Korrelation von Materialqualität und Ausfallmechanismen leistungselektronischer SiC-Bauelemente

Korrelation von Materialqualität und Ausfallmechanismen leistungselektronischer SiC-Bauelemente von Baierhofer,  Daniel
Ziel dieser Arbeit war es, eine Korrelation der Siliciumcarbid (SiC) Materialqualität mit Ausfallmechanismen leistungselektronischer 4H-SiC Trench-MOSFET Bauelemente herzustellen. Dafür wurden homo-epitaktische, n-leitende SiC-Schichten abgeschieden. Diese Schichten wurden anschließend mit konfokaler DIC-Mikroskopie und UV-PL Methoden hinsichtlich ihrer Defekte charakterisiert. Die so charakterisierten Epitaxie-Wafer wurden zur Herstellung von leistungselektronischen Trench-MOSFET Bauelementen verwendet. Nach der Prozessierung wurden die Bauelemente elektrisch charakterisiert. Elektrische Ausbeute-Maps wurden anschließend mit den während der Prozessierung aufgenommenen Defektdaten überlagert und mit entsprechenden Defektklassen abgeglichen. Abschließende Untersuchungen an diesen charakterisierten Bauelementen dienten zur Analyse der Langzeitstabilität und Zuverlässigkeit.
Aktualisiert: 2023-02-22
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Ursachen der stromgetriebenen Degradation von UV-LEDs

Ursachen der stromgetriebenen Degradation von UV-LEDs von Ruschel,  Jan
Lichtemittierende Dioden (LEDs) auf Basis des Materialsystems (In)AlGaN, die im ultravioletten (UV) Spektralbereich abstrahlen, werden unter anderem in der medizinischen Phototherapie, beim Pflanzenwachstum oder zur Desinfektion eingesetzt. Mit kurzwelligem UVC-Licht lassen sich auch Mikroben wie Viren inaktivieren, wodurch UV-LEDs auch dabei helfen können, die Ausbreitung von SARS-CoV-2 zu verringern. Allerdings nimmt im Langzeitbetrieb die optische Leistung der UV-LEDs schnell ab. Damit einher geht eine geringe Lebensdauer von einigen hundert bis tausend Stunden, die dem breiten Einsatz von UV-LEDs bislang im Weg steht. Ziel dieser Arbeit war es, die physikalischen Ursachen zu finden, die zu der betriebsbedingten Leistungsabnahme von UVB- und UVC-LEDs führen. Hierzu wurde der Einfluss der LED-Betriebsparameter, des Chipdesigns, der Halbleiterschichtstruktur und deren Kristallqualität auf die Lebensdauer der LEDs untersucht. Dabei stellte sich die Stromdichte als der wesentliche Beschleunigungsfaktor der Degradation heraus, wofür eine mathematische Beschreibung hergeleitet wurde. Zudem wurde aufgedeckt, dass hohe Ladungsträgerdichten in der aktiven Zone die LED-Lebensdauer verkürzen. Durch eine verbesserte Kristallqualität ließ sich jedoch die Lebensdauer der LEDs signifikant auf mehr als 10.000 h erhöhen, was den breiten Einsatz von UV-LEDs ermöglicht. Die experimentellen Ergebnisse in Verbindung mit theoretischen Simulationen des Ladungsträgertransports legen nahe, dass die betriebsbedingte Leistungsabnahme maßgeblich durch die Auger-Rekombination angetrieben wird. Im Ergebnis kann erstmalig ein quantitativ begründetes Degradationsmodell aufgestellt werden.
Aktualisiert: 2023-01-01
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Systematischer Aufbau mehrkerniger Münzmetallkomplexe zur Untersuchung ihrer Lumineszenz und Synthese von d10-Ferrocenylbisamidinatkomplexen

Systematischer Aufbau mehrkerniger Münzmetallkomplexe zur Untersuchung ihrer Lumineszenz und Synthese von d10-Ferrocenylbisamidinatkomplexen von Dahlen,  Milena
Die Dissertation beschreibt die Synthese und Charakterisierung verschiedener Münzmetallkomplexe an einem strukturgebenden tetradentaten monoanionischen PNNP Liganden. Von Interesse war die Frage nach einer möglichen Korrelation der lumineszenten Eigenschaften mit ausgewählten strukturellen Parametern. Es wurden daher selektiv Komplexe mit verschiedenen Kombinationen aus Art und Anzahl an Metallatomen innerhalb des Ligandensystems realisiert. Nach der Vorstellung von homometallischen zwei- und dreikernigen Komplexen, konnten, ausgehend von der zweikernigen Goldverbindung, verschiedene vierkernige und ein sechskerniger Goldkomplex synthetisiert werden. Die Verbindungen wurden intensiv bezüglich ihrer lumineszenten Eigenschaften, einige davon in verschiedenen Phasen, und zudem teilweise theoretisch untersucht. Aufbauend darauf gelang die Darstellung mehrerer Lanthanoid-Münzmetallkomplexe, die ebenfalls bezüglich ihrer lumineszenten Eigenschaften analysiert wurden. Außerdem wurden in einem kleinen Teil der Arbeit Münzmetallkomplexe mit einem Ferrocenylbisamidinatliganden vorgestellt, die teilweise eine kurze Fe M Distanz aufweisen
Aktualisiert: 2023-01-01
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Kronenetherkoordinierte Metallhalogenide

Kronenetherkoordinierte Metallhalogenide von Merzlyakova,  Elena
In den über 50 Jahren seit der Entdeckung der Kronenether durch Charles J. Pedersen wurde ihre Anwendbarkeit auf vielfältigen Gebieten wie Sensorik, Extraktion von Metallionen aus Lösungsmitteln, Metalltrennung, Supramolekulare Chemie, biochemische Anwendungen sowie als Liganden für zahlreiche Metallionen untersucht. In dieser Arbeit konnten durch Festkörperreaktionen sowie durch Einsatz von Ionischen Flüssigkeiten als nicht-koordinierende Lösungsmittel wasser- und lösungsmittelfreie Metallhalogenid-Kronenetherverbindungen hergestellt werden, welche nebst ihrer zum Teil komplexen lokalen Koordination unerwartete Lumineszenzeigenschaften und nicht-lineare optische Effekte aufweisen.
Aktualisiert: 2022-03-17
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Nanoskalige Leuchtstoffe mittels mikrowellen-unterstützter Synthese in Ionischen Flüssigkeiten

Nanoskalige Leuchtstoffe mittels mikrowellen-unterstützter Synthese in Ionischen Flüssigkeiten von Gaiser,  Hannah F.
Bereits seit dem zehnten Jahrhundert sind Leuchtstoffe zu dekorativen Zwecken bekannt. Der Zugang zu nanoskaligen Leuchtstoffen erweitert das Anwendungsspektrum bekannter Volumenleuchtstoffe immens. Mit Partikelgrößen kleiner als die Wellenlängen des sichtbaren Lichts, können beispielsweise transparente Schichten erhalten werden, welche ”unsichtbar“ besondere Eigenschaften mit sich führen. Diese lassen sich so beispielsweise in dünne Polymerfilme einbetten, die als Beschichtungen auf Glas oder Papier dienen oder durch Verwendung als Biomarker zur optischen Bildgebung genutzt werden. Die Transparenz solcher Schichten bleibt dabei weiterhin vorhanden. Zur Kristallisation der Partikel und der damit verbundenen Lumineszenz sind jedoch hohe Temperaturen (bis zu 1200 °C) notwendig. Nanopartikel, welche zunächst im Sinne der Trennung von Keimbildung und Keimwachstum bei niedrigen Temperaturen (< 300 °C) synthetisiert wurden, liegen daher bestenfalls monodispers und einheitlich geformt, jedoch amorph vor. Durch Sinterprozesse führt es nun auf Grund der hohen Temperaturen zu starker Agglomeration, unkontrolliertem Partikelwachstum und dadurch zur Einschränkung für genannte Anwendungszwecke. Ziel dieser Arbeit war vor diesem Hintergrund die Erarbeitung einer Strategie, welche trotz genannter Herausforderungen die Synthese kristalliner, dispergierbarer und nanopartikulärer Leuchtstoffe mit hohen Gitterenergien ermöglicht. Hierzu sollte eine Kombination aus Ionischen Flüssigkeiten und Mikrowellenstrahlung genutzt werden.
Aktualisiert: 2022-03-17
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Synthese photolumineszenter Metallkomplexe, UV-LED-NMR-Charakterisierung eines photolabilen Komplexes sowie photolithographische Immobilisierung von Metallopolymeren

Synthese photolumineszenter Metallkomplexe, UV-LED-NMR-Charakterisierung eines photolabilen Komplexes sowie photolithographische Immobilisierung von Metallopolymeren von Feuerstein,  Thomas
Die Dissertation beschreibt die Synthese und Charakterisierung dimerer Alkinyl-Amidinat-Komplexe der einwertigen Münzmetalle sowie deren photophysikalische Eigenschaften. Des Weiteren wird auf ein chirales Iminophosphonamid sowie diverse Metallkomplexe dieser Verbindung eingegangen. Bei der photophysikalischen Untersuchung der Iminophosphonamid-Alkalimetallkomplexe konnten TADF-Prozesse (engl. thermally activated delayed fluorescence) beobachtet werden, die mit Hilfe quantenmechanischer Rechnungen erklärt werden. Außerdem wird ein Spiropyran und dessen Metallkomplexierung beschrieben. Hierbei wurden chemische Transformationen unter UV-Anregung beobachtet, diese konnten über in situ UV-LED-NMR Methoden verifiziert werden. Ferner werden Liganden beschrieben, die sich für Copolymerisationen eignen und erfolgreich in Liganden- bzw. Metallopolymere überführt wurden. Die erhaltenen Polymere eigneten sich für die ortsaufgelöste photolithographische Immobilisierung an funktionalisierten Oberflächen.
Aktualisiert: 2021-04-16
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Krümmungssensitive Biomembransensoren

Krümmungssensitive Biomembransensoren von Ostermaier,  Frieder
Frieder Ostermaier legt Forschungsergebnisse zum Aufbau von Biosensoren mit Kohlenstoffnanoröhren dar, die sich aufgrund ihrer geometrischen, chemischen und elektrischen Eigenschaften hervorragend als sensitives Element und als Template eignen. So wird, neben der Sortierung von Kohlenstoffnanoröhren nach elektronischem Typ durch Gel-Chromatographie, eine effiziente und detaillierte Charakterisierung von Kohlenstoffnanoröhren-Dispersionen mittels UV-Vis-Spektroskopie gezeigt. Zudem wird eine Möglichkeit der eindimensionalen Funktionalisierung von Biomembransensoren mittels Selbstassemblierung vorgestellt.
Aktualisiert: 2023-04-01
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Entwicklung von optisch pumpbaren UVC-Lasern auf AIGaN-Basis (Band 47)

Entwicklung von optisch pumpbaren UVC-Lasern auf AIGaN-Basis (Band 47) von Jeschke,  Jörg
Halbleiterlaser sind für vielfältige Anwendungen in vielen Wellenlängen kommerziell verfügbar. Im tiefen UV mit Wellenlängen < 300 nm jedoch konnten bisher keine elektrisch pumpbaren Laserdioden realisiert werden – trotz einer Fülle interessanter Applikationen. Um dies langfristig zu ändern, beschäftigt sich die vorliegende Dissertation mit der Realisierung und Optimierung optisch pumpbarer Laserstrukturen auf Basis von Aluminiumgalliumnitrid. Durch die Analyse dieser einfacheren Bauelemente soll ein besseres Verständnis der relevanten physikalischen Parameter erreicht werden. Dazu wird in der Arbeit zunächst das Wachstum der Halbleiter-Heterostrukturen mittels metallorganischer Gasphasenepitaxie in Simulationen und experimentell untersucht. Es zeigt sich, dass Silizium je nach Wachstumsbedingungen unterschiedlich stark aus den Reaktorteilen ausdampft und in die Halbleiterschichten eingebaut wird. Die ersten realisierten Laser zeigten aufgrund einer sehr dicken AlN-Deckschicht hohe Schwellen von > 10 MW/cm², dafür aber auch die kürzeste bisher demonstrierte Emissionswellenlänge im verwendeten Materialsystem. Im weiteren Verlauf der Arbeit werden die Einflüsse von Quantenfilmdicke und -anzahl, Substratfehlschnitt und Siliziumdotierung in verschiedenen Schichten auf die Laserschwellen sowie die interne Quanteneffizienz untersucht. Es zeigt sich, dass eine geringere Quantenfilmanzahl die nichtstrahlende Rekombination an Heterogrenzflächen verringert und dass Silizium in Abhängigkeit von der Dotierkonzentration die Dichte der Gruppe-III-Vakanzen sowie die Häufigkeit von Bandlückenfluktuationen beeinflusst. Dank der dabei gewonnenen Erkenntnisse konnten die Laserschwellen auf < 1 MW/cm² mit einem Bestwert von 640 kW/cm² reduziert werden.
Aktualisiert: 2021-04-16
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Untersuchung zeitabhängiger Einfangs- und Rekombinationsprozesse in nitridischen Halbleitern

Untersuchung zeitabhängiger Einfangs- und Rekombinationsprozesse in nitridischen Halbleitern von Lamprecht,  Matthias
In dieser Arbeit wurden tiefe Defekte in Aluminiumnitrid und Galliumnitrid mittels stationärer und zeitaufgelöster Spektroskopieverfahren untersucht. Aufgrund dieser Messungen konnte zum ersten Mal die Beteiligung von DX-Zentren in optischen Übergängen in Nitriden nachgewiesen werden. Zudem wurde ein neues Messverfahren, die pulslängenabhängige Photolumineszenzspektroskopie, entwickelt und angewendet. Dieses Verfahren ermöglicht die Bestimmung des relativen Einfangquerschnitts von Donatoren, Akzeptoren und tiefen Zentren.
Aktualisiert: 2019-12-27
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Krümmungssensitive Biomembransensoren

Krümmungssensitive Biomembransensoren von Ostermaier,  Frieder
Frieder Ostermaier legt Forschungsergebnisse zum Aufbau von Biosensoren mit Kohlenstoffnanoröhren dar, die sich aufgrund ihrer geometrischen, chemischen und elektrischen Eigenschaften hervorragend als sensitives Element und als Template eignen. So wird, neben der Sortierung von Kohlenstoffnanoröhren nach elektronischem Typ durch Gel-Chromatographie, eine effiziente und detaillierte Charakterisierung von Kohlenstoffnanoröhren-Dispersionen mittels UV-Vis-Spektroskopie gezeigt. Zudem wird eine Möglichkeit der eindimensionalen Funktionalisierung von Biomembransensoren mittels Selbstassemblierung vorgestellt.
Aktualisiert: 2023-04-03
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Entwicklung neuartiger oligonuklearer Kupferkomplexe als Emittermaterialien für organische Leuchtdioden

Entwicklung neuartiger oligonuklearer Kupferkomplexe als Emittermaterialien für organische Leuchtdioden von Zink,  Daniel M.
Organische Leuchtdioden (OLEDs) könnten aufgrund vieler Vorteile gegenüber herkömmlichen Techniken die Beleuchtungs- und Displaybranche revolutionieren. Zentraler Bestandteil von OLEDs sind Emittermaterialien, die Strom in Licht umwandeln können. Um die Herstellung von OLEDs im großindustriellen Maßstab weiter voranzutreiben, kommt der Entwicklung neuer hocheffizienter Emitter große Bedeutung zu. In diesem Zusammenhang zeigen Kupferkomplexe großes Potential gegenüber den bisher eingesetzten Materialien und treten zunehmend in den Fokus von Wissenschaft und Industrie. In der vorliegenden Arbeit wurde durch den Einsatz eines modularen Systems aus P^N-Liganden eine große Anzahl zwei- und vierkerniger Komplexe unterschiedlicher Stöchiometrie dargestellt und auf ihre strukturellen und photophysikalischen Eigenschaften hin untersucht. Eine systematische Variation der Emissionswellenlänge der einzelnen Komplexklassen stand dabei besonders im Vordergrund. Durch eine gezielte Modifikation der eingesetzten Liganden wurden lumineszierende Kupferkomplexe synthetisiert, deren Emissionswellenlängen sich über das komplette sichtbare Spektrum erstrecken: von tiefblau bis tiefrot. Neben einer variabel einstellbaren Emission zeichnen sich diese Verbindungen auch durch sehr hohe Emissionsquantenausbeuten und kurze Emissionsabklingzeiten im Bereich weniger Mikrosekunden aus. Das einzigartige Potential dieser Emittermaterialien wurde darüber hinaus eindrucksvoll in einfachen Prototypen organischer Leuchtdioden bestätigt.
Aktualisiert: 2022-12-21
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