Degree theses

Ionenleitende Gläser haben für viele Anwendungen, wie beispielsweise Festkörperbatterien, eine grosse Bedeutung. Ein grundlegendes Verständnis ihrer Leitungsmechanismen unterstützt die Entwicklung verbesserter Materialien. Zwei Methoden, die dafür in den letzten Jahren verwendet wurden, sind Molekulardynamik (MD)-Simulationen und Bindungsvalenz (BV) -Rechnungen, die beide eine Bestimmung von Diffusionspfaden der mobilen Ionen ermöglichen. Die Güte der BV-Methode ist mit Hinblick auf Gläser nicht klar, daher testen wir sie gegen MD-Simulationen von Lithium-Silikat-Gläsern. Es stellt sich heraus, dass die BV-Methode zwar ungeeignet ist um Li-Ionenplätze zu identifizieren, aber Teile des Diffusionspfades erfassen kann. Die teilweise Übereinstimmung von MD- und BV-Diffusionspfad beruht grösstenteils auf der Verwendung von Ausschlussradien um die Netzwerkatome. Zusätzlich werden Dichtefunktionalrechnungen von grossen LISON- [Li2SO4(N)] und Lithium-Metaborat- [Li2O-B2O3] Clustern durchgeführt, um molekulare Konfiguration zu erzeugen, die gute Repräsentanten lokaler Strukturen in Gläsern sind. Diese werden durch den Vergleich theoretischer und experimenteller Spektren evaluiert. Struktureigenschaften der Cluster werden untersucht und eine gute Übereinstimmung der verglichenen Spektren einiger Konfigurationen gezeigt. Erstmals wird gezeigt, dass Stickstoff in LISON Clustern Brücken zwischen SO3N2 & Anionen ausbildet. Es ist wahrscheinlich, dass dieser Mechanismus verantwortlich ist für die Bildung einer amorphen LISON Dünnfilmschicht beim Sputtern von Lithiumsulfat mit Stickstoff.

Seit dem Ende des 19. Jahrhunderts erlaubt die Galvanotechnik durch die elektrochemische Abscheidung dünner Schichten eine gezielte Verbesserung der Oberflächeneigenschaften von Produkten. Die mit der fortschreitenden Technisierung und zunehmenden Miniaturisierung steigenden Anforderungen an die Qualität der erzeugten Überzüge können meist nur mit neuen innovativen Beschichtungsverfahren erfüllt werden. Ein solches galvanisches Spezialverfahren ist die selektive hartmagnetische Kobaltabscheidung, wie es die Firma Dr. Kubitz Umwelt- und Galvanotechnik realisiert. Bei der Herstellung dieser Kobaltschicht, die die magnetische Speicherung von Orts-Informationen und überdies die Steuerung sowie die Kontrolle bewegter Teile gestattet, wird eine den Galvanikprozess fördernde Elektrolytbewegung durch die Rotation der Kathode gewährleistet. Der dadurch induzierte Strömungszustand beeinflusst die Güte der abgeschiedenen Kobaltspur signifikant und war Gegenstand der Untersuchungen in der vorliegenden Arbeit. - Direkte experimentelle Messungen der Strömungsverhältnisse in einer Elektrolytlösung sind in der Regel relativ aufwändig und kaum ohne Beeinflussung der Strömung selbst durchzuführen. Deshalb hat sich vor allem in der jüngeren Vergangenheit mit der Verfügbarkeit immer leistungsfähigerer Rechner die numerische Simulation als Modellierungswerkzeug hervorgetan, erlaubt sie es doch, Strömungen auch schwieriger Geometrien mit verhältnismäßig geringem Aufwand hinreichend exakt wiederzugeben. - In der vorliegenden Arbeit wird mit numerischen Simulationen auf der Grundlage des Programmpaketes FLUENT untersucht, welche Einflüsse die durch die Kathodenrotation hervorgerufenen Zwangsströmungen im Elektrolytbad in Abhängigkeit von der die Kathoden-Drehzahl charakterisierenden Reynolds-Zahl einerseits und vom Aspektverhältnis des Beckens andererseits haben. - Dabei widmet sich das Kapitel 2 der Herstellung galvanischer Schichten. Die Galvanotechnik wird kurz vorgestellt. Im Kapitel 3 werden die theoretischen Hintergründe numerischer Strömungssimulationen erläutert. Die zur Simulation verwendete Software FLUENT wird im Kapitel 4 umrissen. Die im Rahmen dieser Arbeit durchgeführten Strömungssimulationen werden im Kapitel 5 behandelt. Die Ergebnisse werden diskutiert und denkbare Folgeszenarien besprochen. Einer abschließenden Zusammenfassung der Ergebnisse widmet sich das Kapitel 6.

In der vorliegenden Arbeit wurden Messungen an levitierten Tröpfchen wässriger Lösungen verschiedener Substanzen in einer elektrodynamischen Tröpfchenfalle vorgestellt. Hierfür wurde eine Apparatur verwendet, die es gestattet Tröpfchen mit einem Durchmesser von berührungsfrei über einen langen Zeitraum zu speichern. Dabei kann in der Falle Temperatur und Feuchte in bestimmten Bereichen frei gewählt werden. Zur Untersuchung von Phasenübergängen in diesen Tröpfchen wurden Gewichtsänderungen, die direkt mit der Haltespannung gekoppelt sind, verwendet. Dabei wurde auf der einen Seite die Nukleation einer festen Phase aus der übersättigten Flüssigkeit und auf der anderen Seite das Auflösen der festen Partikel untersucht. Es wurden folgende Ergebnisse erzielt: 1. Es konnte festgestellt werden, dass es bei ausreichend tiefen Temperaturen, in diesem Fall -20˚C, eine Wechselwirkung zwischen Effloreszenz und einem Gefrierprozess bei gibt. Bei -10˚C wurde diese Wechselwirkung nicht beobachtet, dort erfolgte ausschließlich Effloreszenz. 2. Die temperaturabhängige Messung der Deliqueszenz von ergab einen Anstieg der DRH mit steigender Temperatur. Das widerspricht sowohl der Theorie, als auch Messungen die von anderen Gruppen bei Temperaturen >0˚C durchgeführt wurden. 3. Die Messung von Gemischen aus Ammoniumsulfat und 2 Dicarbonsäuren ergab eine Temperaturabhängigkeit der DRH in Lösungen mit unterschiedlichen Konzentrationsverhältnissen. 4. Zusammenfassend kann für die Messungen von Ammoniumsulfat in Verbindung mit den Dicarbonsäuren folgendes gesagt werden: Die Verringerung der Deliqueszenzfeuchte von Ammoniumsulfat bei Zugabe einer Dicarbonsäure hat insofern Bedeutung für Vorgänge in der Atmosphäre, als dass ein hygroskopisches Wachstum bei gemischten Partikel früher einsetzt und somit zu größeren Tröpfchen führt. Diese haben wiederum einen anderen Einfluss auf den Strahlungshaushalt der Atmosphäre. Die oben beschriebenen Ergebnisse zeigen, dass die Messung der Effloreszenz und Deliqueszenz von anorganischen und organischen Substanzen mit dem beschriebenen Aufbau möglich ist. Sie zeigen aber auch, dass zum Teil noch viele weitere Messungen durchgeführt werden müssen, um aussagekräftige Ergebnisse liefern zu können.

In dieser Arbeit werden optische Untersuchungen an blau emittierenden LED-Strukturen basierend auf drei InGaN/GaN Quantengräben (QW) mit Braggreflektor beschrieben. Verspannungen, elektrische Felder, die Bestimmung der Indiumkonzentration sowie Eigenschaften des Braggreflektors bilden die Eckpunkte der Arbeit. Photolumineszenz- (PL), Photoreflexion- (PR), Elektroreflexion- (ER) sowie Photostrommessungen (PC) wurden verwendet. Die Messungen wurden bei Raumtemperatur (RT) entlang der zölligen Wafer durchgeführt. Probenstücke aus Rand- und Mittelbereich wurden temperaturabhängig von T=5K bis RT untersucht. Gegenstand der Untersuchungen war zum einen die abschließende GaN-Deckschicht der Proben, zum anderen der Multiquantengraben. Durch Vergleich der A-Exzitonenergie (aus PL) der GaN-Deckschicht mit einer unverspannten mittels HVPE hergestellten GaN-Probe wurden die Verspannungen gewonnen. Es zeigt sich eine kompressive Verspannung, die entlang der untersuchten Wafer nahezu konstant und temperaturunabhängig ist. Die aus der Verspannungsanalyse gewonnene Gitterkonstante (a=0,3189nm) floss in die theoretischen Betrachtungen ein, die erhaltene Bandlücke von GaN (Eg=3,467eV) in die experimentelle Bestimmung der Oberflächenfelder. Die Höhe und der Verlauf der Feldstärke über der Spannung wurde durch Auswertung der Franz-Keldysh-Oszillationen (FKO) der PR und ER ermittelt. Aus den Oberflächenfeldern wurde die Dotierung der GaN-Deckschicht gewonnen (1*10^(16)-2*10^(16)), sowie eine Abschätzung der dadurch am QW wirkenden Felder (einige 10kV/cm). ER und PC lieferten die Flachbandspannungen der GaN-Deckschicht und des QW. Reflektivitätsmessungen zeigten zum Rand der Proben hin eine Abnahme und eine Verschiebung des Reflektivitätsmaximums zu höheren Energien, aufgrund abnehmender Schichtdicken des Braggreflektors. Die QW-Signale aus ER, PR und PL lieferten durch Vergleich mit theoretischen Betrachtungen die In-Konzentration (ca. 5-10%) und den In-Gradient. Als theoretische Grundlage für die Bestimmung des In-Gehaltes diente ein verkippter QW. Verspannungen sowie Feldeinflüsse wurden in diesem Modell mitberücksichtigt. Die wirkenden Felder im QW (im Bereich MV/cm) wurden über die Polarisationszustände der InGaN- und GaN-Schichten abgeschätzt. Dafür wurden zwei Parametersätze der piezoelektrischen und der Elastizitätskonstanten diskutiert.

Ziel dieser Arbeit ist die Untersuchung einer alternativen Druckform mit den Methoden XPS (Röntgen-Photoelektronenspektroskopie), AFM (Rasterkraftmikroskopie) und UV-NIR-Ellipsometrie für den Einsatz in der Offsetdrucktechnologie. Hierbei wurden verschiedene Präparationzustände von Titandioxid charakterisiert. Besonderem Augenmerk galt dem Verhalten der Gummierung auf hydrophoben und hydrophilen Oberflächen, die für den Druckprozess essentiell sind. Auch der Einsatz mit alternativen organischen Chemikalien als Ersatz für die etablierte Gummierung wurde mit Hilfe verschiedener Druckversuche getestet. Dadurch kann die Beschreibung des System vereinfacht und der Zugang zu Optimierungen verbessert werden.