Lokale Laserablation von Siliziumnitrid auf kristallinen Silizium-Solarwafern und Erzeugung eines Nickel-Seedlayers. - 95 S. Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2010
In dieser Arbeit wurde mit Ultrakurzpuls-Laser mit unterschiedlichen Laserparametern die Siliziumnitrid-Antireflexionsschicht (a-SiNx:H) von texturierten, damage-geätzten und polierten Siliziumsolarwafern lokal in Form von Teststrukturen geöffnet. Anschließend wurde ein Nickel-Seedlayer erzeugt. Dafür wurden zwei außenstromlos-arbeitende Bäder verglichen. Zur Kontaktformierung wurde in einem weiteren Prozessschritt bei unterschiedlichen Temperaturen in einem Ofen ein Nickelsilizid ausgebildet. Aus Demonstrationszwecken wurde auf dem getemperten Nickel-Seedlayer galvanisch Kupfer und Zinn abgeschieden. Die Schwerpunkte der Arbeit lagen in einer Optimierung der Laser- (Fluenz, Repetitionsfrequenz, Fokus, Strahl-Aufweitung), Nickelabscheide- (Zeit, Temperatur, pH-Wert, Stabilisatorgehalt, Dekapierung) und Temperparameter (Temperatur, Zeit). Hierbei sollten die Laserparameter so eingestellt werden, dass eine möglichst schädigungsfreie Ablation der Siliziumnitrid-Antireflexionsschicht für das unterliegende Substrat mit einem hochdotierten Emitter möglich ist. Die Badparameter und die Vorbehandlungsschritte sollten so angepasst werden, dass mit einer hohen Abscheidungsgeschwindigkeit eine reproduzierbare homogene Nickelschicht mit geringen Leitungswiderständen abgeschieden werden konnte. Bei den Temperparametern sollte ein möglichst geringer Kontaktwiderstand erzeugt werden, bei dem der Emitter nicht geschädigt werden sollte
Herstellung und Charakterisierung transparent leitfähiger ZnO:Al-Schichten auf PET und deren Co-Dotierung mit Indium. - 73 S. Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2010
Transparent leitfähige Oxide finden vor allem in der Optoelektronik vermehrt Anwendung und verbreiten sich spätestens seit der Entwicklung von LCD-Flachbildschirmen weltweit. Dabei wird heutzutage aufgrund der exzellenten elektrischen Eigenschaften vor allem zinndotiertes Indiumoxid (ITO) eingesetzt. Wegen der begrenzten Verfügbarkeit des Metalls Indium wird jedoch seit einiger Zeit an aluminiumdotiertem Zinkoxid (ZnO:Al) als Alternativmaterial geforscht. Im Rahmen dieser Masterarbeit wurde dotiertes Zinkoxid mit Hilfe eines reaktiven Sputterprozesses in einer Rolle-zu-Rolle Laborbeschichtungsanlage am Fraunhofer-Institut für Elektronenstrahl- und Plasmatechnik in Dresden auf PET-Folie abgeschieden. Dabei wurden zwei Themenkomplexe bearbeitet: Zunächst wurde die Schichtabscheidung von ZnO:Al vor allem hinsichtlich Sauerstofffluss, Druck, Leistung und Schichtdicke optimiert, wobei die optischen und elektronischen Eigenschaften im Fokus der Betrachtungen standen. Es konnte unter anderem nachgewiesen werden, dass vor allem bezüglich des Sauerstoffflusses nur ein sehr enges Prozessfenster zu Verfügung steht. In einem zweiten Versuchskomplex wurde das System zusätzlich mit Indium codotiert, um eine weitere Verbesserung der elektronischen Eigenschaften zu erreichen. Dabei wurde ein Rückgang der Streuung an den Korngrenzen mit steigendem Indiumgehalt festgestellt, jedoch ergab sich keine Steigerung der elektrischen Leitfähigkeit um eine gesamte Größenordnung, wie es nach Kirby und van Dover (Thin Solid Films 517, 1958 (2009)) zu erwarten war. Insgesamt wurden durch ein anwendungsnahes Rolle-zu-Rolle-Verfahren Schichten mit einem spezifischen Widerstand von 2,8 x 10-3 Ohm cm und einer Transparenz von 80,2 % abgeschieden. Diese Schichteigenschaften sind mit bereits veröffentlichten Werten aus stationären Laborbeschichtungen vergleichbar und verdeutlichen das Potenzial von ZnO:Al auf polymeren Substraten.
Aufbau und Charakterisierung eines STED-Mikroskopes. - 60 S. : Ilmenau, Techn. Univ., Masterarbeit, 2010
Die Fernfeldmikroskopie ist die einzige optische Methode, die eine Abbildung lebender Organismen in ihrer natürlichen Umgebung ermöglicht. Dabei können mit spezifischen Fluoreszenzfarbstoffen bestimmte biologische Strukturen markiert werden. Die erzielbare Auflösung ist aber physikalisch begrenzt durch die Beugung des Lichtes an der Objektivöffnung und beträgt in lateraler Richtung etwa ein Drittel der Wellenlänge. Durch stimulierte Emission mit zum Anregungslicht rotverschobenem Licht können Fluoreszenzfarbstoffe lokal abgeregt werden (Stimulated Emission Depletion, STED), womit das Beugungslimit fundamental überwunden wird. In der vorliegenden Arbeit wurde ein solches STED-Mikroskop aufgebaut und charakterisiert. Dabei wurde der Aufbau im Vergleich zu bisher realisierten Experimenten in zwei Punkten wesentlich modifiziert: Zur Erzeugung der kurzen Laserpulse in zwei Wellenlängen (eine für die Anregung und eine für die Abregung der Fluoreszenzmoleküle) kam statt des häufig verwendeten Titan-Saphir-Lasers ein modengekoppeltes Faserlasersystem zum Einsatz. Für eine effiziente Abregung müssen die rotverschobenen Pulse zeitlich auf eine Länge von etwa 200 ps zeitlich gedehnt werden. Dafür wurde erstmals in einem STED-Mikroskop ein gechirpter Spiegel verwendet. Der Aufbau zeichnet sich insgesamt durch eine größere Stabilität, einfachere Justage und geringere Betriebs- und Anschaffungskosten aus. Zur Charakterisierung des STED-Mikroskops hinsichtlich der erzielbaren Auflösung wurden Nano-Kristalle eines rot emittierenden Fluoreszenzfarbstoffes verwendet. Damit konnte eine Auflösung von 100 nm in lateraler Richtung sowie 190 nm in Richtung der optischen Achse demonstriert werden, was eine Verbesserung um dem Faktor zwei gegenüber dem beugungsbegrenzten Mikroskop bedeutet.
Gallium implantiertes Silizium mit metallischer Leitfähigkeit. - 69 S. Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2010
Für komplementäre Metall-Oxid-Halbleiter (CMOS) Bauelemente müssen Halbleiterschichten mit niedrigen Widerständen hergestellt werden. Die dafür notwendigen Dotierkonzentrationen liegen oberhalb des Metall-Isolator-Übergangs. Die Supraleitfähigkeit hochdotierter Halbleiter ist ebenfalls von zunehmendem Interesse. Über das Verhalten von Gallium dotiertem Silizium ist jedoch nur wenig bekannt. Es wurden mit hohen Galliumdosen durch eine SiO2 Schutzschicht implantierte Siliziumproben untersucht. Die Struktur der dünnen Schichten und die Umverteilung des Galliums nach Kurzzeitausheilung wurde mit Rutherford Rückstreuspektrometrie und Transmissionselektronenmikroskopie analysiert. Abhängig von der Ausheiltemperatur kommt es zur Polykristallisation oder Festphasenepitaxie. Tieftemperatur Hall-Messungen (T > 2 K) dienen der elektrischen Charakterisierung und dem Nachweis von metallischem Widerstandsverhalten.
One-dimensional hopping transport with nearest-neighbor interactions. - 60 S. Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2010
Im thermischen Gleichgewicht ist die Wahrscheinlichkeit, ein System in einem bestimmten Zustand vorzufinden, durch die Gibbs-Boltzmann-Verteilung gegeben. Allerdings ist dieser Fall in der Natur eher die Ausnahme. Insbesondere sind alle lebenden Organismen angetrieben oder äußeren Triebkräften ausgesetzt. Die statistischen Ensembles des Gleichgewichts sind diesbezüglich nicht mehr anwendbar. Um physikalische Eigenschaften von komplexen Systemen fernab vom thermischen Gleichgewicht zu studieren, wird im großen Maße auf einfache Modellsysteme, wie getriebene Gittergase, zurückgegriffen. Speziell für eindimensionale Gittergase mit Hard-Core-Wechselwirkungen existiert eine Vielzahl analytischer Lösungsmethoden, die zu exakten Resultaten führen. Jedoch versagen diese Verfahren bei der Einführung von zusätzlichen Teilchen-Teilchen-Wechselwirkungen. - In der vorliegenden Arbeit wird gezeigt, wie mittels klassischer Dichtefunktionaltheorie (DFT) und der Idee des lokalen Gleichgewichts dennoch eine Analyse jener Systeme möglich ist. Hierbei werden Nichtgleichgewichtszustände durch Gleichgewichtsverteilungen approximativ beschrieben und auftretende Dichtekorrelationen werden im Sinne der DFT als reine Funktionen von Einteilchendichten ausgedrückt. Dadurch sind makroskopische Größen, wie Ströme, analytisch beschreibbar und lösbare kinetische Gleichungen können aus der entsprechenden Mastergleichung abgeleitet werden. Ausgehend von den Resultaten der DFT ist durch die Erweiterung zur zeitabhängigen Theorie (TDFT) auch die Charakterisierung dynamischer Prozesse, wie die zeitliche Entwicklung von Dichteprofilen, möglich. Die Ergebnisse der TDFT werden mit kinetischen Monte Carlo Simulationen evaluiert. Sowohl die Stromanalyse als auch die Untersuchung der Dichteprofile lassen hierbei eine sehr gute quantitative Übereinstimmung zwischen Theorie und numerischen Experimenten erkennen.
Compact wavelength shift detector for optical sensor read-out. - 60 S. Ilmenau : Techn. Univ., Diplomarbeit, 2010
Die vorliegende Diplomarbeit ist in zwei wesentliche Aufgaben unterteilt. Die erste Aufgabe besteht darin das Konzept eines Detektors für Wellenlängenveränderung, erfunden von PARC (Palo Alto Research Center in Kalifornien/USA), auf den nahen Infrarot Bereich bei 1550nm anzupassen und einen Laboraufbau zu realisieren. Im zweiten Teil wird die Entwicklung eines speziellen Prototyps beschrieben, welcher eine Wellenlängenauflösung kleiner eines Picometers über einen Wellenlängenbereich von 5nm hat. Für den Laboraufbau werden zu erst drei verschiedene handelsübliche linear ortsabhängige Transmissionsfilter charakterisiert und gegenübergestellt, wobei ein Filter für die späteren Messungen selektiert wird. Zur Simulation des Detektors ist ein Programm in Matlab 6.5 programmiert worden, welches den Einfluss der geometrischen Parameter des Detektors auf seine Funktionsweise verständlich macht. Darüber hinaus wird das Programm für die Optimierung des Filters zur Anpassung an den speziellen Wellenlängenbereich des Prototyps genutzt. Das Simulationsprogramm wird mit verschiedenen Umsetzungen des Detektors im Laboraufbau validiert. Für die eigentliche Messung von Wellenlängenänderungen wird ein Faser-Bragg-Gitter-Sensor ausgelesen, wobei eine Änderung von ˜30fm messbar ist. Zur Entwicklung des Prototyps ist ein spezieller Filter nach der Optimierung des Simulationsprogramms angefertigt worden. Die Auswahl aller weiteren Komponenten und die gegenseitige Anordnung sowie Justierung für die Herstellung wird beschrieben. Zuletzt wird der Prototyp charakterisiert und mit den gewünschten Spezifikationen verglichen, welche realisiert werden.
Entwicklung eines Dünnschicht-Akkumulators auf Basis von Polymermaterialien. - 97 S. : Ilmenau, Techn. Univ., Diplomarbeit, 2010
Diese Diplomarbeit bietet eine theoretische Einführung in die Batterietechnik und liefert einen Überblick über die in einer Batterie ablaufenden Prozesse. Des Weiteren werden gängige Batteriesysteme, zum Beispiel Lithium-Ionen-Akkumulatoren, vorgestellt und ihre Funktionsweise wird erklärt. Anhand von während der Arbeit festgelegten Kriterien wird eine Auswahl an Materialien für den Aufbau eines Polymerakkumulators getroffen. Die als Elektrodenmaterialien verwendeten Polymere Polythiophen, Polypyrrol und Polyanilin werden mit Hilfe von Zyklovoltammetrie-Messungen auf ihr Redoxverhalten untersucht. Im Anschluß daran wird das geplante System unter Einsatz von Roll-to-Roll-Verfahren aufgebaut und mit konstanten Lade- und Entladeströmen charakterisiert.
Bestimmung der Energieniveaus von Verunreinigungen in multi-kristallinem Silizium durch temperaturabhängige Carrier-Density-Imaging Messungen. - 100 S. : Ilmenau, Techn. Univ., Diplomarbeit, 2010
Diese Diplomarbeit wurde bei der Schott Solar AG, Alzenau angefertigt. Das Ziel der Arbeit war es, einen Carrier-Density-Imaging (CDI) Messplatz aufzubauen und über eine temperaturabhängige Lebensdauermessung die Energieniveautiefen von Defekten zu bestimmen. Für diese Messungen wurde in der vorliegenden Arbeit erstmals ein CDI Messplatz pixelweise kalibriert, was eine wesentliche Vereinfachung und eine deutliche Zeitersparnis im Vergleich zur bisher in der Literatur vorgeschlagenen Kalibrierung nach J. Isenberg bedeutet. Vor allem bei wechselnden Umgebungsbedingungen kann somit schnell eine neue Kalibrierung durchgeführt werden. Auch wurde gezeigt werden, dass das CDI Messwerte liefert, welche vergleichbar mit den Werten der MWPCD sind. Der Unterschied liegt vor allem in der Messzeit und in der Ortsauflösung. Mit dem CDI, das vergleichbare Ortsauflösungen wie das MWPCD von etwa 50æm liefert, sind erheblich kürzeren Messzeiten möglich. Des Weiteren wird in der Arbeit dargestellt, dass die temperaturabhängigen Lebensdauern durch Defekte in bestimmten Temperaturbereichen exponentiell beeinflusst werden. Effekte, die zur Bildung der typischen temperaturabhängigen Lebensdauerkurve führen, werden erläutert und theoretisch hergeleitet. Mittels einer verfeinerten SRH-Theorie konnte in dieser Arbeit schließlich über den Anstieg im Arrheniusplot die Energieniveautiefe des vorhandenen Defektes bestimmt werden. Hierzu wurde eine Linearisierung nach Ling und Cheng durchgeführt. Die so ermittelten Energieniveautiefen der Eisenverunreinigung stimmen gut mit den angegebenen Werten aus der Literatur (0,39 eV) überein. Ein Problem der durchgeführten Messungen ist, das über Einzelmessungen nur Angaben über die Energieniveautiefe getroffen werden können, nicht jedoch über die Position des Defektniveaus in der oberen oder unteren Bandlückenhälfte. Auch kann keine Aussage über eine Konzentration von Defekten vorgenommen werden. Somit lässt sich nur zeigen, dass ein Defekt vorhanden ist, dies jedoch schon bei geringsten Konzentrationen, was eine solche Messung sehr wirkungsvoll macht. Man muss allerdings bedenken, dass nur der dominierende Defekt gemessen werden kann.
Accelerating the molecular dynamics program LAMMPS using graphics cards' processors and the Nvidia Cuda technology. - Online-Ressource (PDF-Datei: 62 S., 1,63 MB) Ilmenau : Techn. Univ., Bachelorarbeit, 2010
Diese Bachelorarbeit diskutiert die Möglichkeiten und Grenzen einer Erweiterung des weit verbreiteten Molekulardynamik-Programms LAMMPS (dem Large Scale Atomic/Molecular Massive Parallel Simulator), in welcher Simulationen durch das Einbeziehen moderner Grafikkarten - im Rahmen von NVIDIAs Cuda Technologie - beschleunigt werden. Eine eigene Implementierung dient als Grundlage der Diskussion. Die ersten Kapitel wiederholen ausgewählte Aspekte der Molekulardynamik, Lammps und der Cuda Technologie zur Grafikkartenprogrammierung. Darauf aufbauend werden Details der vorgenannten Implementierung diskutiert, wobei verschiedene Strategien zur Kraftberechnung verglichen werden und Methoden zur Vermeidung eines häufigen Datentransfers von und zur Grafikkarte aufgezeigt werden. Der darauf folgende Teil der Arbeit beschäftigt sich mit Geschwindigkeitstests und dem Einfluss von Faktoren wie numerischer Genauigkeit und Systemgröße in typischen Simulationen der Molekulardynamik, wobei die Ergebnisse immer mit jenen der ursprünglichen LAMMPS-Version verglichen werden, die über keine Grafikkartenunterstützung verfügt. Abschließend werden Schlussfolgerungen aus dieser Arbeit vorgestellt und die Implementierung wird mit anderen, ähnlichen Projekten verglichen.
http://www.db-thueringen.de/servlets/DocumentServlet?id=16406
Einfluss der Impulsgruppen auf die präzise Mikromaterialbearbeitung mit leistungsstarken IR-ps-Lasern. - 119 S. Ilmenau : Techn. Univ., Diplomarbeit, 2010
Der Schwerpunkt dieser Arbeit lag auf der experimentellen Untersuchung des Einflusses der Impulsgruppen im Mehrfachimpulsmodus auf die präzise Mikromaterialbearbeitung. Hierbei wird das Abtragsverhalten an den Materialien Messing, Stahl, Borosilikatglas und Silizium untersucht. - Anstatt, dass die Bearbeitung mit Impulszügen mit einem Impuls, welche einen gleichmäßigen Zeitabstand besitzen, erfolgt, werden Impulse in einer periodischen Sequenz von Impulsgruppen emittiert, sogenannten Mehrfachimpulsen (engl.: Burst). Hierzu werden zwei aufeinander folgende Impulsgruppen in die Gruppe A und B aufgeteilt. Die Anzahl der Laserimpulse in den Impulsgruppen A und B können unabhängig voneinander gesetzt werden. Der Impulsabstand zwischen den Impulsen innerhalb einer Impulsgruppe beträgt 20 ns. - Für die Untersuchungen stand ein ps-Lasersystem mit einer Impulsdauer von ca. 10 ps und einer mittleren Ausgangsleistung bis zu 50 W zur Verfügung, welcher bei einer Wellenlänge von 1064 nm operierte. Die Experimente wurden bei einer konstanten mittleren Ausgangsleistung von 10 W (25 W & Pmax) und konstanter Repetitionsrate (200 kHz, 400 kHz, 500 kHz & 1000 kHz) durchgeführt. Die Anzahl der Laserimpulse in den Impulsgruppen A und B wurde jedoch variiert. - Die Auswertung der Ergebnisse erfolgte mit einem Lichtmikroskop für die Ermittlung der Abtragstiefe, einem Weißlichtprofilometer und einem Rasterelektronenmikroskop für die Bestimmung der Oberflächenqualität. - Für die untersuchten Materialien wurde ein unterschiedliches Abtragsverhalten nachgewiesen: Bei Borosilikatglas werden die besten Abtragsergebnisse im Einzelimpulsmodus erzielt. Dagegen werden bei den Materialien Messing, Stahl und Silizium die höchsten Abtragsraten mit größer werdender Impulsanzahl in beiden Impulsgruppen erreicht.