Untersuchung von Einflussfaktoren auf die optischen Eigenschaften von Quarzglas nach der IBF-Bearbeitung. - 83 S. Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2008
Derzeit fertigt die Halbleiterindustrie Mikrochips mit Optiken, die bei einer Wellenlänge von 193 nm arbeiten. Im optischen System sind Linsen aus hochreinem Quarzglas die Herzstücke der Objektive für die Mikrolithographie. Seit bekannt ist, dass die Oberflächen dieser Linsen eine entscheidende Rolle spielen, wurde der Oberflächenbearbeitung besondere Aufmerksamkeit geschenkt. Nachdem die Oberflächen zunächst durch eine Grob- und Feinformgebung vorbereitet wurden, werden sie in den finalen Prozessschritten einer ultrapräzisen Strahlbearbeitung unterworfen. - In diesem Zusammenhang untersucht die vorliegende Arbeit verschiedene Faktoren, die die optischen Eigenschaften des Quarzglases nach der Strahlbearbeitung im nm-Bereich beeinflussen. Die Einflussfaktoren werden mithilfe von Methoden der statistischen Versuchsplanung und -durchführung untersucht. Das angestrebte Ziel ist eine Verbesserung der transmittiven Eigenschaften im Sinne einer höheren Lichtausbeute. - In der vorliegenden Arbeit werden zwei voneinander verschiedene Experimente auf der Grundlage von internen Prozessketten geplant und durchgeführt. Einerseits wird die sich an die Strahlbearbeitung anschließende Reinigung modifiziert. Andererseits werden die Parameter der Strahlbearbeitung hinsichtlich einer Prozessverbesserung bezüglich der resultierenden optischen Eigenschaften variiert. Beide experimentellen Reihen liefern relevante Informationen bezüglich der Annahme erforderlicher Materialbearbeitungsschritte, um die optischen Eigenschaften der transmittiven Optiken für die Mikrolithographie zu optimieren.
Untersuchung von Shunts in Dünnschichtmodulen mit Hilfe der Lock-In Thermografie. - 48 S. Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2008
Die Produktion von Dünnschichtsolarmodulen befindet sich derzeit in einem Aufwärtstrend, dessen Ziel die Konkurrenzfähigkeit zu waferbasierten Photovoltaikmodulen ist. Bei der Herstellung solcher Module treten verschiedene Defekte auf, welche die Leistungsfähigkeit negativ beeinflussen. Neben lokalen Leckströmen durch das Material treten vor allem Inhomogenitäten der elektrischen Parameter aufgrund der großflächigen Abscheideprozesse von Verbindungshalbleitern auf. Mit Hilfe der Lock-In Thermografie (LIT) ist es möglich daraus resultierende Verlustleistungen ortsaufgelöst zu messen und so diese Problemstellen zu lokalisieren. In der vorliegenden Arbeit wird untersucht, welche Anwendungsmöglichkeiten der LIT sich bei großflächigen Dünnschichtsolarmodulen ergeben, da solche Untersuchungen bisher hauptsächlich an waferbasierten Solarzellen vorgenommen wurden. Dabei werden zunächst wesentliche Parametereinflüsse der vorhandenen Messapparatur diskutiert. Es wird gezeigt, dass es mit Hilfe verschiedener Infrarot-Objektive möglich ist, sowohl großflächige Inhomogenitäten zu detektieren als auch punktförmige Leckströme genau zu lokalisieren, um sie mit weiteren Methoden charakterisieren zu können. Als eine qualitative Auswertemöglichkeit der Daten ergibt sich außerdem die thermische Messung lokaler IV-Charakteristiken.
Dreidimensionale Charakterisierung der Plasmadriften im Experiment VINETA. - 37 S. Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2008
Am MPI für Plasmaphysik wird das lineare Laborexperiment VINETA betrieben, das der Grundlagenforschung auf dem Gebiet elektromagnetischer Plasmawellen und Instabilitäten dient. Die Plasmaheizung erfolgt mittels Helikonwellen, wodurch ein Niedertemperaturplasma hoher Plasmadichte erzeugt wird. Einen Schwerpunkt der Untersuchungen stellt die Driftwellenturbulenz dar, die eine entscheidende Rolle im Kontext des anomalen Transports in magnetisierten Plasmen spielt. Die turbulenten Fluktuationen in der Plasmadichte und des Plasmapotentials zeichnen sich durch die Bildung transienter raumzeitlicher Strukturen aus. Ihre Propagationseigenschaft und damit ihr Beitrag zum Plasmatransport senkrecht zum einschließenden Magnetfeld ist eine zentrale Fragestellung, die wesentlich durch die Flüssigkeitsdriften aufgrund der Plasmaprofile beeinflusst wird. Ziel der Bachelorarbeit ist die dreidimensionale Charakterisierung der zeitgemittelten Flüssigkeitsdriften in VINETA. Dies beinhaltet die hochaufgelöste Messung von Profilen der Plasmadichte, Elektronentemperatur und des Plasmapotentials mittels Sondentechniken zur Quantifizierung der Drift-geschwindigkeiten. Besonderes Augenmerk soll dabei auf Charakterisierung von Gradienten in den Geschwindikeitsprofilen gelegt werden, die zu einer Geschwindigkeitsverscherung führen können.
Charakterisierung der Eigenschaften freier Ladungsträger in ZnO anhand von Hall- und Mikro-Hall-Messungen. - 33 S. : Ilmenau, Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2008
Ladungsträgerkonzentration und -mobilität des ZnO werden durch Auswertung des Hall-Effekts an ZnO-Dünnfilmen auf Korundsubstrat untersucht. Eine Weiterentwicklung der Messmethode wird angestrebt. Es wird angenommen, dass die Dicke des abgeschiedenen ZnO-Films nicht überall auf der Substratoberfläche gleich groß ist. Diese Tatsache kann die Ergebnisse der Hall-Messungen erheblich beeinflussen, denn eine konstante Schichtdicke ist eine der Voraussetzungen für die Durchführung einer Hall-Messung. Auf einer verkleinerten Fläche ist die Dickenänderung u. U. marginal. Des Weiteren wird angenommen, dass die Diffusion der Al-Atome in das ZnO aus dem Substrat lateral inhomogen verteilt ist, wodurch die Messresultate auch beeinflusst werden können. Daraus lässt sich eine Vermutung aufstellen, dass durch eine Verkleinerung der untersuchten Dünnfilmfläche auch deren laterale Homogenität beeinflusst werden kann. In der vorliegenden Arbeit werden die Ergebnisse der Hall-Messungen an den Proben zwei verschiedener Größen - 1x1 cmø und 350x350 æmø - verglichen.
Ortsaufgelöste Lumineszenzmessungen an polymeren Solarzellen. - 53 S. Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2008
Solarzellen auf der Basis konjugierter Polymere, kurz polymere Solarzellen, stellen eine preiswerte Alternative und Ergänzung der Photovoltaiktechnologien dar. Gegenwärtig werden für Zellen aus einfachen Mischschichten Wirkungsgrade von bis zu 5% erreicht. Das Auftreten lokaler Defekte und deren Einfluss auf die Funktionalität polymerer Solarzellen blieben bisher ununtersucht, wodurch die Verminderung derartiger Defekte das Potential zur Wirkungsgradsteigerung besitzt. Da außerdem organische Materialien besonders anfällig für chemische Reaktionen mit ihrer Umwelt sind, ist die Stabilität über einen Zeitraum von einigen Monaten bis hin zu Jahren noch ungewiss. Dem liegen Effekte verschiedener Ursachen zu Grunde, deren Gesamtheit als Degradation bezeichnet wird und die für den schleichenden und dauerhaften Verlust der Zellfunktionalität verantwortlich sind. - In der vorliegenden Arbeit wird eine neue Methode verwendet, die die Beobachtung derartiger Effekte auf der Skala von 10 æm bis 100 æm möglich macht. Diese Messmethode greift an der strahlenden Rekombination von Ladungsträgern, die durch eine angelegte Spannung injiziert werden. Die so erzeugte Lumineszenzstrahlung wird mittels CCD-Kamera detektiert, wodurch die laterale Auflösung des Lumineszenzsignals erreicht wird. - Auf Basis derartiger Messungen konnte erfolgreich der Einfluss von Verunreinigungen auf die Stabilität polymerer Solarzellen, sowie deren Degradationsverhalten untersucht werden. Auch konnte gezeigt werden, dass sich die Methode zur schnellen und zerstörungsfreien Charakterisierung polymerer Solarzellen hinsichtlich ihrer lateralen Beschaffenheit anwenden lässt, womit auch zukünftig die Weiterentwicklung des Herstellungsprozesses gezielt vorangetrieben werden kann.
Rekonstruktion von reflektierenden Freiformflächen mittels phasenmessender Deflektometrie. - 55 S. Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2008
Über optische Messverfahren, wie beispielsweise der Streifenprojektion, gelingt heutzutage eine zuverlässige Rekonstruktion diffus streuender Objektoberflächen. Messgenauigkeiten von wenigen Mikrometern sind Stand der Technik. Bei Objekten mit spiegelnden Oberflächen versagen jedoch diese Messmethoden, denn ein Beobachter nimmt nicht die spiegelnde Oberfläche selbst war, sondern nur deren Wirkung. - Mittels phasenmessender Deflektometrie ist dennoch eine berührungslose Oberflächenmessung möglich. Die primäre Messgröße ist dabei die lokale Neigung. Eine eindeutige Rekonstruktion der Oberfläche ist hingegen ohne Zusatzwissen nicht zu erwarten. Unter Verwendung des Reflexionsgesetzes und mit der Annahme, dass die zu rekonstruierende Oberfläche hinreichend glatt ist, findet man eine Differentialgleichung, deren Lösungsraum unter anderem die gesuchte Oberfläche beinhaltet. Aus der Stereoansicht resultieren schließlich zwei Differentialgleichungen, deren gemeinsame Lösung die wirkliche Oberfläche repräsentiert. - In der vorliegenden Arbeit wird gezeigt, wie mittels phasenmessender Deflektometrie in Verbindung mit zwei Beobachtungskameras eine präzise Rekonstruktion spiegelnder Freiformflächen sowohl in Simulationsumgebungen als auch unter realen Bedingungen möglich ist.
Untersuchungen zur Prozessstabilität der Vorderseitenkontaktierung von monokristallinen Silizium-Solarzellen mit Hilfe des Siebdrucks. - 68 S. Ilmenau : Techn. Univ., Diplomarbeit, 2008
Die vorliegende Arbeit befasst sich mit einigen Einflussgrößen auf die Vorderseitenkontaktierung von monokristallinen Siliziumsolarzellen mit Hilfe des Siebdrucks. Der Hauptschwerpunkt lag in der Bestimmung der Toleranzen für eine geplante Siebeingangskontrolle, die von vornherein Siebe mit nicht zu tolerierender Fingerbreite sowie Siebdicke reklamiert. Dazu musste zuerst der Einfluss der Druckparameter bestimmt werden. Eine Veränderung der Rakelgeschwindigkeit und des Absprungs in den hier beschriebenen Fällen zeigte keine Änderung der elektrischen Daten. Bei der Rakeldruckänderung auf 83% des Ausgangszustandes konnte hingegen eine drastische Erhöhung des Serienwiderstandes beobachtet werden. Die Gegenüberstellung der Siebdruckanlagen offenbarte keinen signifikanten Einfluss. - Der Vergleich der Siebe von zwei Siebherstellern stellte heraus, dass die Siebe des Siebherstellers B im Schnitt bessere Zellen erzeugten. Dies lag an der höheren waferseitigen Fingerbreite, die breitere und höhere Finger auf den Zellen bewirkte und somit zwar eine höhere Abschattung verursachte, aber gleichzeitig die ohmschen Verluste durch den höheren Fingerquerschnitt minimierte. - Toleranzen für die geplante Siebeingangskontrolle ließen sich auf Grund der großen Standardabweichungen und den kleinen Messwertunterschieden nicht erstellen.
Einfluss der Kompensation auf den Hall-Widerstand von dotiertem Silizium bei tiefen Temperaturen. - 73 S. Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2008
Silizium ist das derzeit am weitesten verbreitete Material zur Herstellung von Solarzellen. Es besteht ein großes Interesse an der Charakterisierung dieses Ausgangsmaterials bezüglich der Qualität und insbesondere von Verunreinigungen bereits vor der Prozessierung der Zellen. Dafür ist ein breites Spektrum an Untersuchungsmethoden bekannt, wobei mit jeder Methode auf verschiedene Parameter des zu untersuchenden Materials geschlossen werden kann. Eine dieser Methoden ist die temperaturabhängige Bestimmung des Hall-Koeffizienten. Dieser ermöglicht bei nicht entarteten Halbleitern Rückschlüsse auf die Ladungsträgerkonzentration. Aus dem Verlauf der Ladungsträgerkonzentration über der Temperatur kann auf die Dotierung und auf die Kompensation geschlossen werden. Weiterhin ist es möglich, die Aktivierungsenergie der Majoritätsladungsträger zu bestimmen. Andererseits ist es möglich, die Ladungsträgerdichte in einem Halbleiter für jede Temperatur zu berechnen. Grundlage hierfür ist das Modell der Bewegung der Ladungsträger mit effektiven Massen in den Bändern der Halbleiter (Effektive Massentheorie). Mit dieser bekannten Ladungsträgerdichte kann der zu erwartende Hall-Koeffizient berechnet werden. Diese Arbeit fasst die theoretischen Grundlagen zur Behandlung flacher Störstellen in nicht entartetem Silizium zusammen und stellt einen Algorithmus vor, wie die temperaturabhängige Ladungsträgerkonzentration berechnet werden kann. Es wird weiterhin gezeigt, wie diese theoretischen Zusammenhänge in der Auswertung experimenteller Daten genutzt werden können.
Theorie und Simulation des Dreipuls-Photonechos. - 96 S. Ilmenau : Techn. Univ., Diplomarbeit, 2008
Das Dreipuls-Photonecho (3PPE) ist eine Methode der nichtlinearen optischen Spektroskopie, mit der die Dynamik eines elektronischen Systems im Bad (z.B. Farbstoff in Lösung) selbst bei starker inhomogener Verbreiterung untersucht werden kann. Die aus dem 3PPE gewonnene Photonecho-Peakshift (PEPS) ist dafür in besonderer Weise geeignet. Zur angemessenen Interpretation der experimentellen Daten ist ein tief greifendes theoretisches Verständnis von großem Nutzen. Dabei sind besonders auch die realen experimentellen Bedingungen, z.B. die endliche Dauer der das Materialsystem anregenden ultrakurzen Laserpulse zu berücksichtigen. Zur Vertiefung des theoretischen Verständnisses erfolgt zunächst eine umfassende Darstellung der theoretischen Grundlagen des 3PPE. Anschließend werden systematisch die Zusammenhänge zwischen den in das Materialmodell eingehenden Parametern und dem 3PPE-Signal zunächst für die Anregung mit Deltapulsen untersucht. Hierbei kommt der (Phononen-) Spektraldichte des Bades und ihrer Fouriertransformierten, der Bad-Korrelationsfunktion, eine Schlüsselrolle zu. In vorliegender Arbeit wurde (i) das 3PPE für verschiedene Modellspektraldichten berechnet und interpretiert. (ii) Die Proportionalität zwischen PEPS und Bad-Korrelationsfunktion wurde bestätigt. (iii) Der Zusammenhang zwischen der inhomogenen Verbreiterung des elektronischen Systems und dem 3PPE-Signal konnte erstmals schlüssig erklärt werden. Desweiteren wurden Berechnungen für die Anregung mit endlichen Pulsen durchgeführt. Der enorm hohe Rechenaufwand konnte durch hochgradige Parallelisierung mittels "Compute Unified Device Architecture" (CUDA) auf einer NVIDIA-Graphikkarte bewältigt werden. Die berechneten Größen können direkt mit dem Experiment verglichen werden. So findet man beispielsweise für das 3PPE und der PEPS von Nilblau in Methanol gute Übereinstimmung mit experimentellen Daten.
Wachstum und Analyse von Graphen auf verschiedenen Nickeloberflächen. - 131 S. Ilmenau : Techn. Univ., Diplomarbeit, 2008
Graphen ist eine der vielversprechendsten Entwicklungen der letzten Jahre auf dem Gebiet der Festkörperphysik. Die zweidimensionale Graphitstruktur zeigt einzigartige physikalische und elektronische Eigenschaften, die u.a. einen revolutionären Einsatz auf dem Gebiet der Halbleiterelektronik versprechen. Die kontrollierte Synthese, Isolierung und elektrische Kontaktierung stellen auf dem Weg zu realen Anwendungen das größte Hindernis dar. In dieser Arbeit wurde die Synthese mittels epitaktischem Wachstum auf verschiedenen Nickelsubstratoberflächen untersucht. Der besondere Schwerpunkt der Arbeit liegt in dem Vergleich des Graphitwachstums auf der idealen einkristallinen Ni(111)- und einer realen polykristallinen Nickel-Oberfläche. Die grundsätzlichen Adsorptionseigenschaften und die katalytische Reaktivität der beiden Oberflächen wurden durch Adsorption von Kohlenmonoxid (CO) und Propen (C3H6) charakterisiert. - Hochauflösende-Elektronen-Energie-Verlust-Spektroskopie (HREELS), röntgenstrahlinduzierte Photoelektronenspektroskopie (XPS) und Beugung mit langsamen Elektronen (LEED) ermöglichten die Erfassung der relevanten Unterschiede der Wechselwirkungseigenschaften beider Oberflächen. Durch die Methode des epitaktischen Wachstums wurde auf der Ni(111)-Oberfläche monolagiges Graphen und auf der polykristallinen Oberfläche eine mehrlagige Graphitstruktur identiziert. Die Unterschiede der erzeugten graphitischen Strukturen, die sich insbesondere in der Oberflächen-Phononen-Dispersionsrelation zeigen, wurden dargestellt und diskutiert.