Physikalische Technik, Informatik
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Herstellung und Charakterisierung von Silizium-Nanostrukturen für die Gewinnung von Wasserstoff
(2014)
Es wurde eine Methode zur Wasserstoffgewinnung mit Silizium-Nanostrukturen vorgestellt und bewertet. Die wichtigsten Erkenntnisse sollen in diesem Abschnitt noch einmal zusammengefasst dargestellt werden. Das nasschemische und elektrochemische Ätzen bietet eine einfache und kostengünstige Methode um Silizium-Nanodrähte und poröses Silizium herzustellen. Außerdem lassen sich Silizium-Nanodrähte auch über das Vapor-Liquid-Solid-Verfahren erzeugen. Dieser Prozess ist aber technologisch und zeitlich deutlich aufwendiger. Die erzeugten Nanostrukturen unterschieden sich deutlich in ihrer Morphologie. Aber besonders mit dem MAWCE-Prozess lässt sich die Oberflächenstruktur über die gewählten Prozessparameter einstellen. Dies beeinflusst auch direkt den Reflexionsgrad der Oberfläche. Alle Nanostrukturen heben sich hierbei dadurch hervor, dass sie im UV-Bereich eine bis zu 60 % reduzierte Reflexion aufweisen. Mit geschickt gewählten Ätzparametern lassen sich aber auch Strukturen erzeugen, die in einem spektralen Bereich von 300
Die vorliegende Masterarbeit beschäftigt sich mit dem Design und Aufbau eines Berichtswesens für die Volkswagen Sachsen GmbH, welches auf SAP BusinessObjects basiert und der werksspezifischen Aufwertung von Fertigungs- und Qualitätsdaten im Fahrzeugwerk Zwickau dient. Die Lösung dieser Aufgabe wurde in drei Schritten realisiert. Die erste Phase beinhaltete dabei die Analyse der Systemlandschaft, die Analyse von Vorgaben, die Aufnahme der Kundenanforderungen und die Erstellung einer Anforderungsspezifikation an das Berichtswesen. In der nachfolgenden Designphase erfolgte, basierend auf den Ergebnissen der Analysephase, der Entwurf eines ausgewogenen und strukturierten Konzeptes für den Aufbau des Berichtswesens, welches verschiedene Aspekte betrachtet und das Vorgehen zur späteren Umsetzung festlegt. Berücksichtigt werden dabei die Definition zu erstellender Berichte, der Zugriff auf die Datenbasis, ein Konzept zur Verwaltung von Berichts-Metadaten, eine Webanwendung zum Zugriff auf Berichte, der Entwurf eines einheitlichen Layouts/Look & Feel sowie ein vorläufiges Betriebs- und Support-konzept. Die dritte Phase beinhaltete die praktische Realisierung des Großteils der Design-entwürfe unter SAP BusinessObjects 4.0. Die Webanwendung wurde mit Java und JavaServer Pages implementiert. Die Ergebnisse der Arbeit sind ein vollständiges Konzept zum Aufbau eines Berichts-wesens sowie dessen prototypische Realisierung. Es wird bereits im Arbeitsprozess eingesetzt und bietet dennoch vielfältige Erweiterungsansätze.
Die Doppelseitenpolitur (DSP) ist ein wichtiger Bearbeitungsschritt bei der Herstellung von Siliziumwafern, welcher zur Planarisierung der Waferoberfläche und Entfernung der Restdefekte der vorhergehenden Schritte benutzt wird. Im Rahmen dieser Arbeit wurden die Ursachen für die während der DSP-Politur auftretenden Geräusche im Bereich von ca. 850 Hz untersucht, die auf den Stick-Slip- (Haft-Gleit-) Effekt zurückzuführen sind. Die Geräusche wurden aufgenommen und mittels FFT-Analyse charakterisiert. Für den Wafer wurde ein FEM-Modell erstellt, mit dessen Hilfe eine Eigenfrequenzanalyse durchgeführt worden ist. Es wurde nachgewiesen, dass die Frequenz der untersuchten Geräusche der Eigenfrequenz des Wafers entspricht. Des Weiteren wurde festgestellt, dass die Poliermittelfilmdicke hauptsächlich für das Auftreten des Stick-Slips und damit für die Anregung des Wafers maßgebend ist. Abschließend wird ein Modell zur Entstehung des Stick-Slip Effektes bei DSP erstellt und beschrieben.
Ferroelectric doped hafnium oxide might be able to revive the ferroelectric memory as a candidate for future non-volatile memories. Recent publications have reported ferroelectricity in HfO2 films deposited via physical vapor deposition (PVD) and thermal atomic layer deposition (ALD). Within this thesis, such layers have been fabricated by a plasma enhanced ALD process for the first time. Using an O2 remote plasma to oxidize TEMAHf and TMAl, respectively, Al:HfO2 stacks with different compositions have been deposited. Sputter deposited TiN was used as bottom and top electrode to form metal-insulator-metal capacitors. Compared to the PVD or thermal ALD films reported in literature, the plasma enhanced ALD films exhibited one to two orders higher leakage current at 1 V. The root of this higher leakage are oxygen vacancies as well as carbon and nitrogen impurities in the range of several at%. Despite the consequential perturbing effects, the main trends reported earlier are discernable. Just these perturbing effects turn out to substantiate the current explanation of a ferroelectric phase as route source for the observed electrical behavior.
Superkontinuumslichtquellen revolutionierten in den letzten Jahren viele Bereiche der opti-schen Messtechnik, wie zum Beispiel Mikroskopie und optische Kohärenztomografie. Die fehlende Möglichkeit der Modulation und die Stabilität der bestehenden Systeme limitieren die Einsatzmöglichkeiten. Ziel dieser Arbeit war die Entwicklung einer direkt steuerbaren Laserquelle mit geeigneten Parametern zur Erzeugung eines breitbandigen Spektrums in mik-rostrukturierten Fasern. Die erforderlichen Laserparameter, speziell die Pulslängen und Puls-spitzenleistungen sowie die daraus resultierende Konversionseffizienz wurden anhand bestehender passiv gütegeschalteter Festkörperlasersysteme ermittelt und als Zielgrößen für das zu entwickelnde System festgelegt. Der Einsatz einer Laserdiode, welche mit Hilfe eines hierfür entwickelten Kontrollers repro-duzierbar Nanosekundenpulse mit einer Repetitionsrate bis in den MHz-Bereich emittiert, ermöglicht eine direkte Ansteuerung des Systems. Die Signale der Laserdiode wurden in ei-nem zweistufigen Faserverstärker auf den erforderlichen Leistungsbereich verstärkt, in eine mikrostrukturierte Faser gekoppelt und ein breitbandiges Spektrum generiert. Eine breite Auswahl erforderlicher Komponenten des Faserverstärkers wurden evaluiert und deren An-ordnung optimiert. Mit Hilfe dieser Komponenten konnte das Gesamtsystem hinsichtlich der spektralen Leistungsdichte bei unterschiedlichen Repetitionsraten und unter Nutzung ver-schiedener mikrostrukturierter Fasern charakterisiert werden.
Diese Arbeit beschreibt die Entwicklung eines Kommunikationsservers zum Abgleich von Datenhaltungssystemen unter Nutzung des .NET-Frameworks. Die Arbeit soll aufzeigen, welche Probleme bei der Entwicklung der Architektur zu lösen sind und worauf bei der Implementierung zu achten ist. An diversen Stellen werden alternative Umsetzungsmöglichkeiten aufgezeigt, sowie am Ende ein Ausblick gegeben, wie die Entwicklung fortzusetzen ist.
In der vorliegenden Arbeit wurde die plasmaunterstützte Atomlagenabscheidung (PEALD) von Wolfram(VI)-oxid und Titan(IV)-oxid untersucht. Als Präkursoren für die WO3-Abscheidung dienten WF6 und H2O-Plasma. TiCl4 wurde für die TiO2-Abscheidung von H2O- und O2-Plasmen oxidiert. Die Abscheidung selbst wie auch die Schichteigenschaften wurden in Abhängigkeit von Substrattemperatur, Druck und Zyklenzahl untersucht. Das Plasma wurde hinsichtlich Gas-zusammensetzung und Druck variiert und charakterisiert. Alle Prozesse konnten durch die Plasmaunterstützung bei niedrigen Temperaturen bis zur Raumtemperatur realisiert werden. WO3, das bisher nicht mit WF6 dargestellt werden konnte, ist nur bei niedrigen Temperaturen bis etwa 140 °C abscheidbar. Titandioxid zeigt unter Verwendung des Wasserdampfplasmas, im Gegensatz zu der Verwendung von O2-Plasma, die gleichen Charakteristika wie sie von der thermischen ALD bekannt sind. Die Wachstumsrate pro Zyklus (GPC) ist gegenüber vergleichbaren thermischen Prozessen größer. Sauerstoffplasma-Prozesse zeigen keine große Temperaturabhängigkeit und reduzieren die zur Kristallisation (Anatas) benötigte Temperatur deutlich. Die Schichten sind frei von durch den Präkursor verursachten Verunreinigungen.
Gegenstand der vorliegenden Arbeit ist die Lichtausbreitung in einstellbaren Mikroringresonatoren. Mikroringresonatoren sind Mikrostrukturen mit mindestens einer geschlossenen Wellenleiterstruktur und einem geraden Wellenleiter (Buswellenleiter). Auf Grund des Resonatoraufbaus besitzen Ringresonatoren die Eigenschaft Licht entsprechend der Wellenlänge zu filtern. Inhalt dieser Arbeit ist die Entwicklung eines einstellbaren optischen Mikroringresonators in Vernier-Anordnung. Die Vernier-Anordnung zeichnet sich durch einen seriellen Aufbau von mindestens zwei Ringen mit einer geringen Radiusdifferenz aus. Der daraus resultierende Vernier-Effekt verursacht eine Vergrößerung des Abstandes der einzelnen Peaks im Resonanz-spektrum. Dieser Effekt kann im Fall eines einstellbaren Mikroringresonators für die Vergrößerung des Einstellbereiches genutzt werden. Durch Anlegen eines elektrischen Feldes an einen Mikroringresonator mit elektro-optischen Kern kann eine feldabhängige Variation des Brechungsindex erreicht werden. Somit ist eine Veränderung der Resonanzfrequenz des Ringes, Frequenzabstimmung, realisierbar. In dieser Arbeit besteht der Wellenleiterkern aus einem thermotropen Flüssigkristall. Simulationen der Designparametern wie Ringradien und Koppelbereichbreiten konnten mittels Transfermatrixmethode und Finite-Elemente-Methode (FEM) für Mikroringresonatoren in Vernier-Anordnung durchgeführt werden. Die Resultate zeigten, dass Mikroringresonatoren mit zwei bis vier Ringen optimale Filtereigenschaften besitzen. Die Herstellung des optischen Bauteils erfolgt mit Standardprozessen der Siliziumtechnologie. In dieser Arbeit wurden die Lithographiemasken unter Berücksichtigung der simulierten Designparameter entworfen. Die Lithographiemasken beinhalten zusätzliche Strukturen die relevant für ein optimiertes Montagekonzept von flüssigkristallbefüllten Wellenleiter sind. Eine Verschiebung der Resonanzfrequenz, auf Grund der Änderung des Brechungsindexes des Wellenleitermaterials, konnte experimental an Einringresonatoren nachgewiesen werden. Als oberer Wellenleitermantel wurden unterschiedlichen Flüssigkeiten eingesetzt.
Lithiumtitanat-Elektroden finden in schnellladefähigen Lithiumionen-Akkumulatoren Anwendung. Aus der hohen Potenziallage gegenüber den herkömmlichen Graphitelektroden resultiert eine höhere Toleranz für Überspannungen und eine bessere Effizienz auch bei hohen Ladeströmen. Mit einer entsprechenden Gegenelektrode hergestellte Akkumulatorzellen können damit häufig in weniger als 20 Minuten geladen werden und gelten als Hochleistungszellen. Zusätzlich haben diese Zellen eine besonders hohe Lebensdauer von über 10 000 Zyklen. Herstellungsparamter wie Pastenzusammensetzung, Schichtdicke und Verdichtung nehmen auf die Hochstromfähigkeit der Lithiumtitanat-Elektrode Einfluss. Um diese zu quantifizieren sind Parameter gezielt ausgehend von einer Referenzkonfiguration variiert worden. Für die Charakterisierung sind hauptsächlich der Innenwiderstand und die nutzbare Entladekapazität bei höheren Stromraten betrachtet worden. Es konnte herausgestellt werden, dass die elektronische Leitfähigkeit des halbleitenden Lithiumtitanat den Innenwiderstand der Elektrode maßgeblich bestimmt, woraus eine exponentielle Temperaturabhängigkeit resultiert. Der Transport der Lithiumionen innerhalb der Elektrode, aber auch im Elektrolyten findet ausreichend schnell statt, sodass bei den durchgeführten Messungen keine transportlimitierten Effekte beobachtet werden konnten. Durch Verdichtung der Elektroden wurde die elektrische Leitfähigkeit der Elektroden weiter verbessert, ohne sich negativ auf die Ionenleitfähigkeit innerhalb des Kristalls auszuwirken. Eine weitere Leistungssteigerung konnte durch Erhöhung des Kohlenstoff-Binder-Verhältnisses und Verringerung der Schichtdicke erzielt werden. Eine Stabilitätsmessung über 500 Zyklen wurde durchgeführt und Alterungseffekte gezielt provoziert. Damit konnten Erkenntnisse über den sicheren Betrieb und Arbeitsbereich von Lithiumtitanat-Elektroden gewonnen werden.
