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    <completedYear>2008</completedYear>
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    <completedDate>2008-10-16</completedDate>
    <publishedDate>--</publishedDate>
    <thesisDateAccepted>2008-09-25</thesisDateAccepted>
    <title language="eng">Ultra-thin films of a ferroelectric copolymer: P(VDF-TrFE)</title>
    <title language="deu">Ultra-dünne Schichten des ferroelektrischen Polymers P(VDF-TrFE)</title>
    <abstract language="eng">Spin-cast films of the ferroelectric copolymer P(VDF-TrFE) are attractive for various applications. For such films the question arises whether there exists a depending on film thickness of ferroelectric functionality. In this work, ultra-thin films of P(VDF-TrFE) up to 0.35nm of thickness have been successfully spin coated, which is quite promising in respect of low cost approach in the electronic industry. This thesis focuses on the preparation of the ultra-thin P(VDF-TrFE) copolymer film and its characterizations to find out a scientific guideline for the suitable application as a non-volatile memory element. Therefore, the ultra-thin film preparations have been investigated initially. Optimization of annealing parameters has been done to get the ferroelectric beta phase and thickness determination is also done carefully. The copolymer layer thickness could be determined down to about 0.35 nm. Photoelectron spectroscopy is used extensively for the characterization of the thin film. Eventually, longer time X-ray irradiation of the P(VDF-TrFE) sample may cause a phase change from ferroelectric to paraelectric. Therefore the X-ray irradiation time was also optimized. With photoelectron spectroscopy, the interface chemistry of the P(VDF-TrFE) copolymer and different electrode materials was studied. The interfaces aluminum/P(VDF-TrFE) and PEDOT:PSS/P(VDF-TrFE) are compared. PEDOT:PSS is a conducting polymer, Poly(3,4-ethylenedioxidethiophene): poly(styrenesulfonate). This data suggested that an interface layer is formed for electrodes, made of aluminum. An interface reaction occurs in both cases: for aluminum as top and as bottom electrode. In contract, the organic PEDOT:PSS electrode shows no chemical interaction with the P(VDF-TrFE) copolymer. The much lower reactivity of organic electrode, compare to aluminum, gives a direct hint to improved functional properties of thin organic ferroelectric films. In terms of a low cost approach for electronics, based on organic devices, the introduction of organic non volatile memories is of great importance. P(VDF-TrFE) copolymer is the material with a very hopeful perspective. In next part electrical measurements with P(VDF-TrFE) have been done. By capacitance voltage measurements, the ferroelectric behavior of the polymer by measurements at elevated temperatures (Curie-Point) is confirmed, a threshold for remanent poalrization for films below 100 nm is found, if aluminum electrodes are used, but with inert electrodes, a downscaling of a low coercitive field was possible down to ten nm. This is very important, because due to the high coercitive field of the copolymer (&gt;50 MV/m), ultrathin films for low operation voltages are needed. A prerequisite for memory applications is a high retention time, this was also confirmed. By the help of Near edge X-ray Absorption Spectroscopy (NEXAFS) the possible ferroelectric dipole orientation have been also investigated. The average dipole orientation (perpendicular to the substrate) is observed up to 0.35 nm P(VDF-TrFE) copolymer films when PEDOT:PSS/Si substrate is used. The ferroelectric properties of ultrathin films down to a layer thickness of 10nm were characterized using spectroscopic (F1s NEXAFS) and electrical methods (Capacitance voltage). The results indicates an extrinsic switching mechanism with a much lower opera-tion voltage than for a collective intrinsic switching. Both independent methods agree that there is no critical thickness for spincoated copolymer films down to 10 nm, if an adapted system of electrodes is used.</abstract>
    <abstract language="deu">Dünne durch Spin Coating abgeschiedene Filme des ferroelektrischen Copolymers P(VDF-TrFE) sind attraktiv für viele Anwendungen. Für diese Filme stellt sich die Frage, ob eine Abhängigkeit der ferroelektrischen Funktionalität von der Schichtdicke des ferroelektrischen Materials existiert. In dieser Arbeit wurden erfolgreich ultradünne P(VDF-TrFE)-Schichten herunter bis zu einer Dicke von 0.35 nm abgeschieden, was als sehr aussichtsreich für „low-cost“-Ansätze in der elektronischen Industrie anzusehen ist. Diese Arbeit fokussiert auf die Präparation und Charakterisierung von ultradünnen P(VDF-TrFE)-Schichten, um eine wissenschaftliche Orientierung für mögliche nichtflüchtige Speicheranwendungen zu erarbeiten. Anfangs wird zunächst die Präparation dargestellt. Dabei wird speziell auf die Optimierung der Temperparameter eingegangen. Die Bestimmung der Schichtdicke des Copolymers kann sehr präzise für die untersuchten ultradünnen Schichten durchgeführt werden. Ausführlich wurde in der Arbeit die Charakterisierung der Filme mit der Photoelektronenspektroskopie durchgeführt. Dabei wurde zusätzlich festgestellt, dass für längere Röntgenstrahlungsexpositionszeiten der Filme eine Phasenumwandlung von der ferroelektrischen zur paraelektrischen Phase stattfinden kann. Deshalb wurde die Bestrahlungszeit hinsichtlich der unverfälschten Auswertbarkeit der spektroskopischen Ergebnisse optimiert. Mit der Photoelektronenspektroskopie wurde die Grenzflächenchemie zwischen P(VDF-TrFE) und verschiedenen Elektrodenmaterialien untersucht. Die Grenzflächen von Aluminium/P(VDF-TrFE) und PEDOT:PSS/P(VDF-TrFE) wurden verglichen. PEDOT:PSS (Poly(3,4-Ethylendioxithioph):Poly(Styrensulfonat) ist ein leitfähiges Polymer. Die Daten zeigen, dass sich eine Grenzflächenschicht bei Aluminiumelektroden bildet, eine Grenzflächenreaktion zeigt sich sowohl für Top- als auch für Bottomelektroden. Im Gegensatz dazu zeigt das organische PEDOT:PSS keine chemische Wechselwirkung mit dem P(VDF-TrFE). Dies zeigt eine verbesserte Funktionalität von dünnen organischen ferroelektrischen Filmen. Für “low-cost”- Ansätze der Elektronik, die auf organischen Bauelementen basiert, ist die Einführung von organischen nichtflüchtigen Speichern von großer Bedeutung. P(VDF-TrFE) Copolymer ist ein Material mit einer sehr hoffnungsvollen Perspektive. Ergebnisse elektrischer Messungen an P(VDF-TrFE)-Schichten werden in einem weiteren Abschnitt dieser Arbeit dargestellt. Mit Kapazitäts-Spannungsmessungen (CV) bei erhöhten Temperaturen wird der Curie-Punkt untersucht. Bei der Benutzung von Aluminiumelektroden wird eine Abnahme der Polarisation für Schichten kleiner 100 nm gefunden. Mit inerten Elektroden war eine Herunterskalierung bis zu 10nm mit einem kleinen Koerzitivfeld möglich. Das ist wichtig, da das relativ hohe Koerzitivfeld des P(VDF-TrFE) (&gt;50 MV/m) eine ultradünne Schichtdicke für geringe Betriebsspannungen erfordert. Eine Voraussetzung für Speicheranwendungen ist eine hohe Retentionszeit, dies wurde auch gezeigt. Die ferroelektrische Dipolorientierung wurde mit NEXAFS-Untersuchungen (Near edge X-ray Absorption Spectroscopy) untersucht. Bei Benutzung eines PEDOT:PSS-Substrates konnte auch für 0.35 nm dicke P(VDF-TrFE)-Filme eine durchschnittliche Dipolorientierung senkrecht zur Substratoberfläche) nachgewiesen werden. Die ferroelekrischen Eigenschaften wurden für Filme bis zu 10 nm mit spektroskopischen (F1s NEXAFS) und elektrischen (CV) Methoden untersucht. Die Resultate zeigen, dass ein extrinsischer Schaltmechanismus vorliegt, der bei einer wesentlich kleineren Spannung als beim kollektiven intrinsischen Effekt stattfindet. Beide unabhängigen Methoden zeigen, dass keine kritische Dicke für Spincoating-Filme bis herunter zu 10 nm gefunden wird, wenn adaptierte Elektroden benutz werden.</abstract>
    <identifier type="urn">urn:nbn:de:kobv:co1-opus-5628</identifier>
    <identifier type="opus3-id">562</identifier>
    <author>Dipankar Mandal</author>
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      <value>Grenzflächenchemie</value>
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      <value>Photoelektronenspektroskopie</value>
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      <value>Polymerfilm</value>
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      <value>Ultradünne Filme</value>
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      <value>Dipolorientierung</value>
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      <value>Nichtflüchtige Speicher</value>
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      <value>P(VDF/TrFE) Copolymer</value>
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      <value>Ultra-thin film</value>
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      <value>Dipole orientation</value>
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      <value>Non volatile memory application</value>
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      <value>P(VDF/TrFE) copolymer</value>
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    <collection role="ddc" number="530">Physik</collection>
    <collection role="collections" number="">Wiss. Publikationen</collection>
    <collection role="old_institute" number="">LS Angewandte Physik / Sensorik</collection>
    <collection role="institutes" number="1503">FG Angewandte Physik und Halbleiterspektroskopie</collection>
    <thesisPublisher>BTU  Cottbus - Senftenberg</thesisPublisher>
    <thesisGrantor>BTU Cottbus - Senftenberg</thesisGrantor>
    <file>https://opus4.kobv.de/opus4-btu/files/439/Thesis_Mandal.pdf</file>
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    <completedYear>2016</completedYear>
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    <completedDate>2016-04-20</completedDate>
    <publishedDate>--</publishedDate>
    <thesisDateAccepted>2015-04-23</thesisDateAccepted>
    <title language="eng">Analysis and optimization of interfaces in "wide-gap" chalcopyrite-based thin film solar cell devices</title>
    <title language="deu">Analyse und Optimierung von Chalkopyrit-Absorbern mit großer Bandlücke für Dünnschichtsolarzellen</title>
    <abstract language="eng">The chemical and electronic structure of chalcopyrite absorbers with different bulk band gap energies, Egbulk, [i.e., low-gap Cu(In,Ga)Se2 (CIGSe, Egbulk ~ 1.2 eV) and wide-gap CuInS2 (CIS, Egbulk ~ 1.5 eV)] and of buffer/absorber heterointerfaces based on these materials are studied with soft and hard x-ray spectroscopy techniques. Mechanisms that benefit (limit) the performance of low(wide)-gap chalcopyrite-based solar cells are identified. This knowledge is used to develop surface tailoring treatments to optimize buffer/absorber heterointerfaces based on wide-gap chalcopyrites and improve the performance of their solar cells.&#13;
Photoemission spectroscopy (PES) characterization of the two absorbers (i.e., CIGSe and CIS) reveal compositional-depth profiles. The changes detected in CIGSe include: a near surface Ga-depletion, a strongly Cu-poor surface and a strong presence of surface Na that (likely) occupies Cu vacancies. A similar Cu-deficiency is found in CIS. The depth-composition changes result in significant widening of the band gap at the surface, Egsurf, (i.e., CIGSe, Egsurf: 1.70 ± 0.2 eV and CIS, Egsurf: 1.88 ± 0.2 eV) as evident by ultraviolet photoelectron spectroscopy (UPS) and inverse photoemission spectroscopy (IPES) measurements. Differences in the interaction of the CIGSe and CIS surfaces with deposited buffer materials are identified. PES and modified Auger parameter studies reveal strong intermixing at the CdS/CIGSe and ZnS/CIGSe heterointerfaces. S L2,3 x-ray emission spectroscopy (XES) measurements of CIGSe substrates submitted to CdS chemical bath deposition (CBD-CdS) treatments show the formation of In2S3 and defect-rich/nanostructured CdS at the interface, compounds with higher band gap values than the measured Egsurf for CIGSe. S L2,3 XES spectra of CIGSe substrates submitted to CBD-ZnS treatments reveal the formation of (Zn,In)(S,Se)2 chemical analogs at the interface. PES and XES measurement series show that the CdS/CIS heterointerface is more abrupt, with no detected interface chemical species. Direct measurement of the band alignment of these heterointerfaces reveals: an ideal conduction band offset (CBO) configuration for CdS/CIGSe (i.e., CBO: +0.11 ± 0.25 eV), a spike CBO configuration for ZnS/CIGSe (i.e., CBO: +1.06 ± 0.4 eV), and a highly unfavorable cliff CBO configuration for CdS/CIS (i.e., CBO: -0.42 ± 0.25 eV). The performance of solar cell devices based on these heterointerfaces is correlated to their CBO configuration.&#13;
Two surface tailoring approaches intended to correct the CBO configuration of the CdS/CIS heterointerface are presented. One method is based on rapid thermal processing (RTP) selenization treatments of CIS absorbers, aiming to exchange Se for S in treated samples. The idea behind this approach is to modify the surface of a wide-gap chalcopyrite so that it forms a more favorable heterointerface with CdS, such as heterointerfaces within low-gap chalcopyrite devices. X-ray fluorescence analysis and PES measurements of RTP-treated CIS samples show a greater treatment effect at the surface of the sample compared to the bulk (i.e., surface [Se]/[S+Se] range: 0.23 ± 0.05 to 0.83 ± 0.05, compared to bulk [Se]/[S+Se] range: 0.01 ± 0.03 to 0.24 ± 0.03). Tuning of the Cu:In:(S+Se) surface composition from a Cu-poor 1:3:5 to a 1:1:2 stoichiometry is observed in RTP-treated CIS samples with lower to higher surface Se contents, respectively. UPS measurements show a shift in valence band maximum toward the Fermi level in samples with higher surface Se content (i.e., -0.88 ± 0.1 to -0.51 ± 0.1 eV), as expected for a reduction in Egsurf due to exchange of Se for S. Ultraviolet-visible spectrophotometry reveals a reduction in the optical band gap of samples with greater Se incorporation (i.e., from 1.47 ± 0.05 to 1.08 ± 0.05 eV), allowing for a working window for optimization purposes.&#13;
The second tailoring method involves surface functionalization of CIS absorbers with dipole-charge-inducing self-assembled monolayers (SAM) of benzoic acid derivatives and thiol molecules. The introduction of dipole charges between a heterointerface can tune the relative alignment of the electronic bands composing its electronic structure; thus, use of a suitable dipole-inducing SAM could correct the CBO misalignment in the CdS/CIS heterointerface. UPS measurements of the secondary electron cut-off region of CIS samples treated with a selected set of SAMs show a work function modulation of CIS (i.e., 4.4 ± 0.2 eV - 5.2 ± 0.2 eV). Small gains in solar cell parameters of solar cells based on SAM-modified heterointerfaces are measured.&#13;
An overview of the performance of chalcopyrite(kesterite)-based solar cells in relation to the electronic properties of their corresponding buffer/absorber heterointerface suggests that optimization approaches extending beyond the buffer/absorber heterointerface may be needed for further performance gains in wide-gap chalcopyrite-based solar cell devices.</abstract>
    <abstract language="deu">Die chemische und elektronische Struktur von Chalkopyrit-Absorbermaterialien mit verschiedenen Bandlückenenergien, Egbulk, [z.B, mit kleiner Cu(In,Ga)Se2 (CIGSe, Egbulk~1.2 eV) und großer CuInS2 (CIS, Egbulk~1.5 eV) Bandlücke] und von Puffer/Absorber Grenzflächen wurde mittels spektroskopischer Methoden mit weicher und harter Röntgenstrahlung untersucht. Leistungsbegünstigende(-begrenzende) Mechanismen, der auf Chalkopyritabsorbern mit kleiner (großer) Bandlücke basierenden Solarzellen, werden identifiziert. Dieses Wissen wird dazu verwendet mittels Oberflächenbehandlungen die Puffer/Absorber-Grenzflächen speziell von Chalkopyriten mit großer Bandlücke gezielt zu optimieren, um so die Leistungsfähigkeit der Solarzellen zu verbessern. &#13;
Photoelektronenspektroskopie (PES) Untersuchungen der beiden Chalkopyrit-Absorbermaterialien (d.h., von CIGSe und CIS) wies auf tiefenabhängige Kompositionsprofile hin. Für CIGSe konnte eine signifikante Oberflächenverarmung von Ga und Cu sowie die Anwesenheit von Na nachgewiesen werden. Ein ähnlicher Cu-Mangel wurde für CIS-Absorber festgestellt. Diese Kompositionsprofile resultieren in einer ausgeprägten Aufweitung der Oberflächenbandlücke, Egsurf, [CIGSe, Egsurf: 1.70 ± 0.20 eV und CIS, Egsurf: 1.88 ± 0.20 eV], wie durch Ultraviolett-Photoelektronenspektroskopie (UPS) und inverser Photoelektronenspektroskopie (IPES) Messungen gezeigt werden konnte. Durch PES und modifizierte Auger-Parameter Analyse konnte eine starke Durchmischung an den CdS/- und ZnS/CIGSe Grenzflächen bestimmt werden. Röntgenemissionsspektroskopie (XES)  Messungen an der S L2,3 Kante belegen die Ausbildung einer Grenzflächenspezies an der CdS/CIGSe Grenzfläche, die durch eine Mischung aus In2S3 und defektreichen/nanokristallinem CdS beschrieben werden kann. S L2,3 XES Spektren von ZnS/CIGSe Proben ergeben für diese Grenzfläche ein ganz ähnliches Bild: die Bildung einer (Zn,In)(S,Se)2 – artigen Grenzflächenspezies. Ähnliche PES- und XES-Messungen an CdS/CIS Proben zeigen hingegen eine abruptere Grenzfläche, ohne nachweisbare Grenzflächenspezies. Direkte Messung der Bandanpassung an diesen drei Grenzflächen mittels PES, UPS, und IPES ergibt: einen idealen Leitungsbandversatz (CBO) für die CdS/CIGSe Grenzfläche [CBO: 0.11 ± 0.25 eV], ein „spike“-artiges CBO für die ZnS/CIGSe Grenzfläche [CBO: 1.06 ± 0.4 eV] und ein „cliff“-artiges CBO für die CdS/CIS Grenzfläche [CBO: -0.42 ± 0.25 eV]. Die Leistungen der Solarzellen korrelieren mit den ermittelten CBO.&#13;
Zwei Oberflächenbehandlungsansätze zur gezielten Optimierung des CBO an der CdS/CIS Grenzfläche wurden vorgestellt. Das erste Verfahren basiert auf einer Selenisierung der CIS-Absorber durch schnelles Aufheizen in einer Se-Atmosphäre, mit dem Ziel S durch Se zu ersetzen. Dadurch soll die Oberfläche des Chalkopyrit-Absorbers mit großer Bandlücke so modifiziert werden, dass er mit dem CdS Puffer eine ähnliche (→günstigere) Grenzfläche bilden kann, wie die der CdS/CIGSe Grenzfläche. Röntgenfluoreszenzanalyse (XRF) und PES Messungen der selenisierten CIS Proben zeigen einen höheren Selenisierungsgrad an der Oberfläche im Vergleich zum Volumen des Absorbers (PES: 0.23 ± 0.05 ≤ [Se]/[S + Se] ≤ 0.83 ± 0.05; XRF: 0.01 ± 0.03 ≤ [Se]/[S + Se] ≤ 0.24 ± 0.03). Zudem konnte festgestellt werden, dass sich die Cu:In:(S + Se) Oberflächenzusammensetzung der selenisierten Absorber von 1:3:5 zu einer stöchiometrischen 1:1:2 Komposition mit zunehmendem Selenisierungsgrad ändert. Simultan wird eine Verschiebung des Valenzbandmaximums (VBMs) zum Fermilevel [-0.88 ± 0.10 → -0.51 ± 0.10 eV] beobachtet, was durch eine Egsurf Verringerung – induziert durch den beobachteten S-Se Austausch – erklärt werden konnte. UV-VIS-Spektrophotometrie bestätigte eine Verringerung der Bandlücke von selenisierten CIS Proben mit größerem Se-Gehalt [1.47 ± 0.05 → 1.08 ± 0.05 eV], welches ein großen (Optimierungs-)Fenster ermöglicht. &#13;
Der zweite Ansatz beruht auf der Oberflächenfunktionalisierung von CIS-Absorbern mit Dipolladungen induzierenden selbstorganisierenden Monolagen (SAM) auf der Basis von Benzoesäurederivate und Thiolen Molekülen. Durch die Verwendung eines geeigneten Dipol-induzierenden SAMs könnte so das ungünstige negative CBO an der CdS/CIS Grenzfläche korrigiert werden. UPS Messungen an verschieden funktionalisierten CIS Oberflächen zeigten eine Modulation der Austrittsarbeit von 4.4 ± 0.2 eV bis 5.2 ± 0.2 eV. Kleine Verbesserung der Leistungen von Solarzellen basierend auf SAM-modifizierten Grenzflächen sind gemessen worden. &#13;
Die Korrelation der Bauteileigenschaften von verschiedenen Chalkopyrit-Solarzellen zur elektronischen Struktur (→CBO) der entsprechenden Puffer/Absorber Grenzfläche legt nahe, dass zukünftige Optimierungsansätze über die Puffer/Absorber Grenzfläche hinaus erforderlich sein können, um weitere Leistungssteigerungen in Dünnschichtsolarzellen auf der Basis von Chalkopyriten mit großer Bandlücke zu erzielen.</abstract>
    <identifier type="urn">urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-37402</identifier>
    <licence>Keine Lizenz vergeben. Es gilt das deutsche Urheberrecht.</licence>
    <author>Roberto Felix Duarte</author>
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      <value>Photovoltaics</value>
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      <value>Chalkopyrit-Absorbermaterialien</value>
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      <value>Dünnschichtsolarzelle</value>
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      <value>Festkörperphysik</value>
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    <collection role="ddc" number="5">Naturwissenschaften und Mathematik</collection>
    <collection role="collections" number="">Wiss. Publikationen</collection>
    <collection role="institutes" number="1503">FG Angewandte Physik und Halbleiterspektroskopie</collection>
    <thesisPublisher>BTU  Cottbus - Senftenberg</thesisPublisher>
    <thesisGrantor>BTU Cottbus - Senftenberg</thesisGrantor>
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    <completedYear>2015</completedYear>
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    <completedDate>2016-01-04</completedDate>
    <publishedDate>--</publishedDate>
    <thesisDateAccepted>2015-05-04</thesisDateAccepted>
    <title language="eng">Spectroscopic and electrochemical study of TiO₂/Si photocathode</title>
    <title language="deu">Spektroskopische und elektrochemische Untersuchungen an TiO₂/Si-Photokathoden</title>
    <abstract language="deu">Diese Dissertationsschrift beschäftigt sich mit der Atomlagenabscheidung (ALD) dünner TiO₂-Schichten auf p-Typ Silizium, untersucht die elektronischen Eigenschaften der abgeschiedenen Schichten und beschreibt die elektrochemische Charakterisierung von TiO₂/Si-Photoelektroden. Die Abscheidungsparameter, die elektronischen Eigenschaften und die Stabilität der TiO₂/Si-Proben werden miteinander korreliert.	&#13;
Mittels der ALD-Technik wurden TiO₂-Schichten mit zwei verschiedenen Prekursoren (Titan- Isopropoxid und Titan-Methoxid) auf Si-Substraten abgeschieden. Labor- und Synchrotron basierte Röntgen-Spektroskopietechniken wurden benutzt, um die abgeschiedenen Schichten zu charakterisieren. Die Qualität der Schichten wurde dabei mittels Röntgen-Photoelektronenspektroskopie (XPS) beurteilt, wobei die Stöchiometrie, das Ti³⁺/Ti⁴⁺-Verhältnis sowie Defektzustände in den TiO₂-Filmen Kriterien darstellten. Um verschiedene Polymorphe von TiO₂ zu erhalten, wurde die Heizmethode der Schichten innerhalb der ALD-Prozedur variiert.&#13;
Die elektronischen Eigenschaften amorpher und Anatas-TiO₂-Schichten wurden mittels Synchrotronstrahlung bestimmt und mit denen eines TiO₂-Rutil-Einkristalls verglichen. Röntgen- Absorptionsspektroskopie (XAS) und resonante Photoelektronenspektroskopie (res-PES) wurden mit Synchrotronstrahlung durchgeführt. Dabei diente die XAS der Bestimmung der Art des Polymorphen und der elektronischen Struktur der TiO₂-Schichten. Res-PES-Messungen wurden an den O1s- und Ti2p- Kanten durchgeführt, um Auger-Prozesse mit multiplen Loch-Endzuständen sowie polaronische und Ladungstransferzustände zu untersuchen und um die elektronische Bandlücke der TiO₂-Schichten zu bestimmen.&#13;
Eines der Hauptergebnisse dieser Arbeit stellt die Bestimmung der partiellen Zustandsdichten (pDOS) von Sauerstoff und Titan im Valenz- und Leitungsband dar. In der Analyse der res-PES-Daten wurde die pDOS mit den entsprechenden Bandkantenpositionen kombiniert, um die energetische Lage der Ladungsneutralitätsniveaus (‚Charge neutrality levels‘) der verschiedenen TiO₂-Polymorphe zu ermitteln.&#13;
Photoelektrochemische Messungen wurden an unbeschichteten und TiO₂-beschichteten Si- Photoelektroden durchgeführt. Dabei wurde die elektrochemische Performance der Photoelektroden in verschiedenen Elektrolytmedien mit pH-Werten zwischen 1 und 13 untersucht. Die Beschichtung der Si- Oberfläche mit einer dünnen TiO₂-Schicht verbesserte die Performance der Si-Photoelektrode, wobei die Stabilität der Elektrode in allen untersuchten Elektrolytmedien während der gesamten Messdauer von 12 Stunden erhöht wurde. Außerdem wurde festgestellt, dass die TiO₂/Si-Photoelektrode weniger empfindlich auf Änderungen des pH-Wertes reagiert.&#13;
Die elektrochemischen Ergebnisse werden auf Basis der elektronischen Eigenschaften der TiO₂-Schichten diskutiert. Die durch die spektroskopischen Messungen bestimmte elektronische Bandlücke sowie die photoelektrochemischen Charakterisierungen werden zur Erklärung der Performance und Stabilität der TiO₂/Si-Photoelektroden herangezogen.&#13;
Die Arbeit adressiert außerdem die Stabilität von mikrostrukturierten Photoelektroden (SiMP), die elektrochemisch präpariert wurden. Zunächst verschlechterte sich die Stabilität der SiMP schneller als bei der planaren Si-Photoelektrode. Jedoch führte die Nutzung einer TiO₂-ALD-Schutzschicht auf der SiMP zu einer besseren Gesamtperformance der SiMP auch im Vergleich zum System TiO₂/ planares Si.</abstract>
    <abstract language="eng">This thesis focuses on the deposition of thin TiO₂ films on p-type Si using atomic layer deposition (ALD) technique, on the study of the electronic proprieties of the grown films and on the electrochemical characterization of TiO₂/Si photoelectrodes. The deposition parameters, electronic properties and electrochemical performance and stability of the TiO₂/Si samples are correlated.&#13;
The ALD technique is used to deposit TiO₂ with two different precursors namely Titanium isopropoxide and Titanium methoxide onto Si substrates. Laboratory as well as synchrotron based X-ray spectroscopy techniques are used to characterize these films. The growth quality of the TiO₂ ALD films is determined by analyzing X-Ray photoelectron spectroscopy (XPS) data in terms of stoichiometry, defect states and Ti³⁺:Ti⁴⁺ ratios. The ALD technique was modified with different heating arrangements to obtain various polymorphs of TiO₂.&#13;
The ALD and anatase TiO₂ films are characterized using synchrotron radiation to study their electronic properties and these films are compared with single crystal rutile TiO₂. X-ray absorption spectroscopy (XAS) and resonant photoelectron spectroscopy (res-PES) measurements are performed with synchrotron radiation. XAS measurements are used to determine the polymorphs as well as the electronic structure of TiO₂ Res-PES measurements are conducted at the O1s and Ti2p edges to study multiple hole Auger decay processes and polaronic and charge transfer states as well as to determine the electronic band gap of the TiO₂ layers. One of the main findings of this thesis is the determination of the partial density of states (pDOS) of O and Ti in the conduction and valence band. The combination of the pDOS and the band edge positions obtained from res-PES measurements are used to calculate the charge neutrality level of the TiO₂ polymorphs.&#13;
The photoelectrochemical measurements are conducted on bare-Si and TiO₂/Si photoelectrodes. The electrochemical performance of these photoelectrodes is studied in electrolytes having pH values ranging from 1 to 13. The deposition of TiO₂ on Si enhances the photoelectrochemical performance of the Si photoelectrode. The TiO₂ increases the stability of the photoelectrode in all electrochemical media over 12 hours of experimental condition. Moreover, it is also observed that the TiO₂/Si photoelectrode is less responsive to the pH value of the electrolyte. The electrochemical findings are explained on the basis of the electronic properties of the TiO₂ layer. The electronic band gap obtained from spectroscopic measurement and the photoelectrochemical measurements are used to explain the performance and stability of the TiO₂/Si photoelectrodes. The thesis also addresses the stability of Si microstructured photoelectrodes (SiMPs) prepared by an electrochemical method. The stability of the SiMPs deteriorates more rapidly than that one of the planar Si photoelectrode. However, using a protective ALD TiO₂ layer on these SiMPs the overall performance is even more enhanced than on the TiO₂/planar Si system.</abstract>
    <identifier type="urn">urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-36924</identifier>
    <licence>Keine Lizenz vergeben. Es gilt das deutsche Urheberrecht.</licence>
    <author>Chittaranjan Das</author>
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    <collection role="collections" number="">Wiss. Publikationen</collection>
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    <thesisPublisher>BTU  Cottbus - Senftenberg</thesisPublisher>
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    <completedDate>2018-10-09</completedDate>
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    <thesisDateAccepted>2018-06-22</thesisDateAccepted>
    <title language="eng">Surface and interface characterization of CH₃NH₃PbI₍₃₋ₓ₎Clₓ and CsSnBr₃ perovskite based thin-film solar cell structures</title>
    <title language="deu">Oberflächen- und Grenzflächencharakterisierung von CH₃NH₃PbI₍₃₋ₓ₎Clₓ und CsSnBr₃ Perowskit-Dünnschichtsolarzellstrukturen</title>
    <abstract language="eng">The chemical and electronic structure of hybrid organometallic (CH₃NH₃PbI₍₃₋ₓ₎Clₓ) and inorganic (CsSnBr₃) perovskite materials on compact TiO₂ (c-TiO₂) is studied using x-ray and electron based spectroscopic techniques. The morphology and local elemental composition of CH₃NH₃PbI₍₃₋ₓ₎Clₓ, used as absorbers in PV devices, defining the film quality and influencing the performance of respective solar cells is studied in detail by using photoemission electron microscopy (PEEM). An incomplete coverage, with holes reaching down to the c-TiO₂ was revealed; three different topological regions with different degrees of coverage and chemical composition were identified. Depending on the degree of coverage a variation in I oxidation and the formation of Pb⁰ in the vicinity of the c-TiO₂ is found. The valence band maxima (VBM) derived from experimental data for the perovskite and c-TiO₂, combined with information from literature on spiro-MeOTAD suggests an energy level alignment resulting in an excellent charge selectivity at the absorber/spiro-MeOTAD and absorber/c-TiO₂ interfaces respectively. Further, the derived energy level alignment indicates a large recombination barrier (~2 eV), preventing shunts due to direct contact between c-TiO₂ and spiro-MeOTAD in the pin-holes.&#13;
In-situ ambient pressure hard x-ray photoelectron spectroscopy (AP-HAXPES) studies of 60 and 300 nm CH₃NH₃PbI₍₃₋ₓ₎Clₓ have been performed under varies conditions (i.e. vacuum/water and dark/UV light) to gain insight into the degradation mechanism responsible for the short lifetime of the absorber. The 60 nm perovskite forms Pb⁰ in water vapor (non-defined illumination) in presence of x-rays. The 300 nm perovskite sample shows a complex behavior under illumination/dark. In water vapor/dark the perovskite dissolves into its organic (MAI) and inorganic (PbI₂) components. Under illumination PbI₂ further decomposes to Pb⁰ induced by UV light and x-rays.&#13;
For alternative inorganic CsSnBr₃ perovskites, the impact of SnF₂ on the chemical and electronic structure is studied to identify its role for the improved performance of the solar cell. HAXPES and lab-XPS measurements performed on CsSnBr₃ with and without SnF₂ indicate two Sn, Cs, and Br species in all samples, where the second Sn species is attributed to oxidized Sn (Sn⁴⁺). When adding SnF₂ to the precursor solution, the coverage is improved and less Sn⁴⁺ and Cs and Br secondary species can be observed, revealing an oxidation inhibiting effect of SnF₂. Additionally, SnF₂ impacts the electronic structure, enhancing the density of states close to the VBM.</abstract>
    <abstract language="deu">Die chemische und elektronische Struktur von hybriden metallorganischen (CH₃NH₃PbI₍₃₋ₓ₎Clₓ) und anorganischen (CsSnBr₃) Perowskit-Materialien, abgeschieden auf kompaktem TiO₂ (c-TiO₂), wurden mit Hilfe von Röntgen- und Elektronenspektroskopiemethoden untersucht. Die Morphologie und lokale Elementzusammensetzung von CH₃NH₃PbI₍₃₋ₓ₎Clₓ, welche die Leistung der Solarzelle beeinflussen, wurden mit Photoemissionselektronenmikroskopie (PEEM) im Detail untersucht. Dabei wird eine unvollständige Bedeckung, mit Löchern, die bis zum c-TiO₂ hinunterreichen, enthüllt. Ferner konnten drei verschiedene Morphologien mit unterschiedlichen Graden von Bedeckungen und chemischer Zusammensetzung identifiziert werden. Je nach Grad der Bedeckung, weisen die Morphologien eine Variation in der I Oxidation und die Bildung von Pb⁰ in der Nähe des c-TiO₂ auf. Die Valenzbandmaxima (VBM), bestimmt aus den Messdaten für das Perowskit und c-TiO₂, kombiniert mit Literaturwerten von spiro-MeOTAD, offenbaren eine Bandanpassung, die in eine exzellente Ladungsselektivität an der Absorber/spiro-MeOTAD und Absorber/c-TiO₂ Grenzfläche resultiert. Des Weiteren deutet die Bandanpassung auf eine große Rekombinationsbarriere (~ 2 eV) hin, welche das Auftreten von Shunts, durch den direkten Kontakt zwischen c-TiO₂ und spiro-MeOTAD in den Löchern, verhindert.&#13;
Es wurden in-situ Umgebungsdruckröntgenspektroskopiestudien (AP-HAXPES) mit harter Röntgenstrahlung an 60 und 300 nm CH₃NH₃PbI₍₃₋ₓ₎Clₓ Proben unter verschiedenen Bedingungen (z.B. Vakuum/Wasser und Dunkelheit/Licht) durchgeführt, um Einblick in die Degradierungsvorgänge, die für die kurze Lebensdauer des Absorbers verantwortlich sind, zu erhalten. Die 60 nm Perowskit Probe bildet in Wasserdampf (undefinierte Beleuchtung) und in Anwesenheit von Röntgenstrahlung Pb⁰. Die 300 nm Perowskit Probe zeigt ein komplexes Verhalten bei Beleuchtung/Dunkelheit. Im Wasserdampf/Dunkelheit löst sich das Perowskit in seine organische (MAI) und anorganische (PbI₂) Komponenten auf. Unter Beleuchtung zerfällt PbI₂ weiter zu Pb⁰ verursacht durch UV-Licht und Röntgenstrahlung.&#13;
Um die Rolle von SnF₂ in der Leistungsverbesserung alternativer anorganische CsSnBr₃ Perowskitsolarzellen zu identifizieren, wurde der Einfluss von SnF₂ auf deren chemische und elektronische Struktur mittels HAXPES und Labor-XPS Methoden untersucht. Alle Proben weisen zwei Sn, Cs und Br Spezien auf, wobei die zweite Sn Spezies auf oxidiertes Sn (Sn⁴⁺) zurückzuführen ist. Durch die Hinzugabe von SnF₂ zur Ausgangslösung, wird eine verbesserte Bedeckung und weniger Sn⁴⁺, inklusive deren zugehörigen sekundären Cs und Br Spezies, beobachtet. Was auf eine oxidationshemmende Eigenschaft von SnF₂ hindeutet. Darüber hinaus beeinflusst SnF₂ die elektronische Struktur des Absorbers und erhöht die Zustandsdichte in der Nähe des VBM.</abstract>
    <identifier type="urn">urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-46358</identifier>
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    <author>Claudia Hartmann</author>
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    <thesisPublisher>BTU  Cottbus - Senftenberg</thesisPublisher>
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    <completedDate>2016-11-06</completedDate>
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    <thesisDateAccepted>2016-10-26</thesisDateAccepted>
    <title language="deu">Transparente leitfähige Metalloxideinkristalle und amorphe oxidische Dünnschichtsysteme - Eine photoelektronenspektroskopische Vergleichsstudie</title>
    <title language="eng">Transparent conducting oxide single crystals and amorphous oxidic semiconductors - a comparative study</title>
    <abstract language="deu">Die Materialklasse der transparenten leitenden Metalloxide (engl. transparent conducting oxides (TCO)) und amorphen oxidischen Dünnschichtsysteme (engl. amorphous oxidic semiconductors (AOS)) sind überaus faszinierend, da sie gegensätzliche physikalische Eigenschaften, wie Transparenz und hohe Leitfähigkeit in sich vereinen. Die zugrunde liegenden physikalischen Mechanismen sind immer noch unklar und werden in dieser Dissertation beleuchtet. Dazu wurde die resonante Photoelektronenspektroskopie (resPES)gewählt, da sie sich in den letzten Jahren als vielseitiges Werkzeug für die detaillierte Untersuchung der elektronischen Struktur und der Identifikation von Defekten ausgezeichnet hat. Im Rahmen dieser Arbeit ergab sie die einmalige Möglichkeit, sowohl hoch qualitative TCO-Einkristalle (ZnO, Ga2O3, In2O3 und SnO2) als auch amorphe oxidische Dünnschichtsysteme (GIZO und SnOx) photeelektronenspektroskopisch zu untersuchen und zu vergleichen. Somit wird gezeigt, dass die elektronische Struktur der Materialklasse der TCO und ihrer korrespondierenden AOS mehr Gemeinsamkeiten aufweisen, als bisher erwartet wurde.&#13;
Es zeigt sich, dass die Bandlücke, im eigentlichen Sinne, in der Materialklasse der TCO und AOS nicht existiert. Lokalisierte Zustände füllen den gesamten Bereich dieser Bandlücke aus und reichen zum Teil in das Valenzband (VB) und Leitungsband (CB) hinein. Dies führt dazu, dass es keine, wie bisher gedacht, scharfen Grenzen zwischen lokalisierten und delokalisierten Zuständen gibt. Um dies zu verdeutlichen wird ein neuartiges Modell eingeführt, das aufzeigt, dass die Wechselwirkung von metallischen d- und s-Niveaus in einer Öffnung der d-Schale resultiert. Durch Charge-Transfer (CT)-Mechanismen und weitere Hybridisierung mit metallischen unbesetzten p-Zuständen folgt eine stärkere Lokalisierung. Die Diskussion wird begonnen mit der Klärung der Elementeverhältnisse der untersuchten Materialsysteme. Darauf folgt die Charakterisierung von intrinsischen Defekten und ihren Beiträgen auf die elektronische Struktur. Abschließend werden die elektronischen Strukturen der AOS mit denen der korrespondierenden TCO verglichen.</abstract>
    <abstract language="eng">The material class of transparent conducting oxides TCO and amorphous oxidic semiconductors AOS is of big interest because they are combining contradictionary physical properties like transparency and conductivity at the same time. The physical mechanisms are still not clarified and are investigated in this thesis. For this reason the resonant photo emission spectroscopy (resPES) was utilized. The resPES is an all-round tool to investigate the electronic structure and to identify defects. In scope of this thesis the unique change was given to investigate high quality TCO single crystals (ZnO, Ga2O3, In2O3 and SnO2) as well as AOS with photo electron spectroscopy and to compare their electronic structure. It is shown that the electronic structure of the material class of TCO and their corresponding AOS have more similarities as expected. It appears that no band gap is existing in TCO and AOS. The whole gap is filled with localized states which even extend to the VB and CB. This leads to a non-sharp border between localized and delocalized states.&#13;
For clarification a new model is introduced to explain the interaction of metallic d and s states leading to a d shell opening. Further CT-mechanisms and hybridizations with metallic p states results in stronger localization. The first part of the discussion is about the elemental ratios of the investigated materials. It follows the characterization of the intrinsic defects and there contributions to the electronic structure. Finally the electronic structures of the AOS is compared to those of the corresponding TCO.</abstract>
    <identifier type="urn">urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-40356</identifier>
    <licence>Keine Lizenz vergeben. Es gilt das deutsche Urheberrecht.</licence>
    <author>Jörg Haeberle</author>
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    <completedDate>2017-03-07</completedDate>
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    <thesisDateAccepted>2016-12-02</thesisDateAccepted>
    <title language="deu">Sabatierbasierte autothermale katalytische Rauchgasmethanisierung im Technikumsmaßstab und Rückverstromung im BHKW</title>
    <title language="eng">Sabatier based autothermal catalytic methanation of flue gas in scale of a demonstration plant and reconversion in a CHP</title>
    <abstract language="deu">Es konnte gezeigt werden, dass die direkte Methanisierung des Kohlenstoffanteils aus Rauchgas auf Grundlage der Sabatier-Reaktion im Rahmen des Power-to-Gas Ansatzes unter realen Bedingungen im Technikumsmaßstab möglich ist. Es wurde ein Durchsatz von knapp 235 kg/d CO2 bei einer Gesamtraumgeschwindigkeit der Eduktgase von ca. 1500 h-1, was einem Durchfluss von 45 Nm³/h bei einem Reaktorvolumen von 30 dm³ entspricht, erreicht. Dabei wurde das Kohlenstoffdioxid direkt, ohne weitere Aufarbeitung des Rauchgases, mit mindestens 60% Umsatz katalytisch zu Methan reduziert. Dafür wurde ein Katalysator auf Nickelbasis verwendet. Des Weiteren hat sich gezeigt, dass für eine autotherme Betriebsweise der Methanisierung von Rauchgas der Sauerstoffanteil im Rauchgas eine notwendige Voraussetzung darstellt. Es hat sich dabei herausgestellt, dass das vorliegende Intervall von 4 - 6 Vol % Sauerstoffanteil im Rauchgas aus konventionellen Braunkohlekraftwerken genau in dem notwendigen Bereich liegt, der für eine ausgeglichene Wärmebilanz sorgt. Die bei der Wasserstoff-Sauerstoffreaktion zusätzlich frei werdende Wärme gleicht den kühlenden Effekt des mitgetragenen Stickstoffes genau aus, wodurch die für die Sabatier-Reaktion benötigte Temperatur von mindestens 300 °C aufrechterhalten werden kann. Ohne den Sauerstoff könnte die Methanisierung nicht autotherm betrieben werden.&#13;
Zudem ist die Reaktion selbstregulierend, die Reaktionstemperatur läuft auf einen oberen Grenzwert von etwa 600 °C hinaus, wodurch Umsätze von 60% nicht unterschritten werden. Bei niedrigeren Temperaturen von ca. 400 °C konnten auch Ergebnisse von über 90% CO2 Umsatz im Rauchgas erreicht werden. &#13;
Diese Ergebnisse konnten sowohl unter Laborbedingungen, d.h. mit aus technischen Gasen synthetisch hergestelltem Rauchgas, gemessen werden, als auch mit realem Rauchgas direkt am Kraftwerk vor Ort reproduziert werden.&#13;
Das bei der Rauchgasmethanisierung entstehende Produktgas weist eine Energiedichte von ca. 5 MJ/Nm³ auf, womit es zu den Schwachgasen gezählt wird. Hier konnte der Nachweis erbracht werden, dass eine Nutzung des Produktgases in einem Rückverstromungskonzept mittels eines dezentralen Blockheizkraftwerkes, welches mit einem herkömmlichen Wankelmotor betrieben wird, möglich ist. &#13;
Das "Proof of Principle" für einen geschlossenen CO2 Kreislauf unter realen Bedingungen mittels der Sabatier Reaktion wurde somit erbracht und lädt dazu ein, diesen Weg weiter zu verfolgen.</abstract>
    <abstract language="eng">It is shown, that the direct methanation of the carbon content of flue gas is possible. This was done on the basis of the Sabatier reaction and under real circumstances in a pilot plant scale. At the reactant gases hourly space velocity of approximately 1500 h-1 an output of just under 235 kg/d CO2 was reached, which corresponds to a flow-rate of 45 Nm³/h at a reactor volume of 30 dm³. Without further reprocessing of the flue gas, the carbon dioxide was directly reduced to methane via catalysis, which resulted in a conversion rate of at least 60%. A nickel based catalyst was used. Furthermore, it appeared that the flue gases oxygen content is a necessary precondition for the methanations autothermic mode of operation. Thereby the present interval of 4 - 6 vol% oxygen content of flue gas from conventional lignite power plants turned out to lie exactly in the necessary range to provide an even thermal balance. Since the additionally released heat from the hydrogen-oxygen reaction just compensates for the cooling effect of the present nitrogen, the Sabatier reaction's required temperature of at least 300 °C can be maintained. Without that oxygen the methanation could not be run autothermally. Additionally, the reaction is self-regulating. &#13;
The reaction temperature results in a maximum limit value of approximately 600 °C, whereby conversion rates do not fall below 60%. At lower temperatures of about 400 °C, results of over 90% CO2 conversion from flue gas could be reached. &#13;
These results could be measured under laboratory conditions, i.e. with synthetically produced flue gases mixed from industrial gases, and were reproduced with real flue gas directly from the power plant. &#13;
The resulting gas from the flue gas methanation exhibits an energy density of approximately 5 MJ/Nm³, which ranks it among the lean gases. Here it could be proven that a reconversion of the produced gas into electricity is possible using a local block-type thermal power station, run with a conventional Wankel rotary engine. &#13;
Thus the 'Proof of Principle' was provided for a closed CO2 circle under real conditions by means of the Sabatier reaction, which is an invitation to further pursue this path.</abstract>
    <identifier type="urn">urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-41467</identifier>
    <licence>Keine Lizenz vergeben. Es gilt das deutsche Urheberrecht.</licence>
    <author>Johannes Israel</author>
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    <collection role="ddc" number="530">Physik</collection>
    <collection role="collections" number="">Wiss. Publikationen</collection>
    <collection role="institutes" number="1503">FG Angewandte Physik und Halbleiterspektroskopie</collection>
    <thesisPublisher>BTU  Cottbus - Senftenberg</thesisPublisher>
    <thesisGrantor>BTU Cottbus - Senftenberg</thesisGrantor>
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    <completedDate>2023-02-27</completedDate>
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    <thesisDateAccepted>2023-02-10</thesisDateAccepted>
    <title language="eng">In-situ study of crack propagation in patterned structures of microchips using X-ray microscopy</title>
    <title language="deu">In-situ Untersuchung der Rissausbreitung in Mikrochip-Strukturen mittels Röntgenmikroskopie</title>
    <abstract language="eng">The motivation of this thesis was to control crack steering into regions of engineered 3D-nanopatterned structures with high fracture toughness and to determine the local critical energy release rate for crack propagation in 3D-nanopatterned systems. On-chip copper interconnect structures of advanced microchips, insulated by organosilicate glasses, were chosen as an example system to study fracture on small scale, since this is a well-defined 3D- nanopatterned system and since a high mechanical robustness is requested for microchips. An experiment for in-situ high-resolution 3D imaging of the fracture behavior of 3D-nanopatterned structures and of the kinetics of microcrack propagation in solids was designed and applied, combining a miniaturized micromechanical test and high-resolution X-ray imaging. Particularly, a miniaturized piezo-driven double cantilever beam test set-up (micro- DCB) was integrated in a laboratory X-ray microscope, and nano X-ray computed tomography was applied for high-resolution 3D imaging of the microcrack evolution in the on-chip interconnect stack of microchips manufactured in the 14 nm technology node. The measured geometry of the microcrack at several loading steps during the micro-DCB test and the subsequent data analysis based on linear elastic fracture mechanics and the Euler-Bernoulli beam model were the basis for the development and application of a new methodology to determine the critical energy release rate for crack propagation in sub- 100 nm regions of a processed wafer quantitatively. It was experimentally proven that specially designed metallic guard ring structures at the rim of the microchips dissipate energy in such a way that the microcrack propagation is efficiently slowed down and eventually stopped, i.e. they are effective to prevent mechanical damage of microchips. It was demonstrated that it is possible to steer the microcrack in a controlled way by tuning the fracture mode mixity locally at the crack tip. The established concept for a controlled crack propagation provides the basis for further fundamental studies of the fracture behavior of nanoscale materials and structures. The results have significant effects for the understanding of fracture mechanics at small scales, e.g. in microchips, but also in other nanopatterned materials, e.g. in bio-inspired, hierarchically structured engineered materials. The experimental results gathered at realistic microelectronic products provide valuable information to control the crack path in on-chip interconnect stacks for design-for-reliability in semiconductor industry and to manufacture mechanically robust microchips in leading-edge technology nodes. The experimental study of controlled microcrack steering into regions with high fracture toughness provides knowledge for the design of guard ring structures in microchips to stop the propagation of microcracks, e.g. generated during the wafer dicing process.</abstract>
    <abstract language="deu">Die Motivation dieser Arbeit bestand darin, Risse in Bereiche von 3D- Nanostrukturen mit hoher Bruchzähigkeit zu lenken und die lokale kritische Energiefreisetzungsrate für die Rissausbreitung in 3D-Nanostrukturen zu bestimmen. On-chip Kupfer-Leitbahnstrukturen, die durch Organosilikatgläser isoliert sind, wurden als Beispielsystem für die Untersuchung des Bruchverhaltens in kleinen Bereichen ausgewählt, da dies ein gut definiertes 3D- nanostrukturiertes System ist und weil für Mikrochips eine hohe mechanische Robustheit gefordert wird. Ein Experiment für die hochauflösende in-situ 3D-Abbildung von 3D- Nanostrukturen und der Kinetik der Mikrorissausbreitung in Festkörpern wurde entwickelt und angewendet, wobei ein miniaturisierter mikromechanischer Test und hochauflösende Röntgenabbildung kombiniert wurden. Speziell wurde ein miniaturisierter Doppel- Cantilever-Beam-Testaufbau (Mikro-DCB) in ein Labor-Röntgenmikroskop integriert, und Nano-Röntgen-Computertomographie wurde zur hochauflösenden 3D- Abbildung der Mikrorissentwicklung im on-chip Leitbahnsystem von Mikrochips, die im 14 nm- Technologieknoten hergestellt wurden, angewendet. Die für mehrere Belastungsschritte während des Mikro-DCB-Tests gemessene Mikrorissgeometrie und die anschließende Datenanalyse auf Basis der linear-elastischen Bruchmechanik und des Euler- Bernoulli-Balkenmodells waren die Grundlage für die Entwicklung und Anwendung einer neuen Methodik zur quantitativen Ermittlung der kritischen Energiefreisetzungsrate für Rissausbreitung in sub-100-nm-Regionen eines prozessierten Wafers. Experimentell wurde nachgewiesen, dass sogenannte „guard ring“-Strukturen an der Peripherie der Mikrochips Energie so dissipieren, dass die Mikrorissausbreitung wirksam verlangsamt und schließlich gestoppt wird, d.h. sie verhindern eine mechanische Schädigung der Mikrochips. Es wurde gezeigt, dass es möglich ist, den Mikroriss durch Überlagerung der Bruchmoden an der Rissspitze kontrolliert zu steuern. Das aufgestellte Konzept zur kontrollierten Rissausbreitung bildet die Basis für weitere grundlegende Studien zum Bruchverhalten nanoskaliger Materialien und Strukturen. Die Ergebnisse tragen zum besseren Verständnis der Bruchmechanik in kleinen Skalen bei, z. B. in Mikrochips, aber auch in anderen nanostrukturierten Materialien, z. B. in bioinspirierten, hierarchisch strukturierten technischen Werkstoffen. Die experimentellen Ergebnisse, die an mikroelektronischen Produkten erhalten wurden, liefern wertvolle Informationen zur Kontrolle der Rissausbreitung in on-chip Leitbahnsystemen zur Herstellung mechanisch robuster Mikrochips in fortgeschrittenen Technologieknoten. Die Experimente zur kontrollierten Ausbreitung von Mikrorissen in Bereiche mit hoher Bruchzähigkeit liefern Informationen für das Design von „guard ring“-Strukturen in Mikrochips, um die Ausbreitung von Mikrorissen, die z. B. während des Vereinzelns des Wafers erzeugt wurden, zu stoppen.</abstract>
    <identifier type="doi">10.26127/BTUOpen-6256</identifier>
    <identifier type="urn">urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-62567</identifier>
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    <licence>Creative Commons - CC BY - Namensnennung 4.0 International</licence>
    <author>Kristina Kutukova</author>
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      <value>Röntgenmikroskopie</value>
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      <value>In-situ-Rissausbreitung</value>
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      <value>On-Chip-Interconnect-Stacks</value>
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      <value>Bruchmechanik</value>
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    <collection role="ddc" number="537">Elektrizität, Elektronik</collection>
    <collection role="collections" number="">Wiss. Publikationen</collection>
    <collection role="institutes" number="1503">FG Angewandte Physik und Halbleiterspektroskopie</collection>
    <thesisPublisher>BTU  Cottbus - Senftenberg</thesisPublisher>
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    <completedDate>2017-07-28</completedDate>
    <publishedDate>--</publishedDate>
    <thesisDateAccepted>2017-05-29</thesisDateAccepted>
    <title language="deu">Prozessoptimierung für die Methanisierung von CO₂  –  vom Labor zum Technikum</title>
    <title language="eng">Process optimisation for the Methanation of CO₂ – from a laboratory to an industrial scale</title>
    <abstract language="deu">In dieser Arbeit konnte gezeigt werden, dass eine direkte Methanisierung von CO₂, die über die Sabatier-Gleichung, CO₂ + 4H₂ ↔ CH₄ + 2H₂O, beschrieben wird, im Labor- und im Technikums-Maßstab unter Variation verschiedenster Bedingungen realisierbar ist. Die Sabatier-Reaktion findet beschleunigt unter dem Einsatz von Katalysatoren statt. Unterschiedliche kommerzielle Katalysatoren auf Nickel und Ruthenium-Basis konnten auf ihrer Eignung für die Methanisierung untersucht werden und mit im Labor präparierte Katalysatoren verglichen werden. Relevante Größen zur Beschreibung der Aktivität der Katalysatoren ist der Umsatz an CO₂, die Ausbeute an CH₄ und die Selektivität bezüglich der Sabatier-Reaktion. Im Labor wurden Umsätze und Ausbeuten von über 90% und Selektivitäten von nahezu 100% gemessen. Durch eine Änderung der Temperatur, der Eingangsmenge an Gasen, der Katalysatormenge und des Druckes können die optimalen Prozessbedingungen für die Reaktion spezifiziert werden. Eine weitere Betrachtung galt der Messung mit synthetischen und realen Abgasen (Oxyfuel, CCS) und darauf bezogen, der Einfluss einer Verdünnung des CO₂ durch Stickstoff und Sauerstoff und der Rolle von bekannten Katalysatorgiften wie Schwefel- oder Stickoxiden. Es konnte ein Zusammenhang zwischen der Stärke der Verunreinigung an Schwefel, der Reaktortemperatur und der Abnahme der katalytischen Aktivität ermittelt werden. Die Produktion von Kohlenmonoxid gibt zusätzlich Aufschluss über stattfinden Teil-und Nebenreaktionen.&#13;
Ergebnisse in der Laboranlage konnten zum Teil für den Aufbau einer Technikumsanlage, welche eine Vergrößerung zum Labor um den Faktor 5000 darstellt, genutzt werden. Eine Zahl von Experimenten wurde im Technikum wiederholt. Die Technikumsanlage ist dabei in der Lage ca. 250 kg CO₂ pro Tag aus CO₂-haltigen Abgasen in Methan umzuwandeln. Ein erweiterter Praxisbezug stellte die Einbindung des Technikums in einem Kraftwerk dar und die Messung mit realem Rauchgas. Ohne zusätzliche Reinigungsschritte des Abgases konnten auch hier Umsätze von 90% erreicht werden. Eine komplexe Temperaturentwicklung und Erhöhung auf 600°C im Reaktor wurde aufgezeichnet und führt dabei zur Abnahme des Umsatzes auf ca. 60%. Bei diesen Temperaturen stellt sich ein Gleichgewicht zwischen, durch die exotherme Reaktion, erzeugter und abgeführter Wärme ein. Als Reaktionsprodukt wird ein Schwachgas erhalten, welches für die Rückverstromung eingesetzt werden kann.&#13;
In der Methanisierung von CO₂ besteht die Möglichkeit das CO₂ in einen Kreislauf (Power-to-Gas) zu binden und so die Emission von Treibhausgasen zu mindern. Das erzeugte Methan fungiert als chemischer Energiespeicher und trägt zur Stabilisierung des Stromnetzes bei.</abstract>
    <abstract language="eng">It could be shown, that the direct methanation of CO₂, as described by the Sabatier-reaction, CO₂ + 4H₂ ↔ CH₄ + 2H₂O, can be done in laboratory and in an industrial scale under a variation of different process parameters. The Sabatier reaction is accelerated by catalysts. Different commercially available nickel and ruthenium-based catalysts were reviewed for their use in methanation and compared with self-prepared catalysts. Relevant parameters for the activity of a catalyst are the conversion of CO₂, the yield of CH₄ and the selectivity regarding the Sabatier-reaction. A conversion and yield of above 90% and a selectivity of nearly 100% were measured in the laboratory-set-up. Optimal parameters for the process were studied by variation of temperature, quantity of the reactants, amount of catalyst and pressure inside the reactor. An additional approach was the reaction with synthetic and real flue gases (Oxyfuel, CCS) and in this regard, a dilution of the CO₂ with nitrogen and oxygen and the role of known contaminations like sulfur and nitrogen oxides that can poison the catalyst. A relation between the amount of sulfur contamination, the temperature and the decrease in activity could be determined. It was possible to discern single reaction mechanism due to the formation of carbon monoxide during the reaction. &#13;
Results in the laboratory have been used for the construction of a pilot-plant that represents an upscale of 5000 in gas quantity. A number of experiments were repeated in the pilot-plant. Here, it was possible to convert nearly 250kg/day CO₂ from flue gases to methane. The pilot plant was integrated into a power plant and therefore measurements with real flue gas could be conducted. Without additional cleaning of the flue gas, a conversion rate of up to 90% was achieved. A complex temperature distribution and an increase in the temperature of the reactor up to 600°C lead to a decrease in conversion to 60%. Equilibrium between the produced and removed heat is reached at those temperatures. The resulting gas has a low energy density and is classified as a lean gas that could be used for a reconversion to electric power. &#13;
The methanation of CO₂ represents a possibility to store the CO₂ into a loop of conversion and reconversion of energy (Power-to-Gas) and therefore it is possible to reduce the emission of greenhouse gases. The produced methane is a chemical energy storage and contributes to the stabilization of the electric grid.</abstract>
    <identifier type="urn">urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-42625</identifier>
    <licence>Keine Lizenz vergeben. Es gilt das deutsche Urheberrecht.</licence>
    <author>Fabian Rachow</author>
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      <value>Erneuerbare Energien</value>
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      <value>Carbon dioxide capture and utilization</value>
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    <publishedDate>--</publishedDate>
    <thesisDateAccepted>2015-04-30</thesisDateAccepted>
    <title language="eng">Lab-based in-situ X-ray microscopy - methodical developments and applications in materials science and microelectronics</title>
    <title language="deu">Labor-gestützte in-situ Röntgenmikroskopie - methodische Entwicklungen und Anwendungen in der Materialwissenschaft und Mikroelektronik</title>
    <abstract language="eng">The method of microscopic imaging using X-rays and diffractive lenses was developed at synchrotron radiation facilities and it was recently transferred to systems with laboratory X-ray sources. The first part of this thesis focuses on instrumentation, in particular on the fabrication, characterization, and application of multilayer Laue lenses (MLL). The second part describes a micromechanical in-situ test that is used to study crack propagation with X-ray microscopy in microchips in a dedicated fracture mechanics experiment called micro double cantilever beam test (MicroDCB).&#13;
MLLs were fabricated from WSi2/Si multilayer coatings using mechanical preparation and focused ion beam milling. Initial characterization of the obtained lenses using scanning electron microscopy and X-ray microscopy was used to evaluate the quality of the multilayer stack and particularly to identify geometrical imperfections of individual lens elements. Crossed partial MLLs were assembled as a compact lens device for two-dimensional operation, i.e. point focusing of synchrotron radiation or full-field transmission imaging. The optical properties were simulated using a geometrical optics approximation and a physical optics model. Experimental results verify full-field imaging using crossed partial MLLs with a focal length of 8.0 mm for Cu-Ka radiation in a laboratory X-ray microscope. Sub-100 nm resolution is shown and remaining aberrations are discussed. So-called wedged MLLs employ dynamic diffraction to increase the diffraction efficiency. A fabrication process is presented that allows a subsequent geometrical modification of the lens element using a stress layer. Thus, the wedged geometry is realized independently of the multilayer coating. The resulting layer tilt is measured using a laboratory X-ray microscope. First investigations of such wedged MLLs with synchrotron radiation at a photon energy E=15.25 keV show an enhancement of the diffraction efficiency of 57 % in comparison to a tilted MLL with the same dimensions. &#13;
The long working distance of the X-ray microscope facilitates the integration of customized equipment to perform in-situ experiments. The MicroDCB tester was designed and built to drive a crack in an appropriately prepared specimen. It is compatible with the X-ray microscope and it allows tomographic studies under load. In particular, the method was applied to investigate crack propagation in the on-chip interconnect stack of advanced microelectronics products. Stable crack propagation at this location was achieved. Subsequent tomographies were acquired at several load steps. The reconstructed datasets show no critical distortions. This test is assumed to provide valuable information about crack propagation such heterogeneous structures, what is of interest to address reliability issues.</abstract>
    <abstract language="deu">Die Methode der mikroskopischen Abbildung mittels Röntgenstrahlung und diffraktiven Linsen wurde an Synchrotronstrahlungsquellen entwickelt und kürzlich auf Geräte mit Laborquellen übertragen. Der erste Teil dieser Dissertation beschreibt die Herstellung, Charakterisierung und Anwendung von Multilayer-Laue-Linsen (MLL). Der zweite Teil beschreibt einen mikromechanischen in-situ Versuch, welcher benutzt wird, um die Rissausbreitung in geeignet präparierten Mikrochips mittels Röntgenmikroskopie in einem bruchmechanischen Experiment namens MicroDCB zu untersuchen.&#13;
Die MLL wurden durch mechanische Präparation und Focused-Ion-Beam-Bearbeitung aus WSi2/Si-Multischichten hergestellt. Die Charakterisierung der Linsen mittels Rasterelektronen- und Röntgenmikroskopie erlaubt die Beurteilung der Qualität des gesamten Multischichtstapels sowie die Erfassung geometrischer Abweichungen einzelner Linsenelemente. Gekreuzte partielle MLL wurden als kompaktes Linsenelement für zweidimensionale Anwendung, d. h., Punktfokussierung von Synchrotronstrahlung oder Vollfeld-Durchlicht-Abbildung, zusammengesetzt. Die optischen Eigenschaften wurden mit je einem auf geometrischer Optik und auf Wellenoptik basierenden Modell simuliert. Die experimentellen Ergebnisse demonstrieren Vollfeldabbildung mit gekreuzten partiellen MLL in einem Labor-Röntgenmikroskop. Die Linsen haben eine Brennweite von 8,0 mm bei der Verwendung von Cu-Ka Strahlung. Sub-100 nm Auflösung wurde erreicht und verbleibende Abbildungsfehler werden diskutiert. Keilförmige MLL weisen eine erhöhte Effizienz durch Ausnutzung von dynamische Beugung auf. Es wird eine Herstellungsmethode präsentiert, die eine nachträgliche geometrische Anpassung einer Einzellinse durch das Aufbringen einer verspannten Schicht erlaubt. Damit kann die keilförmige Geometrie unabhängig von der vorliegenden Multilagenbeschichtung erzielt werden. Der resultierende Kippwinkel der Schichten wurde mit Röntgenmikroskopie vermessen. Erste Untersuchungen solcher keilförmigen MLL mittels Synchrotronstrahlung bei E = 15,25 keV zeigen eine Erhöhung der Beugungseffizienz um 57 % gegenüber einer gekippten MLL mit gleichen Abmessungen.&#13;
Der lange Arbeitsabstand des Röntgenmikroskops vereinfacht die Integration von individuellen Vorrichtungen für in-situ Experimente. Der MicroDCB-Prüfer wurde entwickelt und gebaut um einen Riss in einem geeignet präparierten Untersuchungsobjekt voranzutreiben. Er ist kompatibel zu dem Röntgenmikroskop und erlaubt tomographische Untersuchungen unter Last. Die Methode wurde insbesondere auf die Untersuchung der Rissausbreitung in on-chip Verdrahtungsebenen von hoch entwickelten Mikrochips angewendet. Stabile Rissausbreitung innerhalb der Metallisierungsebenen wurde erreicht. Dabei wurden Tomographien an mehreren Lastschritten durchgeführt. Die rekonstruierten Volumendatensätze zeigen keine kritischen Störungen. Es wird erwartet, dass dieser Versuch wertvolle Informationen bezüglich der Rissausbreitung in derartigen heterogenen Materialien liefert, was unter anderem bei Fragestellungen hinsichtlich der Zuverlässigkeit von Produkten der Halbleitertechnik von Interesse ist.</abstract>
    <identifier type="urn">urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-35665</identifier>
    <licence>Keine Lizenz vergeben. Es gilt das deutsche Urheberrecht.</licence>
    <author>Sven Niese</author>
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      <value>X-ray microscopy</value>
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      <value>Diffractive X-ray lens</value>
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      <value>Double cantilever beam test</value>
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      <value>Röntgenmikroskopie</value>
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      <value>Diffraktive Röntgenlinse</value>
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      <value>Röntgenmikroskopie</value>
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    <collection role="ddc" number="535">Licht, Infrarot- und Ultraviolettphänomene</collection>
    <collection role="collections" number="">Wiss. Publikationen</collection>
    <collection role="old_institute" number="">LS Angewandte Physik / Sensorik</collection>
    <collection role="institutes" number="1503">FG Angewandte Physik und Halbleiterspektroskopie</collection>
    <thesisPublisher>BTU  Cottbus - Senftenberg</thesisPublisher>
    <thesisGrantor>BTU Cottbus - Senftenberg</thesisGrantor>
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    <completedYear>2013</completedYear>
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    <completedDate>2013-10-07</completedDate>
    <publishedDate>--</publishedDate>
    <thesisDateAccepted>2013-08-14</thesisDateAccepted>
    <title language="deu">Spektroskopische Untersuchungen an organischen Materialien und Metalloxiden</title>
    <title language="eng">Spectroscopic investigation of organic materials and metal oxides</title>
    <abstract language="deu">Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurde mit Synchrotron-basierenden, optischen und Elektronen-basierenden Methoden die elektronischen Eigenschaften zweier unterschiedlicher Materialklassen untersucht. Der Fokus lag dabei im besonderen auf der Bestimmung der Größe der Bandlücke/HOMO-LUMO-Lücke und ihre Abhängigkeit der verwendeten Methode. Die zwei unterschiedliche Materialklassen, welche untersucht wurden sind folgende: Erstens die organischen Systeme Cobalt-Phthalocyanin und Fulleren. An Ihnen wird der Einfluss der verwendeten Messmethoden aufgezeigt und die sich draus ergebenen HOMO- LUMO-Lücken (elektronisch, Volumen, Oberfläche, optisch) diskutiert. Es zeigt sich, dass die optische Methode (Ellipsometrie) generell den kleinsten Wert und die elektronischen Methoden (XPS, XAS) den größten Wert ergeben. Die Gründe dafür werden ausführlich diskutiert. Durch die Kombination von XPS- , XAS- und Ellipsometrie-Messungen war es möglich die Orientierung der aufgedampften CoPc-Moleküle auf den SiO2-Substrat zu bestimmen. Zweitens wurden die Metalloxide HfO2, Al2O3, In2O3 und Ga2O3 aufgrund ihrer großen technologischen Bedeutung untersucht. Mit Hilfe von ALD Zyklus-für-Zyklus Experimenten konnten die elektronischen Eigenschaften von HfO2 in Abhängigkeit der ALD- Zyklenzahl und das Wachstum von HfO2 in den ersten Zyklen studiert werden. Auf Basis der XPS- und EELS-Ergebnisse wurde ein Wachstumsmodell entwickelt. Es wird ebenfalls der Einfluss einer Dipolschicht an der Grenzfläche HfO2/SiO2 auf die Größe der Bandlücke in den EELS-Messungen diskutiert. Mittels resonanten Photoemission wurde ein neuer Auger-Mechanismus (3-Loch-Auger-Prozess) in den Oxiden gefunden. Dieser hat seine Ursache in Defekten. Defekte führen auch zu einer Fano-Anti-Resonanz, welche an der O1s-Absorptions-Kante beobachtet und diskutiert wird.</abstract>
    <abstract language="eng">In the framework of this thesis, synchrotron-based, optical and electron-based methods are applied to study the electronic properties of two different material classes. The focus lies in particular on the determination of the band gap / HOMO-LUMO gap and there dependency on the used method. The two different material classes, which where investigated are the following: Firstly, the organic systems Cobalt-Phthalocyanine and Fullerene. On them the influence of the used method will be shown and the resultant HOMO-LUMO gaps (electronic, volume, surface, optical) are discussed. It becomes apparent, that the optical method (Ellipsometry) in generally result in the smallest value and the electronic methods (XPS, XAS) result in the largest values. The reason for this fact is discussed in detail. By combination of XPS- XAS- and Ellipsometry-measurements it was possible to determine the orientation of the evaporated CoPc molecules on the SiO2 substrate. Secondly, the metal oxides HfO2, Al2O3, In2O3 and Ga2O3 where investigated, because of there great technological importance. By means of ALD cycle-by-cycle experiments it was possible to study the electronic properties of HfO2 as a function of the cycle number and the growth of HfO2 in the very first cycles. Based on the XPS- and EELS-results a growth model was developed. Also the influence of an dipole layer at the interface HfO2/SiO2 on the value of the band gap determined by EELS measurements will be discussed. By using resonant photoemission a new auger-mechanism (3-hole-auger-process) was found in the oxides. The reason for this mechanism are defects. Defects also results in a fano-anti-resonance, which was observed and will be discussed at the O1s-absorption edge.</abstract>
    <identifier type="urn">urn:nbn:de:kobv:co1-opus-29014</identifier>
    <identifier type="opus3-id">2901</identifier>
    <author>Marcel Frank Michling</author>
    <subject>
      <language>deu</language>
      <type>swd</type>
      <value>Spektroskopie</value>
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      <value>Metalloxide</value>
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      <value>Spektroskopie</value>
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      <value>Organik</value>
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      <value>Metalloxide</value>
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      <value>Bandlücke</value>
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      <value>3h-Auger</value>
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      <value>Organics</value>
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      <value>3h-Auger</value>
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    <collection role="ddc" number="530">Physik</collection>
    <collection role="collections" number="">Wiss. Publikationen</collection>
    <collection role="old_institute" number="">LS Angewandte Physik / Sensorik</collection>
    <collection role="institutes" number="1503">FG Angewandte Physik und Halbleiterspektroskopie</collection>
    <thesisPublisher>BTU  Cottbus - Senftenberg</thesisPublisher>
    <thesisGrantor>BTU Cottbus - Senftenberg</thesisGrantor>
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    <completedYear>2017</completedYear>
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    <completedDate>2017-07-02</completedDate>
    <publishedDate>--</publishedDate>
    <thesisDateAccepted>2017-05-30</thesisDateAccepted>
    <title language="eng">Role of substrates morphology and chemistry in ALD HfO₂ on Si(111)-H terminated surfaces as model</title>
    <title language="deu">Rolle der Substratmorphologie und –chemie bei der Atomlagenabscheidung HfO₂ auf einer Si(111)-H terminierten Oberfläche als Modellsystem</title>
    <abstract language="eng">This work presents an approach to investigate fundamental aspects concerning the early stage of the atomic layer deposition (ALD) growth process on stepped surfaces. The first interaction between precursors and surface is strongly important for the ALD growth that it is still far away from the status to be completely understood.&#13;
For this purpose, a few ALD-cycles withtetrakis(dimethylamido)hafnium (TDMAH) and trimethylaluminum (TMA) as metallic precursors and water (H₂O) as oxidant has been performed in order to study the initial metal oxide film growth on stepped surfaces such as silicon Si(111)-H terminated, highly oriented pyrolytic graphite (HOPG) and silver deposited HOPG (Ag-HOPG). These investigations have been carried out at various substrate temperatures, where scanning tunneling microscopy (STM) has been used systematically to probe the ALD features. This technique is delivering unique knowledge about the locality and the density of nucleation’s sites on the different substrates. The data collected are then subjected to a mathematical model to understand the growth and to determine the effect of the surface morphology and chemistry on the behavior of the nucleation.&#13;
The in-situ cycle-by-cycle STM investigation of 4 initial ALD cycles of TDMAH and H₂O on Si(111)-H terminated at room temperature (RT) and at 280°C displays two regimes of growth: In Regime I (1st - 2nd cycle) an increase in roughness in the first cycle to 0.2nm and 0.34nm respectively for RT and 280°C with a partial surface coverage of 71% and 54% is observed. In the 2nd cycle, the coverage increased to ~98% and 94% maintaining the same film height of the 1st cycle. A complete layer is formed in this regime. The results are discussed in reference to the Puurunen model. Following this model, the determination of the reaction mechanism in relation to the number of Hf atoms/nm² attached to the surface reveals that two ligands exchanges occur at RT and one ligand exchange at 280°C in the first regime. In addition, the origin of the reaction saturation was determined to be caused by the steric hindrance effect. In this first regime, the growth model is governed by random deposition followed by Mullins diffusion as determined from the universal values found for the roughness dynamic exponents (α, β, 1/z) of the film.</abstract>
    <abstract language="deu">Diese Arbeit beschäftigt sich mit einer Methode, die fundamentalen Aspekte des anfänglichen Schichtwachstums auf gestuften Oberflächen während des Prozesses der Atomlagenabscheidung (ALD) zu untersuchen. Die initiale Wechselwirkung zwischen den Präkursoren und der Oberfläche ist entscheidend für das ALD-Wachstum, wobei diese Wechselwirkung noch nicht komplett verstanden wird. &#13;
Zu diesem Zweck wurden einige ALD-Zyklen mit Tetrakis(dimethylamido)hafnium (TDMAH) und Trimethylaluminium (TMA) als metallische Präkursoren und Wasser (H₂O) als Oxidant durchgeführt, um das initiale Filmwachstum von Metalloxiden auf gestuften Oberflächen zu untersuchen. Als Oberflächen kamen dabei Wasserstoff-terminiertes Silizium(111), HOPG (HOPG: ‚highly oriented pyrolytic graphite‘) und mit Silber beschichtetes HOPG (Ag-HOPG) zum Einsatz. Diese Untersuchungen wurden an Schichten, die mit verschiedenen Substrattemperaturen gewachsen wurden, durchgeführt, wobei die Methode der Rastertunnelmikroskopie (RTM, englisch STM für ‚scanning tunneling microscopy‘) systematisch angewendet wurde, um die ALD spezifischen Besonderheiten zu erforschen. Diese Technik liefert einzigartige Erkenntnisse über die örtliche Verteilung von Wachstumskeimen und deren Dichte auf verschiedenen Substraten. Die gemessenen Daten wurden anschließend mit einem mathematischen Modell korreliert, um das Wachstum zu verstehen und den Einfluss der Oberflächenmorphologie und –chemie auf das Keimbildungsverhalten zu bestimmen.&#13;
Die Zyklus für Zyklus durchgeführten in-situ STM-Untersuchungen der ersten 4 ALD-Zyklen von TDMAH und H₂O auf Wasserstoff-terminierten Si(111) bei Raumtemperatur (RT) und 280°C (Substrattemperatur) liefern zwei Wachstumsregimes: Im ersten Regime (I, erster und zweiter ALD-Zyklus) erhöht sich die Oberflächenrauigkeit im ersten Zyklus auf 0,2nm (RT) bzw. 0,34nm (280°C) mit einer partiellen Oberflächenbedeckung von 71% (RT) bzw. 54% (280°C). Nach dem zweiten Zyklus erhöht sich die Oberflächenbedeckung auf 98% (RT) bzw. 94% (280°C), wobei die gleiche Filmdicke wie im ersten Zyklus beibehalten wird. In diesem Regime wird eine komplette Schicht gebildet. Die Ergebnisse wurden auf Basis des Puurunen-Modells diskutiert. Dabei wurde bei der Untersuchung der Reaktionsmechanismen in Abhängigkeit der auf der Oberfläche haftenden Hafnium-Atome (pro nm²) festgestellt, dass im ersten Regime zwei Liganden-Austauschprozesse bei RT und ein Liganden-Austauschprozess bei 280°C stattfinden. Zusätzlich wurde herausgefunden, dass die Reaktionssättigung durch sterische Behinderung determiniert ist. Die Analyse der universellen dynamischen Rauigkeitsexponenten (α, β, 1/z) der Filme führt zum Schluss, dass in diesem ersten Regime das Wachstum durch eine willkürliche Beschichtung gefolgt von der Mullins-Diffusion bestimmt wird.</abstract>
    <identifier type="urn">urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-42418</identifier>
    <licence>Keine Lizenz vergeben. Es gilt das deutsche Urheberrecht.</licence>
    <author>Zied Rouissi</author>
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      <value>Atomlagenabscheidung</value>
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      <value>Rastertunnelmikroskopie</value>
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