Publications

Engert, Sonja; Granzner, Ralf; Schwierz, Frank; Töpfer, Hannes
Mathematische Modellierung charakteristischer Rauscheinflüsse auf MOSFET-Transistoren. - In: DPG-Frühjahrstagung 2013, 2013, MP 1.2

Silizium-MOSFETs gehören zu den Grundelementen in integrierten Logikschaltungen. Ein gebräuchlicher Weg zur Steigerung der Energieeffizienz ist die Verringerung der Signalpegel, was zu dem sogenannten Subthreshold-Betrieb führt. Ein Vorteil dieser Maßnahme ist, dass sie auf die gebräuchlichen Strukturen angewendet werden kann. Allerdings führt die Verringerung des Signalpegels zur Verschlechterung des Signal-Rausch-Verhältnisses. Für jeden Transistor lassen sich ein Ein- und ein Aus-Zustand als zwei beliebige Punkte auf der Übertragungskennlinie definieren. In dieser Arbeit wurden zwei verschiedene Rauscharten hinsichtlich der Auswirkung auf diese Zustände mathematisch untersucht. Das thermische Rauschen ist, wurde als gaußverteiltes Ausgangssignal (Drain-Strom) modelliert. Es beeinflusst das Zustandsverhalten im gesamten Bereich der Gatespannung. Das Random-Telegraph-Rauschen (RTN) wird durch Traps an der Grenzfläche zwischen Gateoxid und Kanal verursacht, welche entsprechend der Ladungsträgerstatistik entweder geladen oder neutral sein können. Es bewirkt ein zufälliges Hin- und Herschalten des Drainstromes zwischen zwei festen Pegeln bei konstanter Gatespannung. Dieser Rauscheinfluss wirkt entweder auf den Ein- oder auf den Aus-Zustand, je nach Polarisierung des Traps. Es wird eine Methode demonstriert, anhand derer sich Aussagen treffen lassen, in welchem Bereich die Gatespannung bei bekannten Transistoreigenschaften und RTN-Pegel liegen darf.

Ebert, Reschad; Wiederhold, Andreas;
High resolution Lorentzforce velocimetry in weakly conducting fluids by use of Halbach-Magnet-Arrays :
Auflösungserhöhung der Lorentzkraft-Anemometrie für schwach leitfähige Fluide durch Einsatz von Halbach-Magnet-Arrays. - In: Lasermethoden in der Strömungsmesstechnik, (2013), S. 26-1-26-5

Gramß, Michael;
Experimentelle Untersuchungen zur Kalibrierung von Lorentzkraft-Anemometern für die Durchflussmessung in Flüssigmetallströmungen bei metallurgischen Hochtemperaturprozessen, 2013. - Online-Ressource (PDF-Datei: 93 Bl., 3, 74 MB) : Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2013
Parallel als Druckausg. erschienen

Die Arbeit beschäftigt sich mit experimentellen Untersuchungen zur Kalibrierung von Lorentzkraft-Anemometern in Flüssigmetallströmungen. Ein Lorentzkraft-Anemometer ist ein elektromagnetisches Durchflussmessgerät, das an der TU Ilmenau entwickelt wird. Mit diesem Gerät ist es möglich, berührungsfrei Durchflüsse in heißen und aggressiven Medien, wie Flüssigmetallschmelzen zu messen. Ein Lorentzkraft-Anemometer besteht aus einem Magnetsystem, das mit einem Kraftsensor gekoppelt ist. Die durch die Wechselwirkung des Magnetfeldes mit der strömenden Metallschmelze entstehende Kraft ist proportional zum Durchfluss. Daneben beeinflussen aber noch zahlreiche andere Faktoren, wie die magnetische Flussdichte des Magnetsystems oder die elektrische Leitfähigkeit der Schmelze, das Messergebnis. Deshalb ist eine Kalibrierung des Systems notwendig. Erste Testmessungen in der Industrie zeigten, dass die trockene Kalibrierung, bei der die Schmelze in einer Gießrinne durch Festkörper mit festgelegter Breite und verschiedenen Höhen modelliert wird, um eine nasse Kalibrierung ergänzt werden muss. Eine Hypothese ist, dass die Ergebnisse der trockenen Kalibrierung in die Ergebnisse der nassen Kalibrierung überführt werden können, wenn ein einziges Lorentzkraft-Anemometer der gleichen Charge mit trockener und nasser Kalibrierung untersucht wird. Für die Kalibrierung des Gerätes wurden zwei Versuchsanlagen geplant, aufgebaut und instrumentiert. Mit Hilfe der sogenannten trockenen Kalibrierung können grundlegende Einflussfaktoren auf die gemessene Kraft des Lorentzkraft-Anemometers untersucht werden. Der Versuchsaufbau der trockenen Kalibrierung wurde weiterentwickelt und verbessert. Für die nächste Generation von Lorentzkraft-Anemometern wurde die Anlage neu konstruiert und aufgebaut. Der Durchfluss wird bei dieser Methode durch Variation der Geschwindigkeit der Probekörper und durch verschiedene Höhen der Probekörper verändert. Damit ergibt sich eine Abhängigkeit der Lorentzkraft von der Strömungsgeschwindigkeit und von der Höhe des durchströmten Volumens. Es stellt sich eine lineare Abhängigkeit der Kraft von der Strömungsgeschwindigkeit ein. Es werden Kraftwerte bis 4,5N gemessen. Die Höhe des durchströmten Volumens zeigt eine nichtlineare, kubische Abhängigkeit. Die elektrische Leitfähigkeit ist direkt proportional zur erzeugten Kraft. Für die sogenannte nasse Kalibrierung wurde die Versuchsanlage LiTinCa geplant, aufgebaut und instrumentiert. Diese Anlage arbeitet mit Reinzinn bei Temperaturen zwischen 240˚C und 380˚C. In dieser Anlage können Strömungsgeschwindigkeit und die Höhe des durchströmten Volumens aufgrund der vorherrschenden Gerinneströmung nicht getrennt betrachtet werden. Es wird deshalb der Massenstrom für die Betrachtungen herangezogen. Erste Ergebnisse zeigen eine lineare Abhängigkeit zwischen Kraft und Massenstrom. Es werden Kraftwerte bis 2,5N verzeichnet. Die Ergebnisse der trockenen Kalibrierung und der nassen Kalibrierung werden verglichen und daraus Schlussfolgerungen und Verbesserungsvorschläge erarbeitet. Es können bereits tendenzielle Übereinstimmungen festgestellt werden, die die Hypothese einer Überführbarkeit der Ergebnisse unterstützen. Um aber eine endgültige Aussage über die Überführbarkeit der trockenen in nasse Kalibrierung treffen zu können, sollten weitere Untersuchungen unter Berücksichtigung der Verbesserungsvorschläge angestellt werden. Weiterhin wurde die Grundlagenforschschungsanlage Tintelo geplant und aufgebaut. Hier wird Zinn bei 400˚C in einem geschlossenen Ringkanal verwendet. An der horizontalen Testsektion der Anlage können, im Gegensatz zu LiTinCa, Untersuchungen an Lorentzkraft-Anemometer mit kontinuierlicher Flüssigmetallströmung durchgeführt werden. Dadurch werden Kalibrierungen mit längeren Messzeiten möglich. Aus Zeitgründen konnten hier noch keine Messungen erfolgen.

http://www.db-thueringen.de/servlets/DocumentServlet?id=23345

Heinicke, Christiane;
Röntgenblick dank Mini-Magnet. - In: Klaus Tschira Preis für verständliche Wissenschaft, (2013), S. 10-13

Dubovikova, Nataliia; Kolesnikov, Yuri; Karcher, Christian;
Contactless flow control and flow measurement in liquid metals using a combination of an electromagnetic pump and a Lorentz force torque sensor. - In: Workshop Elektroprozesstechnik, (2013), 11, insges. 7 S.