Studienabschlussarbeiten

Photolumineszenz-Messungen erlauben die Bewertung der optoelektronischen Eigenschaften unterschiedlicher Halbleiter, die in Solarzellen Verwendung finden. Insbesondere eignet sich die Methode der zeitaufgelösten Photolumineszenz (engl. Time-Resolved Photoluminescence TRPL), um die Minoritätsladungsträger-Lebensdauern von unter anderen III-V Verbindungshalbleitern zu bestimmen und somit die Rekombinationseigenschaften zu evaluieren. In dieser Arbeit wurde der TRPL Messplatz entscheidend verbessert, um nicht nur die ortsaufgelöste Vermessung von planaren Solarzellstrukturen, sondern auch Ladungsträger-Lebensdauern in Nanodrähten für die Photovoltaik zu untersuchen. Dazu wurde die Ortsauflösung der Apparatur bis nahe an das Beugungslimit verbessert und eine Zeitauflösung im ps Bereich erreicht. Der modifizierte Aufbau ermöglicht die Untersuchung der Rekombinationseigenschaften an unterschiedlich präparierten Nanodrahtstrukturen mit geringen Ladungsträger-Lebensdauern.

Gegenstand dieser Arbeit ist die Modellierung der Moiré-Struktur von Graphen auf Iridium(111) durch künstlich verkleinerte Superzellen mit Hilfe der Dichtefunktionaltheorie (DFT). Das Graphen-Iridium-System weist eine Superzelle von 25,1 Å x 25,1 Å auf, die somit mehrere hundert Atome enthält. Weil DFT-Berechnungen der experimentell beobachteten Struktur nur noch mit Hochleistungscomputern möglich sind, gibt es in der Literatur nur wenige theoretische Untersuchungen, welche den Einfluss des Substrats auf die entstandene Überstruktur berücksichtigen. Das Substrat ist jedoch gerade bei Defekten, wie Monovakanzen und einzelnen Adatomen, äußerst wichtig, da diese nach substratfreien Berechnungen unkoordinierte Bindungen und somit lokale magnetische Momente besitzen sollen. Durch das Einführen des Substrats als möglichen Bindungspartner könnte dieses Verhalten jedoch fundamental geändert werden. Zur Modellierung einer solchen Überstruktur wird durch das Anpassen der Gitterkonstante des Substrats eine künstlich verkleinerte Superzelle geschaffen, die weniger Atome enthält und besser berechenbar ist. Da diese reduzierten Superzellen ebenfalls eine chemische Modulation der Graphenschicht durch das Substrat aufweisen, sollten sie eine gute Näherung für die im Experiment auftretenden physikalischen Effekte darstellen. Die berechneten Systeme werden abhängig vom Gleichgewichtsabstand der Graphenlage und des Iridiums in stark und schwach interagierende System unterteilt. Diese besitzen jeweils einen charakteristischen Abstand beider Materialien und eine typische Wellung des Graphens. Durch die verschieden stark interagierenden Systeme kann ein Großteil der experimentell bestimmten Eigenschaften der Moiré-Struktur reproduziert werden. Die Untersuchung von Vakanzen in physisorbierten Systemen liefert Rekonstruktionen vergleichbar mit der einer Vakanzen im freien Graphen. In den chemisorbierten Systemen werden dagegen, anhängig von der Position der jeweiligen Vakanz, drei verschiedene geometrische Rekonstruktion und daraus resultierende elektronische Strukturen gefunden. Mit deren Hilfe kann sowohl die Geometrie als auch die räumliche Verteilung der experimentell beobachteten Vakanzen erklärt werden. Für Adatome werden bereits vorliegende Ergebnisse aus der Adsorption von Metallclustern bzw. Molekülen auf Graphen auf Iridium(111) reproduziert.

Wir beobachten experimentell die monomodale Übertragung von breitbandigen Terahertz-Pulsen in neuartigen flexiblen helikalen Wellenleitern. Die Messungen wurden mit zeitaufgelöster Terahertz-Spektroskopie durchgeführt und stimmen sehr gut überein mit unseren Finite-Differenzen Simulationen im Zeitbereich. Im Frequenzband von 0.4 THz bis 0.9 THz zeigen die Wellenleiter für Innendurchmesser von 4 mm und 5 mm jeweils einen konstanten Abschwächungskoeffizienten von 0.11 cm-1 und 0.17 cm-1. Die gemessenen Zeitsignale weisen darauf hin, dass der THz-Puls im Zentrum des helikalen Wellenleiters geführt wird. Dies wird quantitativ durch die gemessenen Brechungsindizes für die Phase bestätigt, deren Wert sehr nahe bei Eins liegt. Im Bereich von 0.4 THz bis 0.9 THz wurde eine nahezu vernachlässigbare Dispersion für die gemessenen helikalen Wellenleiter beobachtet. Zusätzlich hat sich gezeigt, dass im Frequenzbereich von 0.4 THz bis 0.9 THz die Eigenschaften der helikalen Wellenleiter unabhängig von der Steigung sind, vorausgesetzt die Steigung ist größer als der Drahtdurchmesser.

Undotierte sowie aluminiumdotierte Zinkoxid-Schichten (ZnO und ZnO:Al) wurden mit einer Rezeptstruktur nach dem Vorbild der Atomlagenabscheidung (ALD) in einer Anlage für metallorganische Gasphasenprozesse (MOCVD) auf Glas- und Saphirproben hergestellt. Die strukturellen, stöchiometrischen, optischen und elektrischen Eigenschaften der Schichten wurden in Abhängigkeit zum Aluminiumgehalt von 0 at.% bis 5 at.%, zur ALD-Superkreisanzahl von 10 bis 40 und zur Wachstumstemperatur von 200 ˚C bis 225 ˚C untersucht. Zur Abschätzung der Qualität und Zweckmäßigkeit des neuartigen Wachstumprozesses der Schichten erfolgte ein umfassender Vergleich mit etablierten Herstellungsverfahren. Für einen Aluminiumgehalt von 2% und einer Wachstumstemperatur von 225 ˚C ergaben sich die besten Eigenschaften für eine optoelektronische Anwendung der selbst gewachsenen ZnO:Al-Schichten mit einem spezifischen Widerstand von 1,6*10E-3 [Omega]cm, einer effektiven Nettodotierung von 2,6*10E20 cm -3 einer Mobilität von 15,2 cm^2 /Vs und einer Transmission über 80%. Die Beschichtung von dreidimensionalen III-V Halbleiterstrukturen mit ZnO:Al als Frontkontakt stand ebenfalls im Fokus dieser Arbeit. Die Untersuchung des dreidimensionalen Schichtwachstums mit einem Hinterschnittexperiment zeigte eine porenfreie und homogene Benetzung der gesamten strukturierten Oberfläche sowie eine Winkeltreue der ZnO:Al-Schichten von 0,74. Weitere Abscheidungen auf schwarzem Silizium und auf Nanodrähten aus Galliumarsenid weisen in den Bildern der Rasterelektronenmikroskopie ein erfolgreiches dreidimensionales Wachstum auf, was die Nutzung der ZnO:Al-Schichten als Frontkontakt bestätigt.

Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit dem Zusammenwirken der Rheologie und der magnetischen Kernresonanz (NMR), das oftmals als Rheo-NMR bezeichnet wird. Es wurden die transversale Protonenrelaxation für Lösungen von Polyacrylamid (PAA) und Ketchup mit einer Fequenz von 11,7 MHz gemessen. Hierbei konnte ein Einfluss von Scheerung auf die Relaxation beobachtet werden. Die NMR wird anhand eines Vektormodells beschrieben und die Grundzüge der Rheologie werden behandelt. Die Ergebnisse der Messungen werden dargestellt und diskutiert. Es wurden T2-Messungen für verschiedene PAA-Lösungen in schwerem Wasser, sowie für verschiedener Ketchup-Proben, in Abhängigkeit der Scherrate durchgeführt.