TY - THES A1 - Marfin, Ihar T1 - Search for additional Higgs bosons with multi b-quark final states at LHC T1 - Suche nach weiteren Higgs Bosonen in Endzuständen mit mehreren b-Quarks am LHC N2 - The Higgs mechanism is responsible for the spontaneous breaking of the electroweak symmetry leading to the generation of masses of fermions and weak bosons. This thesis is devoted to search for the neutral supersymmetric Higgs particles Φ=h, H and A decaying into b quarks produced in association with at least one more b quark at the Large Hadron Collider. Here the study of the final states characterized by three b-tagged jets is described in detail. The analysis was performed using data corresponding to 2.7 − 4.8 fb^−1 integrated luminosity of pp collisions with a centre-of-mass energy of 7 TeV collected in 2011 with the CMS detector. Two analysis scenarios were adopted to perform a search for neutral Higgs bosons of low and medium masses, 90 GeV ≤ MΦ < 180 GeV and 180 ≤ GeV MΦ ≤ 350 GeV, respectively. Two-dimensional templates, built up from double-b-tagged data and based on the invariant mass of the two leading b jets and a variable reflecting b-jet properties of three leading jets, are used to model the background. The signal is modeled by templates obtained from Monte Carlo simulation. Various systematic effects affecting the signal efficiency and changing shapes of the signal and background templates were investigated. The fitting machinery, based on a binned least-squares fit of the signal and background templates and the systematics model dependent on the hypothesized mass of the pseudoscalar Higgs particle A, was developed to extract the signal and background yields from the data. No significant evidence for the production of the Higgs bosons is found. Using the CLS method, we set cross section times branching fraction upper limits at 95% confidence level (CL) on the production of such neutral Higgs bosons Φ in the mass range from 90 GeV to 350 GeV. The observed exclusion limits are well within the expected ±2σ band. The benchmark scenario of the Minimal Supersymmetric Standard Model, denoted as mmax , with the two choices of the Higgsino mass parameter, μ = +200 GeV and μ = −200 GeV is considered. The obtained 95% CL upper limits on σ (pp → bb + Φ) × BR(Φ → bb) are interpreted as the upper limits on the MSSM parameter tan β . Ranges 27 ≤ tan β ≤ 51 and 22 ≤ tan β ≤ 37 for the masses of the Higgs boson from 90 to 350 GeV are ruled out at μ = +200 GeV and μ = −200 GeV, respectively. The 95% CL limits on tan β obtained in this channel supersede previous tan β limits established by CDF and D0 experiments. N2 - Die SU(2)⊗U(1) Symmetrie der elektroschwachen Wechselwirkung wird im Standardmodell durch den Higgs-Mechanismus spontan gebrochen. Eichbosonen und Fermionen erhalten durch die Wechselwirkung mit dem Higgs-Feld ihre Masse. Zudem wird ein neues Teilchen vorhergesagt, das Higgs-Boson, als Anregung des Higgs-Feldes. Allerdings gibt es berechtigte Zweifel am fundamentalen Charakter des Standardmodells, zum Beispiel folgt aus kosmologischen Beobachtungen die Existenz dunkler Materie, die im Standardmodell nicht erklärt werden kann. Theoretiker haben daher Erweiterungen des Standardmodells vorgeschlagen, in denen mehrere Higgs-Bosonen vorhergesagt werden. Das am CERN im Jahre 2012 entdeckte Higgs-Boson kann sowohl das Higgs-Boson des Standardmodells als auch eines der Higgs-Bosonen der umfassenden Theorien sein. Die Entdeckung eines weiteren Higgs-Bosons wäre ein klares Signal für die Notwendigkeit einer neuen Theorie. Diese Arbeit beschreibt die Suche nach den neutralen Higgs-Bosonen Φ=h, H und A im Minimal Supersymmetrischen Standardmodell (MSSM). Von Interesse ist dabei der drei-b-Jet-Endzustand, der durch die Reaktion pp → bΦ entsteht, und das Higgs-Boson am Ende in ein Paar von b-Quarks zerfällt, Φ → bb. Um einen möglichst reinen Datensatz zu erhalten, ist die Identifikation der b-Jets entscheidend. Die Suche wird mit den Daten des CMS-Experimentes am Large Hadron Collider (LHC) aus dem Jahr 2011 bei einer Schwerpunktenergie von 7 TeV durchgeführt. Für die Analyse wurden Daten verwendet, die integrierten Luminositäten der speziellen Higgs-Trigger von 2.7-4.8 fb−1 entsprechen. Im Rahmen der hier vorgestellten Analyse wurden zwei Analyseszenarien entwickelt, um eine Suche nach Higgs-Bosonen von niedrigen und mittleren Massen, 90 GeV ≤MΦ < 180 GeV und 180 GeV ≤ MΦ ≤ 350 GeV, durchzuführen. Für die Suche wurden zweidimensionale Verteilungen hergenommen. Eine Variable ist die invariante Masse der beiden führenden b-Jets. Die zweite Variable kombiniert topologische und kinematische Eigenschaften von b-Quark-Jets. Zur Abschätzungen des Hintergrundes werden Ereignisse mit drei Jets, von denen zwei als b-Quark-Jets erkannt wurden, verwendet. Signalereignisse werden aus Monte-Carlo-Simulationen erzeugt, im Detektor rekonstruiert und durch den speziellen Higgs-Boson Trigger selektiert. Systematische Effekte aus verschiedenen Quellen werden untersucht. Der Schwerpunkt lag dabei bei der Betrachtung solcher Effekte, die zu veränderter Signal-Effizienz und zu Hintergrundverteilungen führten. Ein χ 2 -Test wird verwendet, um das Signal aus den Daten zu extrahieren. In dieser Analyse wurde kein Signal gefunden. Die Ergebnisse wurden für die Berechnung einer oberen Grenze für σ (pp → bb + Φ) × BR(Φ → bb) in Abhängigkeit von der Masse des Higgs-Bosons zwischen 90 und 350 GeV benutzt. Die verwendete Methode basiert auf einer CLS -Berechnung mittels einer Log-Likelihood-Funktion. Innerhalb der 2σ Bereiche ist die beobachtete Grenze in gutem Einklang mit der zu erwarteten Ausschlussgrenze. Aus den Daten wurde zusätzlich eine untere Grenze auf den tan β -Parameter des MSSM als Funktion der Higgs-Boson Masse gesetzt. Im Rahmen des mmax MSSM-Szenarios für eine Masse des Higgs Bosons zwischen 90 und 350 GeV sind folgende Bereiche mit einem Vertrauensniveau von 95% erlaubt: 27 ≤ tan β ≤ 51 für μ = +200 GeV und 22 ≤ tan β ≤ 37 für μ = −200 GeV, wobei μ die Higgsino-Masse ist. Die gesetzte Grenze für tan β ist weitaus enger als die aus früheren Messungen am CDF- und D0-Experiment. KW - Higgs mechanism KW - Minimal supersymmetric standard model KW - Large hadron collider KW - Reaktion pp → bΦ KW - CMS-Experimente KW - Higgs-Teilchen KW - LHC Y1 - 2014 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-32819 ER - TY - THES A1 - Blasl, Martin T1 - Elektrooptisch induzierte Wellenleiter in paranematischen Flüssigkristallen T1 - Electro-optically induced waveguides in paranematic liquid crystals N2 - In dieser Arbeit wird die Entwicklung einer neuartigen fasergekoppelten Wellenleiterweiche beschrieben, womit erstmals das Anwendungspotential elektrooptisch induzierter Wellenleiter für komplexe faseroptische Anwendungen aufgezeigt wird. Die entwickelte Wellenleiterweiche kann das Licht einer Glasfaser auf zwei Glasfasern sowohl wechselseitig schalten als auch mit steuerbarem Leistungsverhältnis aufteilen. Hierzu wird das Prinzip elektrooptisch induzierter Wellenleiter genutzt. Bei diesem Prinzip entsteht in einer aus elektrooptischem Material bestehenden Schicht durch die lokale Brechzahländerung infolge eines elektrischen Feldes oberhalb einer Elektrode ein reversibler Wellenleiter. In den mittels Halbleitertechnologien gefertigten Wellenleiterstrukturen dient das flüssigkristalline Nematogen 5CB als elektrooptisches Material. Hierbei besitzt dessen paranematische Phase eine hohe Transmission über einen breiten Wellenlängenbereich, einen ausgeprägten elektrooptischen Kerr-Effekt und eine Relaxationszeitkonstante kleiner einer Mikrosekunde. Neben dem Kerr-Effekt treten in paranematischen Flüssigkristallen elektrooptische Effekte höherer Ordnung und ein für die Anwendung kritischer feldinduzierter nematisch-paranematischer Phasenübergang auf. In diesem Zusammenhang wird die Eignung paranematischer Flüssigkristalle hinsichtlich der Verwendung in elektrooptisch induzierten Wellenleitern mittels des im Rahmen dieser Arbeit entwickelten Dünnschichtrefraktometers untersucht. N2 - The objective of this thesis is to develop a novel fibre coupled waveguide switch, whereby the potential of electro-optically induced waveguides for complex fibre-optic applications is demonstrated for the first time. The developed waveguide switch allows the switching of light from an optical input fibre to one of two optical output fibres, as well as variable power splitting. For this, the working principle of electro-optically induced waveguides is applied. In a layer made of an electro-optical material, the electrical field above an electrode causes an optical waveguide due to the locally increased refractive index. In the waveguide structures fabricated by means of semiconductor technologies, the nematogenic liquid crystal 5CB is used as electro-optic material, which provides a good transmission over a broad wavelength range, a huge electro-optical Kerr-effect and a response time below one microsecond. In addition to the electro-optical Kerr-effect in paranematic liquid crystals, higher-order electro-optical effects occur as well as the nematic-paranematic phase transition, which is critical for the application in the electro-optically induced waveguides. In this context, the applicability of paranematic liquid crystals is investigated by means of a thin film refractometer developed within the presented work. KW - Elektrooptik KW - Flüssigkristall KW - Paranematisch KW - Wellenleiter KW - Halbleitertechnologie KW - Electrooptics KW - Liquid crystal KW - Paranematic KW - Waveguide KW - Semiconductor technology KW - Elektrooptik KW - Flüssigkristall KW - Halbleitertechnologie KW - Lichtwellenleiter Y1 - 2017 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-42215 ER - TY - THES A1 - Popp, Andreas T1 - Elektronische Struktur und Grenzflächeneigenschaften von epitaktischen Chalkopyrit-Schichten T1 - Electronic structure and interface properties of epitaxial chalkopyrite layers N2 - Chalkopyrite gelten aufgrund ihrer direkten Bandlücke sowie der hohen Absorptions-koeffizienten als vielversprechende Materialien für Absorber in der Dünnschichtsolarzellentechnik. Speziell CuGaSe2 (CGS) mit einer für Kupfer-Chalkopyrite großen Bandlücke von 1.68 eV ist ein für die Photovoltaik interessantes Material in Hinblick auf Tandemsolarzellen mit CuInSe2. Das Grundverständnis der Eigenschaften des CGS-Materialsystems ist daher von entscheidender Bedeutung für effizienzsteigernde Optimierungen für Solarzellen auf Chalkopyrit-Basis. Mit Hilfe der Molekularstrahlepitaxie wurden einkristalline CGS-Schichten unterschiedlicher Stöchiometrie auf GaAs-Substraten abgeschieden. Die Oberflächenzusammensetzung sowie die Valenzbandstruktur wurden mit Hilfe der Photoelektronen-Spektroskopie bestimmt. Zusätzlich erlaubten die einkristallinen Schichten eine Bestimmung der Periodizität der Oberfläche durch niederenergetische Elektronenstreuung. Dabei konnte eine (4x2) Rekonstruktion der Zinkblende-Ordnung der (001) Fläche für kupferreiche CGS-Schichten nachgewiesen werden. Für kupferarme bis nahstöchiometrische Präparationsbedingungen wurde eine (4x1) Rekonstruktion erhalten. Die (112) Fläche hingegen zeigte für kupferarme Stöchiometrien eine bisher noch nicht nachgewiesene (3x1) Rekonstruktion der Chalkopyrit-Ordnung mit zwei Rotationsdomänen, welche für höhere Cu/Ga Verhältnisse in eine (1x1) Struktur überging. Weiterhin gelang es die bereits für Kupfer-Chalkopyrite bekannte Cu2-xSe Sekundärphase, welche unter kupferreichen Präparationsbedingungen auftritt, durch einen nachträglichen Heizschritt auf Wachstumstemperatur deutlich abzuschwächen bzw. zu entfernen. Für die Effizienz der Solarzelle sind die Grenzflächen von Absorber zu Puffer- und Puffer- zu Fensterschicht von besonderer Bedeutung. Die Untersuchung des Heterokontakts von CGS zu ZnO stellt einen weiteren Schwerpunkt der vorliegenden Arbeit dar. Hierbei stand die Bandanpassung von Chalkopyrit zu ZnO im Vordergrund. Für das Wachstum von ZnO konnte mit Hilfe der Metall-Organischen-MBE auf CuGaSe2 das Auftreten einer dünnen (1-2 nm) ZnSe-Zwischenschicht nachgewiesen werden. Im Gegensatz zu CuInSe2 wurde jedoch anstatt eines „Spikes“ in der Leitungsbandanpassung von CGS zu ZnO ein für die Solarzelleneffizienz ungünstiges „Cliff“ gefunden. Letzteres trat unabhängig von der CGS Substratorientierung auf. Mit Hilfe von niederenergetischer Elektronenstreuung gelang für das Wachstum von ZnO auf der (112) CGS Fläche trotz der großen Gitterfehlanpassung von ZnO zu CGS der Nachweis von geordnetem Wachstum. Für das Wachstum von ZnO auf CGS (001) wurde polykristallines Wachstum beobachtet. Aufgrund der nicht optimalen Bandanpassung zum CGS scheint ZnO zusammen mit ZnSe als Pufferschicht kein geeignetes Fenstermaterial für dieses Kupfer-Chalkopyrit zu sein. Damit ist eine mögliche Erklärung für den, im Vergleich zu CuInSe2 basierten Zellen, geringen Wirkungsgrad von CGS Solarzellen gefunden. N2 - Chalcopyrites are a promising material for thin-film solar cell applications due to their direct bandgap and high absorption coefficients. Especially CuGaSe2 (CGS) with its large bandgap of 1.68 eV is an interesting photovoltaic material with respect to tandem devices on CuInSe2 based systems. Understanding the material properties of CGS is crucial for optimizing the solar cell efficiency. Single crystalline CuGaSe2 layers with varying Cu/Ga ratios were epitaxially grown on GaAs (100) and (111)A substrates by molecular beam epitaxy. The surface composition as well as the valence band structure were determined by photoelectron spectroscopy. Additionally, the mono-crystalline layers allowed an investigation of surface periodicity by low energy electron diffraction. A (4x2) reconstruction of the zinc blende type was obtained for the Cu-rich CGS (001) surface. For Cu-poor and near stoichiometric samples a (4x1) reconstruction was found, which is formed out of the (4x2) structure by statistical distribution of the cation elements. In contrast, the Cu-poor [112] direction showed a (3x1) reconstruction of the chalcopyrite type with two rotational domains which has not been observed before. For higher Cu/Ga ratios a (1x1) structure was obtained. For Cu-rich copper-chalcopyrites the presence of a Cu2-xSe secondary phase is known. By subsequently annealing the CGS layers at growth temperature the secondary phase was weakened or even suppressed. For the device performance the absorber to buffer and buffer to window-layer interfaces are of particular importance. Therefore, another subject of this thesis was the preparation of a hetero contact of CGS to ZnO by metal-organic MBE. This system was analyzed with a focus on the band alignment. Preliminary to the ZnO growth the formation of a thin (1-2 nm) ZnSe layer has been detected. ZnSe is a candidate for a cadmium free buffer-layer material. In contrast to the band alignment data for ZnO on CuInSe2, the conduction band linup showed a cliff for ZnO on CGS. This cliff appeared independent of the orientation of the CGS substrate. By low energy electron diffraction ordered growth of ZnO on CGS (112) was achieved despite the large lattice mismatch of ZnO to CGS. Polycrystalline growth was detected for ZnO on CGS (001). Due to the unfavorable band matching of ZnO to CGS, ZnO in combination with ZnSe as buffer layer does not seem to be a feasible window layer material for this copper-chalcopyrite. Future work should address further element compounds with a lower electronegativity difference to the selenide system. Compared to solar cells based on CuInSe2, these results provide a possible explanation for the low CGS cell efficiency. KW - Verbindungshalbleiter KW - Chalkopyrit KW - Dünnschicht-Solarzelle KW - Heterokontakt KW - Bandanpassung KW - Compound semiconductor KW - Chalcopyrite KW - Thin-film solar cell KW - Hetero contact KW - Band alignment KW - Kupferkies KW - Dünnschichtsolarzelle KW - Verbindungshalbleiter KW - Grenzfläche Y1 - 2016 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-42465 ER - TY - THES A1 - Karacheban, Olena T1 - Luminosity measurement at CMS T1 - Luminositätsmessung bei CMS N2 - Luminosity is a key quantity of any collider, since it allows for the determination of the absolute cross sections from the observed rates in a detector. Since the Higgs boson discovery in 2012, the highest priority at the Large Hadron Collider (LHC) has been given to an accurate understanding of the electroweak scale and a search for new physics. Precise luminosity measurements in such conditions are of crucial importance, as they determine the precision of any physics cross section measurement. To increase the production of particles of low cross section the LHC is running at the highest possible luminosity. After the first Long Shutdown (LS1) the original performance goal for the luminosity of was reached with 1011 protons per bunch and a bunch spacing of 25 ns. In such conditions radiation hard detectors with extremely fast response time are required, especially for instrumentation near the beam. The Compact Muon Solenoid experiment is equipped with three online luminometers, which fulfill the listed requirements: the Fast Beam Conditions Monitor (BCM1F), the Pixel Luminosity Telescope (PLT) and the Forward Hadron calorimeter (HF). The BCM1F was upgraded during LS1 from 8 to 24 diamond sensors and is read out by a dedicated fast ASIC. The back-end comprises a deadtime-less histogramming unit, with 6.25 ns bin width and analog-to-digital converters with 2 ns sampling time in the VME standard. A microTCA system with better time resolution is in development. Because of its excellent time resolution BCM1F measures separately both luminosity and machine induced background particles. The performance of the detector in the first running period and radiation damage monitoring of the sensors and electronics chain form the first part of this thesis. Calibration of the luminometers at the LHC is done using van der Meer (VdM) scans. The proton beams are scanned against each other. The effective width of the beams is measured and the visible cross section, the key quantity for the luminosity measurement, is determined. The impact of detector instability, beam-beam effects, correlations of the particle density distributions in the X and Y planes, and satellite and ghost bunches are studied in detail and systematic uncertainties are derived. A comparison of the VdM scans of 2015 and 2016 completes the second part of the thesis. As a contribution to the upgrade of the beam instrumentation for the high luminosity LHC, a novel single crystal sapphire detector was designed, built and studied in a test-beam. The detector comprises a stack of sapphire plates. The response depends on the direction of the incident particles. The performance of the detector is described in the third part of the thesis. It is demonstrated that this sapphire detector can be used for the detection of single relativistic particles. The results point to the dominant contribution of the electrons to the signal generation in sapphire. N2 - Die Luminosität ist eine Schlüsselgrösse eines jeden Beschleunigers und Speicherrings (Collider). Seit der Entdeckung eines Higgs-Bosons im Jahr 2012 wird am Large Hadron Collider (LHC) mit höchster Priorität am Verständnis der elektroschwachen Skala und der Suche nach neuer Physik gearbeitet. Präzise Luminositätsmessungen sind dabei von entscheidender Bedeutung, um Messungen von Wirkungsquerschnitten mit den Vorhersagen der Theorie zu vergleichen. Nach der ersten langen Betriebspause des LHC wurde die geplante Luminosität von 1x1034 cm-2s-1 mit maximal 3564 Teilchenpaketen im Zeitabstand von 25 ns mit 1011 Protonen pro Paket erreicht. Das Compact Muon Solenoid Experiment ist mit drei Online-Luminometern ausgestattet: der Fast Beam Conditions Monitor (BCM1F), das Pixel Luminosity Telescope (PLT) und das Forward Hadron calorimeter (HF). Das BCM1F-System wurde während des LS1 erweitert. Die Zahl der Diamantsensoren wurde von 8 auf 24 erhöht, um ein hohes Maß an Redundanz zu erhalten. Wegen der höheren Folgefrequenz der Teilchenpakete wurde die Front-End-Elektronik durch einen speziell entwickelten ASIC ersetzt. Die Auswerteelektronik umfasst eine eigens für diesen Zweck entwickelte totzeitlose Histogrammier-Einheit mit 6.25 ns Zeitauflösung und einen Analog-Digital-Wandler mit 2 ns Sampling-Zeit im VME-Standard. Aufgrund seiner ausgezeichneten Zeitauflösung wird BCM1F sowohl für Luminositäts- als auch für Hintergrundmessungen verwendet. Die Bestimmung der wesentlichen Kenngrößen des Detektors in der ersten Laufzeit und die Abschätzung von Strahlungsschäden der Sensoren und der Elektronik bilden den ersten Teil dieser Dissertation. Die Kalibrierung der Luminometer erfolgt am LHC mit van der Meer (VdM) Scans. Die Protonenstrahlen werden dabei in definierten Schritten in X und Y-Richtungen bewegt, um die effektive Breite der Strahlen und den sogenannten sichtbaren Wirkungsquerschnitt zu messen. Zur Abschätzung des systematischen Fehlers wurde der Einfluss von Instabilitäten des Detektors, Strahl-Strahl-Wechselwirkungen, Korrelationen zwischen den Teilchendichten X und Y, Satellite- und sogenannter Geisterpakete auf die Messung des sichtbaren Wirkungsquerschnitts bestimmt. Ein Vergleich der VdM-Scans von 2015 und 2016 sowie ein Vergleich mit den Ergebnissen anderer Luminometer schließt den zweiten Teil der Arbeit ab. Als Beitrag zur Weiterentwicklung der Strahlinstrumentierung für die spätere Phase hoher Luminosität am LHC wurde ein Einkristall-Saphir-Detektor entworfen, gebaut und im Teststrahl vermessen. Der Detektor besteht aus aufeinanderliegenden Saphirplatten, die einzeln ausgelesen werden. Die Kenngrößen des Detektors sind im dritten Teil der Dissertation beschrieben. Die vorliegende Studie zeigt, dass Saphirdetektoren zum Einzelteilchennachweis eingesetzt werden können. Die Hinweise auf den dominierenden Beitrag der Elektronen zum Signal werden bestätigt. KW - Collider KW - Luminosity KW - Diamond sensors KW - Van der Meer scan KW - Sapphire sensors KW - Collider KW - Luminosität KW - Diamant-Sensoren KW - Van der Meer Scan KW - Saphir-Sensoren KW - LHC KW - Lumineszenz KW - Sensor KW - Saphir Y1 - 2017 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-43243 ER - TY - THES A1 - Blasl, Martin T1 - Elektrooptisch induzierte Wellenleiter in paranematischen Flüssigkristallen T1 - Electro-optically induced waveguides in paranematic liquid crystals N2 - In dieser Arbeit wird die Entwicklung einer neuartigen fasergekoppelten Wellenleiterweiche beschrieben, womit erstmals das Anwendungspotential elektrooptisch induzierter Wellenleiter für komplexe faseroptische Anwendungen aufgezeigt wird. Die entwickelte Wellenleiterweiche kann das Licht einer Glasfaser auf zwei Glasfasern sowohl wechselseitig schalten als auch mit steuerbarem Leistungsverhältnis aufteilen. Hierzu wird das Prinzip elektrooptisch induzierter Wellenleiter genutzt. Bei diesem Prinzip entsteht in einer aus elektrooptischem Material bestehenden Schicht durch die lokale Brechzahländerung infolge eines elektrischen Feldes oberhalb einer Elektrode ein reversibler Wellenleiter. In den mittels Halbleitertechnologien gefertigten Wellenleiterstrukturen dient das flüssigkristalline Nematogen 5CB als elektrooptisches Material. Hierbei besitzt dessen paranematische Phase eine hohe Transmission über einen breiten Wellenlängenbereich, einen ausgeprägten elektrooptischen Kerr-Effekt und eine Relaxationszeitkonstante kleiner einer Mikrosekunde. Neben dem Kerr-Effekt treten in paranematischen Flüssigkristallen elektrooptische Effekte höherer Ordnung und ein für die Anwendung kritischer feldinduzierter nematisch-paranematischer Phasenübergang auf. In diesem Zusammenhang wird die Eignung paranematischer Flüssigkristalle hinsichtlich der Verwendung in elektrooptisch induzierten Wellenleitern mittels des im Rahmen dieser Arbeit entwickelten Dünnschichtrefraktometers untersucht. N2 - The objective of this thesis is to develop a novel fibre coupled waveguide switch, whereby the potential of electro-optically induced waveguides for complex fibre-optic applications is demonstrated for the first time. The developed waveguide switch allows the switching of light from an optical input fibre to one of two optical output fibres, as well as variable power splitting. For this, the working principle of electro-optically induced waveguides is applied. In a layer made of an electro-optical material, the electrical field above an electrode causes an optical waveguide due to the locally increased refractive index. In the waveguide structures fabricated by means of semiconductor technologies, the nematogenic liquid crystal 5CB is used as electro-optic material, which provides a good transmission over a broad wavelength range, a huge electro-optical Kerr-effect and a response time below one microsecond. In addition to the electro-optical Kerr-effect in paranematic liquid crystals, higher-order electro-optical effects occur as well as the nematic-paranematic phase transition, which is critical for the application in the electro-optically induced waveguides. In this context, the applicability of paranematic liquid crystals is investigated by means of a thin film refractometer developed within the presented work. KW - Elektrooptik KW - Flüssigkristall KW - Paranematisch KW - Wellenleiter KW - Halbleitertechnologie KW - Electrooptics KW - Liquid crystal KW - Paranematic KW - Waveguide KW - Semiconductor technology KW - Elektrooptik KW - Flüssigkristall KW - Halbleitertechnologie KW - Lichtwellenleiter Y1 - 2017 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-40845 ER - TY - THES A1 - Käso, Mathias T1 - Thermischer und elektrischer Transport in hybriden Heterostrukturen T1 - Thermal and electrical transport in hybrid heterostructures N2 - Im ersten Teil untersuchen wir den phononischen Wärmetransport in nanoskaligen, heterogenen Strukturen. Mit Hilfe des Nichtgleichgewicht-Green-Funktionen-Formalismus leiten wir eine Entwicklung der phononischen Stromtransmission für kleine Frequenzen her. Diese besitzt Gültigkeit für eine beliebige Oszillatorkette, welche eine typische Kontakt-Device-Kontakt-Struktur aufweist. Wir nutzen die gefundene Entwicklung in der Landauer Darstellung der Wärmeleitfähigkeit, wodurch wir eine systematische Tieftemperaturentwicklung bestimmen können. Betrachtet man diese Entwicklung bis zur zweiten Ordnung, erscheint die quantisierte Wärmeleitfähigkeit als ein konstantes Plateau, in der Darstellung der Wärmeleitfähigkeit geteilt durch die Temperatur. Dies gilt für die von uns untersuchten Kontakt-Device-Kontakt-Systeme, welche vollständig heterogen sein können, insofern das Produkt aus Kopplungskonstante und Oszillatormasse in beiden Kontakten identisch ist. Dabei ist das Ergebnis vollkommen unabhängig vom Streugebiet. Im Anschluss an das Plateau gewinnen die höheren Ordnungen der Tieftemperaturentwicklung an Bedeutung und führen zu endlichen Temperaturkorrekturen, die einem kubischen Potenzgesetz gehorchen. Dieses Verhalten hängt von den strukturellen Details des Streugebiets ab und ist in Übereinstimmung mit dem Experiment und numerischen Berechnungen. Als Anwendung unserer allgemeinen Ergebnisse betrachten wir eine „Double Junction“-Kette und finden als erstes Phänomen nach unserer Tieftemperaturentwicklung ein zweites Plateau. Dieses Plateau steht in Verbindung mit einer phasengemittelten Phononentransmission, welche für steigende Temperaturen zu einer Unabhängigkeit der Wärmeleitfähigkeit von der Device-Länge führt. Im weiteren Verlauf dieser Arbeit werden diese Ergebnisse auf quasi-eindimensionale 3DSysteme in der Kontakt-Device-Kontakt-Struktur verallgemeinert. Dazu werden exemplarisch geeignete Kristallstrukturen identifiziert und anschließend für langwellige Phononen mathematisch analysiert. Für Temperaturen unterhalb eines kritischen Wertes TK sind die Ergebnisse des eindimensionalen Falls auf jede der akustischen Moden übertragbar. Daraus resultiert eine analoge Beschreibung und Diskussion des Tieftemperaturverhaltens der Wärmeleitung, wie wir sie im strikt eindimensionalen Fall vorfinden. Im zweiten Teil betrachten wir ein thermisches Modell integrierter Schaltkreise, unter Berücksichtigung der zugehörigen Chip-Umgebung. Als die einfachste Wahl, behandeln wir die aktive Schicht („Front End Of Line“) als ein Feld, bestehend aus identischen Quantenbauelementen mit der gleichen, von der Zeit abhängigen mittleren Temperatur. Um die Chip-Umgebung zu modellieren, setzen wir voraus, dass sich die aktive Schicht zwischen zwei planparallelen Wärmereservoirs befindet. Das obere Reservoir stellt dabei die Verdrahtungsschicht des Chips dar („Back End Of Line“). Die Temperatur dieser Schicht ist weitestgehend durch die in den Leitern dissipierte joulesche Wärme bestimmt und ist typischerweise in der Größenordnung von hundert Grad Celsius. Das untere Reservoir verkörpert die Kühleinheit, die sich ungefähr auf Raumtemperatur befindet. Wir lösen die gekoppelten Gleichungen, die auf der einen Seite den Wärmetransport zwischen der aktiven Schicht und den umgebenden Wärmereservoirs und auf der anderen Seite den elektrischen Transport im Quantenbauelement beschreiben. Daraus ergeben sich die Arbeitstemperaturen der betrachteten Quantenbauelemente, welche Lösungen eines Fixpunktproblems sind. Diese Temperaturen hängen von der Position der aktiven Schicht zwischen den beiden Wärmereservoirs ab. Die Stabilität der Fixpunkte lässt sich aus einer geeigneten Linearisierung der zeitabhängigen Gesamtlösung ableiten. Für ausgewählte Parameter und eine aktive Schicht aus identischen Nanotransistoren werden numerische Lösungen präsentiert. N2 - In the first part, we study phononic heat transport in nanoscale devices. In the non-equilibrium Green's function formalism an analytical small-frequency expansion of the phonon current transmission is derived for an arbitrary oscillator chain with typical contact-device-contact structure. Applying this expansion in a Landauer formula it is possible to construct a systematic low-temperature expansion of the thermal conductance. It follows that quantized thermal conductance occurs as a plateau of the thermal conductance divided by the temperature within second order of the temperature expansion for completely heterogeneous systems as long as the product of force constant and oscillator mass is identical in both contacts, independent of the scattering area. Beyond these plateau the higher order terms of the low-temperature expansion yield a finite-temperature correction exhibiting the form of a cubic power law depending on the details of the scattering area. These findings are in agreement with experiments and numerical calculations. Our general results are applied to a double junction chain, where we find as the first phenomenon beyond our low-temperature expansion a second plateau. This plateau is associated with a thermal phase-averaging of the phonon transmission, which leads for increasing temperatures to an independence of the thermal conductance from the device length. Subsequently, we generalise these results on quasi-one dimensional 3D-systems with the contact-device-contact shape. For this purpose, we identify exemplarily suitable crystal structures, which we analyze mathematically for the long-wave phonons. For temperatures below a critical value TK the relevant results of the one dimensional case are valid for each acoustic mode. This lead to an analog description and discussion of the low-temperatures behaviour of the thermal conduction as in the strict one dimensional case. In the second part, we consider a thermal model for an integrated circuit including its chip environment. As the simplest choice, the active device layer (“Front End Of Line”) consists of an array of replicas of the same quantum device with the same time depended average temperature. Modeling the chip environment we assume this active layer is sandwiched between two coplanar heat reservoirs. The top heat reservoir represents the wiring layer of the chip (“Back End Of Line”). Its temperature is predominantly determined by the dissipated Joule heat in the wiring, typically in the order of one hundred degrees of Celsius. The bottom reservoir represents the cooling unit at about room-temperature. We solve the coupled equations describing thermal transport between the active layer and surrounding heat reservoirs and electrical transport in the quantum devices. The stationary working temperatures of the considered quantum devices can be found from a fix-point problem. These temperatures depend on the position of the active layer between the both heat reservoirs. A proper linearization of the complete time-depended problem yields the stability of these fix-points. Numerical solutions for a device layer consisting of identical nano-transistors are given for selected parameters. KW - Thermischer und elektrischer Transport KW - Nanoheterostrukturen KW - Quantisierte Wärmeleitfähigkeit von Phononen KW - Thermal and electrical transport KW - Thermal properties of integrated nano-devices KW - Quantized thermal conductance of phonons KW - Nano-heterostructures KW - Thermische Eigenschaften integrierter Nanobauelemente KW - Wärmeleitfähigkeit KW - Elektrische Leitfähigkeit KW - Quantenelektronik KW - Thermisches Phonon Y1 - 2016 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-38481 ER - TY - THES A1 - Günther, Falk T1 - Pair correlations from symmetry-broken states in strongly correlated electronic systems T1 - Paarkorrelationen in Zuständen mit Symmetriebrechung in stark korrelierten Elektronensystemen N2 - As a result of 20 years of experimental and theoretical investigations of high temperature superconductors (HTSC) one can draw a very complex and rich phase diagram that cannot be described completely yet. Numerous experimental findings give strong hints for an inhomogeneous distribution of spin and charge correlations in HTSC. Motivated by the experimental findings we try to answer the question whether pair correlations from broken symmetry states can be found in the framework of the Gutzwiller approximation of the Hubbard model.After an introductory discussion of selected experimental works and theoretical models we derive the charge-rotationally invariant Gutzwiller functional for the one-band Hubbard model. On this basis we calculate various states from the saddle point solution of functional in the attractive (U<0) regime. Starting with a second order expansion we investigate the instability of a normal system towards SC in the framework of the time dependent Gutzwiller approximation (TDGA). We derive criteria for a phase transition from the normal to the superconducting phase in the paramagnetic regime. We show results for an infinite dimensional lattice that are in good agreement with QMC data. In the next section of this work we present results for finite dimensional systems. We compare numerical results from the GA with the conventional Hartree-Fock approximation. As an example we discuss a homogeneously superconducting and a charge-ordered state. We show that the difference is mainly in the crossover from weak to strong coupling which is due to the renormalization in the Gutzwiller formalism. In a next step we derive an effective Hamiltonian on top of the saddle point solution. We compare the formalism analytically with the findings from the well known BCS theory. We verify our conclusions by numerical calculations. Motivated by different experimental works on d-wave symmetric k-dependent SC gaps we focus on the question whether states including non-local pair correlations can be a solution of the GA and how does this correlation lower the energy.We restrict to the repulsive regime (U>0) and discuss the formal requirements for a possible solution in view of a coexisting spin order and the interplay of local and non-local pair order. As a next application we prepare inhomogeneous solutions in the normal and in the extended Hubbard model where we include an additional inter-site interaction by the parameter V>0. We present inhomogeneous solutions that are characterized by stripe-shaped domains where the parameters for charge- and pair- ordering change their phases or their amplitude. We obtain results for the normal and the extended Hubbard model and we discuss the influence of the parameter V. We show that in case of V>0 a pair density wave (PDW) without stripes is the ground state. Another focus of the work is on point-like inhomogeneities namely polarons and (anti-)vortices in finite clusters. We present results that show a good agreement with the logarithmic dependence of the energy of the vortex state with respect to the vortex radius as well as possible attraction between vortex and anti-vortices. Finally in the last chapter we introduce the superfluid density in order to discuss the stability of our solutions in finite dimensional systems. We give a short overview on different analytical approaches to this quantity. We present an approach that is based on an energy expansion view of an angular distortion of the charge vector field. We discuss this approach by comparing the numerical GA results with exact QMC results where our approach turned out to be in good qualitative agreement. N2 - Das Ergebnis der letzten 20 Jahre experimenteller und theoretischer Untersuchungen zu Hochtemperatursupraleitern (HTSL) ist ein hoch komplexes, reichhaltiges Phasendiagramm, welches noch immer nicht vollständig beschrieben werden kann. Zahlreiche experimentelle Ergebnisse geben starke Hinweise auf eine inhomogene Verteilung von Spin- und Ladungskorrelationen in HTSL. Motiviert durch die experimentellen Ergebnisse versuchen wir die Frage zu beantworten, ob Paarkorrelationen in Zuständen mit Symmetriebrechung im Rahmen der Gutzwillernäherung des Hubbardmodells gefunden werden können. Nach einer einleitenden Diskussion ausgewählter experimenteller Arbeiten und theoretischer Modelle leiten wir das ladungsrotationsinvariante Gutzwiller-Energiefunktional im Rahmen des Ein-Band-Hubbard-Modells her. Auf dieser Basis berechnen wir vielfältige Zustände am Sattelpunkt des Funktionals im attraktiven Bereich (U<0). Beginnend mit einer Entwicklung der Energie bis zur zweiten Ordnung untersuchen wir zunächst die Instabilität eines normalen Systems hinsichtlich Supraleitung im Rahmen der zeitabhängigen Gutzwillerapproximation (TDGA).Wir leiten ein Kriterium für den Übergang von der normalen zur supraleitenden Phase im paramagnetischen Bereich her. Unsere Ergebnisse für ein unendlich-dimensionales Gitter zeigen gute Übereinstimmung mit den Daten der Quantum-Monte-Carlo-Methode (QMC). Im nächsten Abschnitt dieser Arbeit präsentieren wir Ergebnisse für zweidimensionale Systeme. Wir vergleichen hierbei numerische Ergebnisse der Gutzwillernäherung mit der konventionellen Hartree-Fock-Näherung. Am Beispiel eines homogen supraleitenden und eines ladungsgeordneten Zustandes zeigen wir, dass die Unterschiede vor allem im Übergang von schwacher zu starker Kopplung zu finden sind, wobei die Ordnungsparameter von der Renormierung beeinflusst sind. Als eine weitere Anwendung leiten wir ausgehend von der Sattelpunktslösung einen effektiven Hamiltonoperator her. Wir vergleichen unseren Formalismus analytisch mit den Schlussfolgerungen der Bardeen-Cooper-Schrieffer-Theorie (BCS). Motiviert durch verschiedene experimentelle Arbeiten zu d-wellensymmetrischen, k-abhängigen 'supraleitenden Gaps' konzentrieren wir uns auf die Frage, ob Zustände mit nicht-lokalen Paarkorrelationen eine Lösung der Gutzwillernäherung sind und ob diese Korrelationen die Energie erniedrigen. Wir diskutieren formale Anforderungen an eine mögliche Lösung im Hinblick auf eine koexistierende Spinordnung und das Zusammenspiel mit den nicht-lokalen Paarordnungen. Als nächste Anwendung präparieren wir Lösungen im normalen und im erweiterten Hubbardmodell, wobei wir eine zusätzliche Zwischen-Gitterplatz-Wechselwirkung durch den Parameter V>0 einführen. Wir zeigen inhomogene Lösungen, welche durch streifenförmige Bereiche charakterisiert sind, in welchen sich die Parameter für Ladungs- und Paarordnung in Phase und Amplitude ändern. Wir stellen Ergebnisse für das normale und das erweiterte Hubbardmodell vor und diskutieren den Einfluss des Parameters V. Wir zeigen, dass für den Fall V>0 eine Paardichte-Welle ohne Streifenordnung der Grundzustand ist. Ein weiterer Schwerpunkt dieser Arbeit liegt auf einfachen punktförmigen Inhomogenitäten wie Polaronen und (Anti)-Vortices in finiten Clustern. Wir präsentieren Ergebnisse in guter Übereinstimmung mit der logarithmischen Abhängigkeit der Energie vom Radius des Vortex sowie einer möglichen Anziehung zwischen Vortex und Antivortex. Schließlich führen wir im letzten Kapitel die superfluide Dichte ein und diskutieren in diesem Zusammenhang die Stabilität unserer Lösung in endlich-dimensionalen Systemen. Wir folgen einer Herleitung, welche auf einer Entwicklung der Energie bezüglich einer Verdrehung des Ladungsvektorfeldes beruht. Wir diskutieren diesen Zugang im Vergleich mit exakten QMC-Daten wobei die Ergebnisse unsere Herleitung gute qualitative Übereinstimmung zeigen. KW - Elektronenkorrelation KW - Hubbard-Modell KW - Festkörperphysik KW - Korrelierte Elektronensysteme KW - Attraktives Hubbardmodell KW - Solid state physics KW - Correlated electronic systems KW - Attractive Hubbard model Y1 - 2010 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus-19631 ER - TY - THES A1 - Baron von Oelsen, Ernst T1 - The time-dependent Gutzwiller Approximation for Multi-Band Hubbard Models T1 - Die zeitabhängige Gutzwiller-Näherung für Mehr-Band-Hubbard-Modelle N2 - We formulate a generalization of the time-dependent Gutzwiller theory for the application to multi-band Hubbard models. Our approach allows for the computation of general momentum- and frequency-dependent two-particle response functions. The in-depth knowledge of them is crucial for the understanding and interpretation of experiments in solid-state physics. In the calculation of ground-state properties of Hubbard models, the Gutzwiller approach is known to overcome the main shortcomings of the Hartree–Fock approximation, whose time-dependent generalization is the standard text-book method for the calculation of response functions. We therefore expect that the time-dependent Gutzwiller theory, that has been formulated only for the single-band Hubbard model so far, will offer a technique yielding new insight into the dynamics of strongly-correlated multi-orbital systems. In this thesis, we motivate the employment of multi-orbital Hubbard models and give an introduction to multi-band Hubbard models in Chapters 1 and 2. Their treatment within the Gutzwiller variational approach is subject of Chapter 3, where it is supplemented by investigations that connect our new approach to previous results. We derive the random-phase approximation as the time-dependent Hartree–Fock theory in Chapter 4, followed by the derivation of the corresponding time-dependent Gutzwiller theory in Chapter 5. We demonstrate the applicability of our new approach in Chapter 6, where we calculate the transversal spin susceptibility of a Hubbard model with two degenerate bands and present numerical results for systems in infinite and three spatial dimensions. A summary and conclusion is given in the final Chapter. Mathematical details of our derivations are presented in several appendices. N2 - Wir formulieren eine Verallgemeinerung der zeitabhängigen Gutzwiller-Methode zur Anwendung auf Mehr-Band-Hubbard-Modelle. Unser Ansatz ermöglicht die Berechnung allgemeiner impuls- und energieabhängiger Zwei-Teilchen-Responsefunktionen. Deren profunde Kenntnis ist für das Verständnis und die Interpretation von Experimenten der Festkörperphysik entscheidend. Es ist bekannt, dass die Gutzwiller-Näherung bei der Berechnung von Grundzustandseigenschaften von Hubbard-Modellen die Hauptschwächen der Hartree–Fock-Näherung, deren zeitabhängige Verallgemeinerung die Standardmethode zur Berechnung von Responsefunktionen darstellt, überwindet. Deshalb erwarten wir, dass die zeitabhängige Gutzwiller-Näherung, die bisher nur für das Ein-Band-Hubbard-Modell formuliert wurde, eine Methode bereitstellt, die neue Einsichten in die Dynamik stark korrelierter Mehr-Orbital-Systeme liefert. In der vorliegenden Arbeit motivieren wir den Einsatz von Mehr-Orbital-Hubbard-Modellen und geben eine Einführung zu Mehr-Band-Hubbard-Modellen in den Kapiteln 1 und 2. Deren Behandlung mit der Variationsmethode nach Gutzwiller ist Inhalt von Kapitel 3, ergänzt durch Untersuchungen, die unseren neuen Ansatz mit bisherigen Resultaten verbinden. Wir leiten in Kapitel 4 die Random-Phase-Approximation als zeitabhängige Hartree–Fock-Näherung ab, gefolgt von der Ableitung der zeitabhängigen Gutzwiller-Näherung in Kapitel 5. Wir demonstrieren die Anwendbarkeit unseres neuen Ansatzes in Kapitel 6, in welchem wir die transversale Spin-Suszeptibilität für ein Hubbard-Modell mit zwei entarteten Bändern berechnen und numerische Ergebnisse für unendlich- und dreidimensionale Systeme präsentieren. Eine Zusammenfassung und ein Fazit folgen im letzten Kapitel. Mathematische Details unserer Herleitungen werden in mehreren Appendices präsentiert. KW - Hubbard-Modell KW - Zeitabhängige Methode KW - Stochastische Approximation KW - Zeitabhängige Gutzwiller-Näherung KW - Mehr-Band Hubbard Modelle KW - Spinsuszeptibilität KW - Time-dependent KW - Gutzwiller KW - Multi-Band Hubbard Models KW - Spin susceptibility Y1 - 2012 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus-25206 ER - TY - THES A1 - Stegler, Martin T1 - Studies on the influence of mechanical stress on the properties of silicon sensor modules for the ATLAS Phase-II Upgrade T1 - Untersuchung des Einfluss von mechanischem Stress auf die Eigenschaften von Siliziumsensormodulen für das ATLAS Phase-II Upgrade N2 - The subject of this thesis is the development and test of silicon strip detectors for the high luminosity upgrade of the tracking detector of the ATLAS experiment at the Large Hadron Collider. Special emphasis is devoted to the understanding of the impact of mechanical stress on the electrical properties and the particle detection performance of detector modules. First simulations were done to estimate the maximum expected stress on a sensor when operated at -30 °C within the future silicon strip tracking detector ITk, at ATLAS. The maximum stress in a worst case scenario is expected to be 27 MPa. Tensile strength tests were done to estimate the maximum stress which can be applied to a silicon strip sensor. Silicon shards, with a thickness and dopand concentration corresponding to the ITk sensor specifications break at >23 MPa, wafers at >700 MPa and sensors at ~ 400 MPa. The huge variations lead to the assumption, that the tensile stregth, which is highly dependent on the quality of the crystal lattice, is due to different cutting technology. Wafers, irradiated with a fluence equivalent of a lifetime dose of an ITk sensor, show no stress dependency of the youngs modulus. The tensile strength of irradiated wafers is decreased by ~ 6,6 %. No damage on silicon sensors from mechanical stress is expected for sensor modules installed it the ITk. The electrical properties of silicon strip sensors were studied for applied mechanical stress on ATLAS07 sensors up to 60 MPa. The specifications of the sensors are similar to the specification of strip sensors in the future silicon strip tracker barrel region of the ATLAS detector. The leakage current changes at 50 MPa by -1.7 %, the bias resistance by +0.8 % and the interstrip resistance by -25 %. The depletion voltage and the implant resistance are not affected by mechanical stress. Except for the interstrip resistance the results can be explained by piezoresistive effects. Silicon strip modules were build and studied in particle test beams. These modules consists of an ATLAS07 or an ATLAS12 sensor and an analogue readout to study the influence of stress on the module performance. The sensor module noise is independent from the applied stress. An effect of stress on the signal strength was seen. The ATLAS07 sensor module signal strength was decreased and the ATLAS12 sensor module signal strength was increased with a slope of ~0,6 MPa^-1. The average cluster size of the ATLAS07 sensor module was increased by 0,25 % MPa^-1 and the average cluster size of the ATLAS12 sensor module was decreased by 0,06 % MPa^-1 with applied stress. N2 - Im Rahmen dieser Arbeit wurden Silizium Streifen Module für das Luminositäts Upgrade des ATLAS Spurdetektor am Large Hadron Collider LHC untersucht. Schwerpunkt ist die Auswirkung von mechanischer Spannung auf die Eigenschaften des Silizium Sensors und die Modulleistung. Dazu wurde zuerst die maximale Verspannung eines Silizium Sensors unter Betriebsbedingungen bei -30 °C am zukünftigen Silizium Streifen Spurdetektor ITk, am ATLAS, simuliert. Die zu erwartende mechanische Belastung beträgt 27 MPa. Im Anschluss wurde die maximale mechanische Verspannung von Silizium Scherben, Wafern und Sensoren bestimmt. Siliziumscherben mit einer Dicke und Dotierung, welcher der Spezifikation der ITk Sensoren entspricht brechen bereits bei 23 MPa. Wafer derselben Dicke und Dotierung brechen bei >700 MPa und Sensoren bei ~ 400 MPa. Ein signifikanter Unterschied der untersuchten Strukturen, welcher die unterschiedlichen Resultate erklären kann, ist die Kantenbeschaffenheit. Bestrahlte Wafer wurden untersucht um die mechanische Stabilität bei einer Strahlenbelastung nach 10 Jahren HL-LHC Betrieb abzuschätzen. Es wurde keine Veränderung des Elastizitätsmoduls gemessen, die maximale Spannung wurde jedoch um ~ 6,6 % gesenkt. Es wird kein Schaden durch die mechanische Belastung aufgrund des Kühlens des Sensormoduls erwartet. Im weiteren Verlauf der Arbeit wurden die elektrischen Eigenschaften von ATLAS07 Sensoren untersucht. Die Spezifikationen dieser Sensoren gleichen denen von Sensoren welche am ITk verbaut werden. Es wurden mechanische Spannungen bis zu 60 MPa untersucht. Bei einer mechanischen Spannung von 50 MPa wurde eine Änderung des Leckstromes um -1.7 %, des Bias Widerstandes um +0.8 % und des Zwischenstreifenwiderstandes um -25 % gemessen. Die Verarmungsspannung und der Widerstand des Implantats ändern sich nicht. Die Ergebnisse können mit Ausnahme des Zwischenstreifenwiderstandes durch Piezoresistivität erklärt werden. Abschließend wurden Modulprototypen mit variabler Sensorverspannung, bestehend aus ATLAS07 Sensoren und ATLAS12 Sensoren mit einer analogen Auslese, hergestellt und im Teilchenstrahl studiert. Damit konnten spannungsabhängige Einflüsse auf die Sensorparameter untersucht werden. Es wurde keine Abhängigkeit von der mechanische Spannung für das Rauschen festgestellt. Die Signalstärke hingegen zeigte eine Abhängigkeit von der mechanischen Verspannung des Sensors. Diese Abhängigkeit fiel unterschiedlich für das ATLAS07 Sensormodul und das ATLAS12 Sensor Modul aus. Das ATLAS07 Sensor Module zeigte einen Anstieg der Signalstärke um ~0,6 MPa^-1, das ATLAS12 Sensor Modul ein Abfallen der Signalstärke um ~0,6 MPa^-1. Die durchnschnittliche Breite des Ladungsclusters nahm für das ATLAS07 Sensor Modul um 0,25 % MPa^-1 zu und für das ATLAS12 Sensor Modul um 0,06 % MPa^-1 ab. KW - ATLAS KW - Piezoresistivity KW - Stress KW - Silicon KW - ITk KW - Silizium KW - Sensormodul KW - LHC KW - Silicium KW - Sensor KW - Piezowiderstand KW - ATLAS Y1 - 2020 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-53230 ER - TY - THES A1 - Reichmann, Felix T1 - Germanium, Zinn und (Zink-) Galliumoxid für fortschrittliche Mikro- und Optoelektronik : Einblicke in die elektronische Struktur der Oberfläche mit Photoemissionstechniken T1 - Germanium, tin and (zinc) gallium oxide for advanced micro- and optoelectronics : insights into the surface electronic structure with photoemission techniques N2 - Historically, Ge is one of the oldest materials in the semiconductor industry and its (001) surface has been the subject of extensive investigations by photoelectron spectroscopy. I am going to challenge the predominant attribution of a semi-conducting nature of the Ge(001) surface in this thesis. My investigations reveal the presence of a Ge(001) surface state above the Fermi-level, occupied at room temperature. Employing time- and temperature-dependent angle-resolved photoelectron spectroscopy, I will demonstrate that the presence of this surface state is evidence for the conducting nature of the surface at room temperature. Sparked by the remarkable properties of the GeSn-alloy and a trend towards Ge-Sn-related multiquantum well fabrication, I investigate the surface electronic structure of Ge(001) after adsorption and incorporation of Sn. With an in-depth analysis of surface core-level shifts, I will extend the growth model of the Sn wetting layer formation by also detailing structural changes in the subsurface region. At the same time, the modifications of the electronic structure will be detailed, observing the removal of the Ge(001) surface states, the creation of a new, Sn-related surface state and the initial stages of the Schottky barrier formation. β-Ga₂O₃ a transparent semi-conducting oxide that has sparked a lot of interest over the last decade, because it offers an ultra-wide band gap and high break down voltage. However, due to its monoclinic crystal structure, device fabrication is rather challenging and researchers are already looking into alternative materials. One of these candidates is ϵ-Ga₂O₃ and this work presents a combined study by photoelectron spectroscopy and ab initio calculations of its electronic structure. (Hard) X-rays reveal the impact of photoelectron recoil and the absence of a band bending to the surface, while the dispersion of experimentally determined valence states compares favorably with the calculations based on hybrid density-functional theory. Another alternative to β-Ga₂O₃ be ZnGa₂O₄ and I will present an investigation on the electronic structure of its (100) surface. Due to the novelty of ZnGa₂O₄ single-crystals, I am first going to explore the preparation of a clean and well-ordered surface by standard in-situ sputtering and annealing. I will show that already low annealing temperatures induce Zn-deficiency, leading to non-stoichiometric surfaces, further exacerbated by sputtering. By changing the sputtering parameters and the annealing conditions, the preparation of a surface with sufficient quality for subsequent investigations will be demonstrated. The results by photoemission techniques compare favorably with the expectations from theory and allowing the first fundamental insights into the surface electronic structure. N2 - Ge ist eines der ältesten Materialien in der Geschichte der Halbleiter-Industrie und die Ge(001) Oberfläche wurde bereits umfassend durch Photoelektronenspektroskopie untersucht. Die dominierende Zuschreibung einer halbleitenden Eigenschaft der Oberfläche werde ich in dieser Dissertation anfechten. Meine Untersuchungen zeigen einen Ge(001) Oberflächenzustand oberhalb des Fermi-Niveaus, der bei Raumtemperatur besetzt ist. Durch zeit- und temperaturabhängige, winkelaufgelöste Photoelektronenspektroskopie werde ich zeigen, dass die Beobachtung dieses Zustands der Beweis für die leitende Eigenschaft der Oberfläche, bei Raumtemperatur, ist. Inspiriert von den außergewöhnlichen Eigenschaften der GeSn-Legierung und einem Trend hin zu Ge-Sn-basierten Multi-Quantentopfstrukturen, werde ich die Modifizierung der Ge(001) Oberflächenbandstruktur nach Adsorption von Sn untersuchen. Mit einer detaillierten Analyse von Energie-Niveau-Verschiebungen, der inneren Elektronen der Oberflächenatome, werde ich das Modell des Sn-Wachstums auf der Ge (001) Oberfläche, um die darunter liegenden Schichten erweitern. Gleichzeitig werden Änderungen in der elektronischen Struktur gemessen. So kann die Entfernung von Ge(001) Oberflächenzuständen, die Entstehung eines neuen, Sn-basierten Oberflächenszustands und die ersten Stufen der Formation der Schottky-Barriere beobachtet werden. β-Ga₂O₃ ist ein transparentes halbeleitendes Oxid, welches im vergangenen Jahrzehnt dank seiner extrem breiten Bandlücke und hohen Durchbruchspannung großes Interesse geweckt hat. Jedoch ist die Herstellung von Bauteilen aufgrund der monoklinischen Kristallstruktur eine Herausforderung und Wissenschaftler suchen bereits nach alternativen Materialien. Ein möglicher Kandidat ist ϵ-Ga₂O₃ und in dieser Arbeit wird dessen elektronische Bandstruktur mit einer Kombination aus Photoelektronenspektroskopie und ab initio Berechnungen untersucht. (Harte) Röntgenstrahlung erlaubt die Beobachtung von Rückstoßeffekten der Photoelektronen und die Abwesenheit von Bandverbiegungen, während die Dispersionen der experimentell gemessenen Valenzbandzustände Berechnungen mit hybrid-density-functional-Theorie bestätigen. Eine andere Alternative zu β-Ga₂O₃ könnte ZnGa₂O₄ sein und ich werde eine Untersuchung der elektronischen Struktur, der (100)-Oberfläche präsentieren. Aufgrund die Neuartigkeit von ZnGa₂O₄-Einkristallen werde ich zuerst die Vorbereitung einer sauberen und kristallinen Oberfläche mittels in-situ Sputtern und Heizen untersuchen. Ich werde zeigen, dass es selbst bei niedrigen Heiztemperaturen zu Zn-Mangel in der Oberfläche kommt, welcher sich durch Sputtern verschlimmert. Durch das ändern der Sputterparameter und der Bedingungen beim Heizen, werde ich eine Oberfläche mit hinreichender Qualität für eine weitergehende Charakterisierung der elektronischen Struktur demonstrieren. Die Ergebnisse aus der Photoelektronenspektroskopie passen zu theoretischen Berechnungen der Bandstruktur und liefern somit die ersten Einsichten in die elektronische Struktur der Oberfläche. KW - Angle-resolved photoemission spectroscopy KW - X-ray photoelectron spectroscopy KW - Germanium-tin KW - Zinc gallium oxide KW - Surface science KW - ARPES KW - Gallium-Zink-Oxid KW - XPS KW - Halbleiteroberfläche KW - Bandstruktur KW - Elektronenstruktur KW - Germaniumverbindungen KW - Galliumverbindungen KW - ARPES KW - Röntgen-Photoelektronenspektroskopie Y1 - 2022 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-62080 ER -