-Heterostrukturen, welche zum Bespiel bei ionensensitive Feldeffekttransistoren (ISFET) eingesetzt werden können, evaluiert. Mittels einem auf Titan und Aluminium basierenden Mehrschichtsystem ist es möglich niedrige Kontaktwiderstände zu erzielen. Allerdings kommt es hierbei durch das Schmelzen des Aluminiums während des thermischen Prozessierens zu einer starken Durchmischung der Metallisierung. Dies resultiert in einer sehr rauen Oberfläche, was wiederum die Stabilität und die Zuverlässigkeit der Kontakte beeinflusst. Durch den Einsatz von gesputterten Ti/TiN-Kontakten können ebenfalls niedrige Kontaktwiderstände (1,8E-5 Omega cm2) erreicht werden, jedoch mit einer stark reduzierten Oberflächenrauheit (1,8 nm rms) im Vergleich zu den bisherigen Ti/Al/Ti/Au-Kontakten (2,8E-4 Omega cm2; bis zu 44 nm rms). Im Gegensatz zu vielen Veröffentlichungen zu Mehrschichtsystemen konnte mit dieser Arbeit eine einfache Methode zur Optimierung von Kontakten auf AlGaN/GaN-Heterostrukturen demonstriert werden.

Solarzellen werden zur Umwandlung von Sonnen-Energie in elektrische Energie verwendet. Die Rentabilität einer Solarzelle wird unter Anderem durch den Wirkungsgrad definiert. Dieser ist von der Güte des p-n-Übergangs der Zelle und folglich von der Diffusion der Dotant-Atome aus den Silikat-Gläsern abhängig. - Zur Optimierung des Diffusions-Prozesses und des p-n-Übergangs, ist es notwendig ein Maß für die Bor- und Phosphor-Konzentration in den Silikat-Gläsern zu finden. Es sind verschiedene Veröffentlichungen zu Messungen an Silikat-Gläsern bekannt, doch fehlen systematische Untersuchungen zur Quantifizierung der Konzentrationen. - In dieser Arbeit werden Boro- und Phosphorsilikatgläser mit Fourier-Transform-Infrarot-Spektroskopie charakterisiert. Dabei werden unterschiedliche Herstellungsverfahren und Diffusions-Prozesse verglichen, sowie ein quantitativer Zusammenhang zwischen der Bor beziehungsweise Phosphor-Konzentration in den Silikatgläsern und der Absorption hergestellt. Es werden verschiedene äußere und instrumentelle Einflüsse beachtet und die Einwirkung von Wasser auf die Silikatgläser untersucht.

The present bachelor thesis deals with the derivation of an approximation formula for the block-block entanglement in a one-dimensional inhomogeneous Fermi-Hubbard model. The method is based on the local-density and gradient-expansionapproximations commonly utilized in ab-initio density functional theory. We study blocks, consisting of 2, 3 and 4 sites, in a chain of 10 sites with periodic boundary conditions and two localized, adjacent impurity sites with adjustable potentials from strongly attractive to strongly repulsive. The entanglement between a block and the remaining sites is quantified via the von Neumann entropy. This entanglement measure is calculated, on the one hand, exactly via a Lanczos diagonalization, and, on the other hand, approximated via our DFT-inspired methods. The results of both approaches are compared to the exact data, to validate our approximations. First, entropies averaged over all possible blocks, are investigated, where the LDA-like approach is confirmed to be a good approximation. Second, analyzing the entropy of specific blocks shows that a GEA-like approach gives better results then. We find unexpected behavior in certain parameter-regimes, e.g. a monotonous relation between the impurity strength and the entanglement, when there is at least one site in between the impurities and the block.