Diss. (sammanfattning) Stockholm : Karol. inst., 2004. / Härtill 5 uppsatser.

Hydropower plants contains a lot of vital electrical power technology such as generators and transformers. To prevent damage to this equipment due to overvoltage, they are often protected by surge arrester and in some cases also by surge capacitors. The design and dimension of these components vary between different sites and regions and are often done using a template without considering the actual conditions of the site. In this thesis Simulink and Simscape Power System are used to study the case when a hydropower station is exposed to overvoltage. One of Fortum’s hydropower stations is simulated when being exposed to lightning and switching overvoltage to see how the existing overvoltage protection handles this stress. The results show that the surge arresters mounted in front of the generator managed to keep it safe for all overvoltage scenarios it is exposed to. They also shows that the surge capacitors mounted in front of the generator reduces the gradient of the overvoltage surge. However, as the surge arresters already keeps the overvoltage at safe levels, there is no need of reducing the overvoltage gradient and the surge capacitors becomes excessive in this particular hydropower plant. / Vattenkraftverk innehåller många vitala komponenter så som generatorer och transformatorer. För att skydda dessa oftast väldigt dyra komponenter mot överspänningar, används ventilavledare och ibland också överspänningskondensatorer. Utformning och dimensionering av skydden varierar mellan olika anläggningar och regioner. Dimensioneringen av skydden görs ofta schablonmässigt, utan någon väsentlig anpassning till de faktiska förhållandena. I detta examensarbete används simuleringsverktyget Simulink tillsammans med tillägget Simscape Power Systems för att simulera vad som händer när ett vattenkraftverk utsätts för olika överspänningar. Ett av Fortums vattenkraftverk studeras när det utsätts för blixt- och kopplingsöverspänningar för att se vad ventilavledarna samt överspänningskondensatorerna i denna anläggning fyller för funktion. Resultaten visar att ventilavledarna monterade framför generatorn klarar av att hantera alla överspänningar de utsätt för under simuleringarna. Resultaten visade också att överspänningskondensatorerna monterade framför generatorn sänker spänningsgradienten, men eftersom ventilavledarna redan håller spänningen på en säker nivå blir överspänningskondensatorerna överflödiga i denna station.

Denna rapport redovisar det genomförda projektarbetet att utveckla ett fartreglage för elektriska båtar. Uppdragsgivaren var företaget GreenStar Marine och projektet gjordes som ett kandidatexamensarbete inom Teknisk Design på Kungliga Tekniska Högskolan. Syftet med projektet var att utveckla ett fartreglage som skulle uppfylla ett flertal krav och önskemål från uppdragsgivaren samt olika identifierade intressenter. Det utvecklade fartreglaget skulle även lösa de problem fanns hos GreenStar Marines tidigare fartreglage, se figur 1, som till exempel inte var kompatibelt med båtar med dubbla drivsystem. Figur 1, GreenStar Marines egenutvecklade fartreglage, från GreenStar Marine (2020). Projektet genomfördes med hjälp av tidigare produktutvecklings- samt ingenjörskunskaper som insamlats under utbildningen, med guidning från handledare samt med kommunikation med uppdragsgivaren. Arbetet påbörjades med förstudie och informationssamling, dels vad gäller företag och marknad, dels vad gäller intressenter och användare. En kravspecifikation skrevs, problemet formulerades och funktionerna som skulle ingå i produkten definierades. Detta la grunden för en idégenerering som i sin tur ledde till utvecklingen av fyra olika koncept. Konceptet som valdes var Veloce, där farten regleras genom att man roterar ett eller två vred kring en axel. Vredet utvecklades dels för enkla och dels för dubbla drivsystem. Reglaget för dubbla drivsystem har två vred och reglaget för enkla drivsystem har ett vred. För dubbla drivsystem manövreras respektive drivsystemen med varsitt vred som kan regleras både separat och tillsammans. Vad gäller montering finns även här två varianter, en variant för montering på vägg och en variant som både kan monteras på vägg och bord. / This report covers the completed project treating the development of a throttle for electrical boats. The project was done as an assignment given from the company GreenStar Marine and was made as a bachelor’s degree project at the Royal Institute of Technology. The purpose of the project was to develop a throttle that met a diversity of requirements and requests from the company and from the identified stakeholders. The developed product would also need to solve several identified problems with GreenStar Marine’s existing throttle, see figure 2, that for example was not compatible with boats with two motors. Figure 2, GreenStar Marine’s own throttle, from GreenStar Marine (2020). The project was done using skills in the field of product development and engineering, with the guidance from supervisors and with communication with GreenStar Marine. The project started out with a study of the company, the market, the stakeholders and the product users. A product specification was written, the problem was detailed and the functions of the product where defined. All this laid the groundwork of the generation of ideas which led to the development of four concepts. The final concept was Veloce, a design where the speed is regulated trough the turning of one or two knobs around an axis. This concept was developed for boats with one or two motors. For boats with one motor it has one knob, and for boats with two motors it has two knobs, one for each motor. The two knobs can be controlled both separately and together. When it comes to the assembly of the throttle, it can be assembled both on a table and on a wall.

Tese de mestrado integrado. Engenharia Electrotécnica e de Computadores (Major Energia). Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2009

En esta tesis, capas de óxido de silicio rico en silicio [SRO, (SiOx, x<2)] con diferentes excesos de silicio fueron depositadas por medio de la técnica de depósito químico en fase vapor a baja presión (LPCVD). Un segundo conjunto de muestras de SRO implantadas con silicio (SI-SRO) adicional fueron también fabricadas. Nanopartículas de silicio (Si-nps) en estas capas fueron creadas después de someter a las muestras a un tratamiento térmico en alta temperatura (1100 y 1250º C). La composición, microestructura y propiedades ópticas de estas capas de SRO y SI-SRO fueron analizadas en función de los diferentes parámetros tecnológicos, tales como exceso de silicio, implantación de silicio, así como de la temperatura de tratamiento térmico.Una vez conocido la microestructura, composición y propiedades ópticas de estos materiales, capas de SRO que exhibieron la mejor propiedad fotoluminiscente (FL más intensa) fueron escogidas para analizar sus propiedades eléctricas y electro-ópticas; estructuras Metal-Óxido-Semiconductor (MOS) fueron fabricadas usando las capas de SRO como material dieléctrico para tales estudios. Capas de SRO con exceso de silicio de ~4.0 and ~2.2 at.% y grosores de entre 24 y 80 nm fueron depositadas. El mecanismo de conducción en estas películas es analizado haciendo uso de modelos como tuneleo asistido por trampas (TAT) y tuneleo Fowler-Nordheim (FN) en bajos y altos campos eléctricos, respectivamente.Las mediciones eléctricas mostraron importantes resultados tales como una reducción en la capacitancia y corriente durante el barrido de voltaje o después de estresar eléctricamente los dispositivos. Dichos efectos son relacionados con la aniquilación de caminos conductivos que son creados por nanoclusters de silicio (Si-cls) que se encuentran dispersados dentro de la película de SRO.Además de lo anterior, algunos dispositivos exhibieron fluctuaciones en la corriente en la forma de picos y un comportamiento de escalera muy claro a temperatura ambiente. Dichos efectos son relacionados con los llamados efectos de bloqueo Coulómbico (CB) que se presentan en las nanopartículas de silicio que se encuentran dentro de las capas de SRO. A partir del ancho de cada escalón se pudo estimar el tamaño (cerca de 1 nm) de las nanopartículas.Estudios de luminiscencia de efecto de campo en las capas de SRO son estudiados por excitar los dispositivos con pulsos de voltaje. Además de la electroluminiscencia (EL) pulsada, es mostrado que estos dispositivos también muestran EL en voltaje continuo, donde la emisión es observada como múltiples puntos brillantes de varios colores sobre la superficie de los dispositivos cuando estos son polarizados en inversa. El espectro de emisión en dichos dispositivos es amplio y va desde 400 hasta 900 nm.Finalmente, una correlación entre las propiedades microestructurales, eléctricas y luminiscentes (FL y EL) es analizada y discutida. / In this thesis, silicon rich oxide [SRO, (SiOx, x<2)] films with different silicon excesses were deposited by low pressure chemical vapor deposition (LPVCD). Besides, Si implanted SRO (SI-SRO) films were also fabricated. Si-nps in these films were created after a thermal annealing at high temperature (1100 and 1250º C). The composition, microstructure and optical properties of these SRO and SI-SRO films were analyzed as a function of the different technological parameters, such as silicon excess, Si ion implantation dose, and thermal annealing temperature.Once the microstructure, composition as well as the optical properties of these materials is known, SRO films which exhibited the best photoluminescent (strongest PL) properties were chosen in order to analyze their electrical and electro-optical properties.Simple Metal-Oxide-Semiconductor (MOS) structures using the SRO films as the dielectric layer were fabricated for these studies. SRO films with Si-excess of ~4.0 and ~2.2 at.% and thickness ranging from 24 to 80 nm were deposited. The conduction mechanism in these films is analyzed by making use of trap assisted tunnelling (TAT) in low electric field as well as Fowler-Nordheim (FN) tunnelling in high electric fields.The electrical measurements exhibited important results, such as a reduction in capacitance and current during the sweep or after applying a constant bias. These effects are ascribed to the annihilation of conduction paths created by silicon clusters (Si-cls) inside the SRO films.A part from that, some devices exhibited current fluctuations in the form of spike-like peaks and a clear staircase at room temperature. These effects were related to Coulomb blockade (CB) effects in the silicon nanoparticles embedded in the SRO films. And from the current plateaus, the size of the Si-nps (about 1 nm) was calculated.Field effect luminescence of these SRO films was studied by alternating negative (positive) to positive (negative) voltages (pulsed excitation). Moreover, it is demonstrated that these SRO films show EL emission in continuous current voltage, observed at naked eye. Multiple shining spots of several colours are seen on the MOS-like structure surface when reversely biased. These devices display a broad electroluminescent emission spectrum which goes from 400 nm up to 900 nm.Finally, a correlation between the structural, electrical and luminescent (PL and EL) properties is discussed.

Magíster en Ciencias de la Ingeniería, Mención Eléctrica. Ingeniera Civil Eléctrica / Esta última década, el uso de móleculas como bloques funcionales en circuitos electrónicos ha cobrado gran relevancia. Con este objetivo en mente, es crucial entender cómo ocurre el transporte de carga a través de dichas moléculas. Siendo entonces necesario encontrar una forma que permita medir objetos cuyos tamaños abarcan unos pocos nanómetros (moléculas, nanopartículas, etc.). Esta tesis presenta el diseño y la fabricación de dos tipos de dispositivos, donde cada dispositivo consiste en un par de nanoelectrodos (fuente y drenaje), y es el espacio entre ambos electrodos (llamado "gap") el lugar en donde se atraparán las moléculas para posteriormente poder ser caracterizadas eléctricamente. La caracterización eléctrica consiste en comparar las curvas de corriente y voltage (I-V) a través de un "gap" cuando está abierto, es decir, un gap que no contiene moléculas y está bien definido; y el mismo gap después de que las moléculas han sido depositadas (y atrapadas) en él. El primer tipo de dispositivo se denomina "direct-electron-beam nanogap", en el cual la separación entre el par de electrodos es de aproximadamente 75-95 nm. Estos dispositivos son requeridos para medir redes de ferritinas (un tipo de proteína esférica). Las muestras de ferritina incluyen ferritina con distinto contenido de hierro (20-800 átomos de hierro por molécula de ferritina) y también ferritina con nanopartículas de oro dentro de su cavidad. Se observó que las redes de ferritina conmutan al aplicar un rango de voltaje de +/- 8V, donde la dirección de conmutación cambia con el tiempo. Además, a partir de las mediciones realizadas en un microscopio electrónico de efecto túnel (STM, por sus sigles in inglés), se estableció que las moléculas individuales de ferritina (con 20 y 800 átomos de hierro) prácticamente no conducen; el mismo comportamiento se encontró en el caso de la ferritina con contenido de oro. Las mediciones se realizaron en aire, a temperatura ambiente. Se propone que el mecanismo de conducción de las ferritinas está determinado principalmente por la presencia de múltiples ferritinas (una red) y no está relacionado con el contenido (de hierro u oro) dentro de la cavidad de la misma. El segundo tipo de dispositivo se denomina "self-aligned nanogap", en el cual la distancia entre los electrodos es de entre 9 y 20 nm. Estos dispositivos son necesarios para medir nanopartículas (NPs) de hierro y de hierro-níquel, cubiertas con una capa de óxido del metal respectivo. Se registraron las curvas I-V a temperatura ambiente, en vacío. Se encontró que, en promedio, las NPs más grandes son más conductivas que las NPs más pequeñas, y que si la densidad de NPs es mayor, la probabilidad de tener varias conectadas en paralelo aumenta, aumentando así la corriente. También se midieron ciclos de I-Vmientras se aumentaba la temperatura (desde 20 K hasta 300 K), en vacío. Al estudiar la dependencia de la resistencia a la temperatura, se obtuvo que sólo en grandes NPs de hierro la resistencia era altamente dependiente. En el caso de las NPs de hierro-níquel, la dependencia fue más débil de lo esperado. Además, se usó un modelo modificado del bloqueo de Coulomb (incluyendo las cargas de compensación), en donde la forma de las curvas I-V para cada tipo de NP fue consistente con dicho modelo. Sin embargo, la dependencia de la resistencia a la temperatura indica que este modelo sólo es consistente con el resultado obtenido para las grandes NPs de hierro (único caso con alta dependencia). / Esta investigación fue financiada por la Unión Europea mediante un proyecto RISE (DAFNEOX) SEP-210165479 y por los proyectos FONDECYT REGULAR, números 1140770 y 116175

Die Zielsetzung dieser Arbeit war die elektrische Spininjektion in Halbleiter zu erforschen und Methoden zu deren Realisation zu entwickeln. Hierzu wurden in dieser Arbeit III-V und II-VI Halbleiterheterostrukturen mit Hilfe von Photolumineszenz-, Elektrolumineszenz- und Anregungsspektroskopie untersucht. Die Messungen wurden bei Temperaturen im Bereich von 1.6 K bis 50 K durchgeführt und es wurden Magnetfelder bis zu 9 T verwendet. Die elektrische Spininjektion in einen nicht magnetischen Halbleiter wurde zum ersten mal in dieser Arbeit nachgewiesen. Hierzu wurden zwei neuartige Konzepte verwendet und miteinander verbunden. Zum einen wurde die Detektion von spinpolarisierten Strömen mit Hilfe von optischen Übergängen durchgeführt. Zum anderen wurde in dieser Arbeit erstmals ein semimagnetischer II-VI Halbleiter als spinpolarisierender Kontakt verwendet. Durch die optische Detektion wurden die bisherigen Magnetowiderstandsmessungen zur Bestimmung der Spininjektion abgelöst und durch die Verwendung von semimagnetischen Halbleitern wurde eine neue Klasse von Materialien für die Anwendung in spinselektiven Halbleiterheterostrukturen gefunden. Für den optischen Detektor der Elektronenpolarisation wurde eine GaAs/(Al, Ga)As Leuchtdiode (Spin-LED) verwendet, in die über das p-dotierte Substrat unpolarisierte Löcher und über den n-dotierten semimagnetischen Halbleiter spinpolarisierte Elektronen injiziert wurden. Das durch die Rekombination der Ladungsträger aus der LED emittierte Licht wurde in Oberflächenemission detektiert. Aufgrund der Auswahlregeln für optische Übergänge in Halbleitern mit Zinkblendestruktur ist es möglich, anhand der zirkularen Polarisation der Elektrolumineszenz, die Polarisation der injizierten Elektronen anzugeben. Abhängig vom externen Magnetfeld wurde die zirkulare Polarisation der Lichtemission von Spin-LEDs analysiert. Diese Polarisation erreichte schon bei geringen externen Magnetfeldern von z.B. 0.5 T sehr hohe Werte von bis zu 50 %. Im Vergleich dazu ist die intrinsische Polarisation von GaAs/(Al, Ga)As Heterostrukturen mit bis zu 5 % sehr gering. An den Spin-LEDs wurden Photolumineszenzmessungen zu der Bestimmung der intrinsischen Polarisation durchgeführt und zusätzlich wurde die Elektrolumineszenz von GaAs LEDs ohne manganhaltigen Kontakt analysiert. Mit Hilfe dieser Referenzmessungen konnten Seiteneffekte, die z.B. durch die magneto-optisch aktive manganhaltige Schicht in den Spin-LEDs verursacht werden können, ausgeschlossen werden. Insgesamt war es möglich die elektrische Spininjektion in Halbleiter eindeutig nachzuweisen. / The purpose of this thesis was to study the electrical spin injection into semiconductors. To realize this III-V and II-VI semiconductor heterostructures have been studied by photoluminescence-, electroluminescence-, and excitationspectroscopy. All measurements in this thesis have been carried out in the temperature range from 1.6 K to 50 K, and magnetic fields up to 9 T have been used. The electrical spin injection into a non magnetic semiconductor has been demonstrated experimentally for the first time in this thesis. This was possible because two complete new concepts have been used to realize the electrical spin injection. On one hand the polarization of a spin polarized current was detected by optical transitions. And on the other hand a semimagnetic II-VI semiconductor has been used for the first time to generate a spin polarized current. With semimagnetic semiconductors a new class of spin selective materials has been introduced into spintronics and by the optical detection of a spin polarized current former experimental methods e.g. magneto resistivity measurements have become obsolete. A GaAs/(Al, Ga)As light emitting diode (Spin-LED), where unpolarized holes are injected over the p-type substrate and spin polarized electrons are injected over the n-type semimagnetic contact layer, has been used in this thesis to detect spin polarized currents. The light which is emitted from the active area of the LED in surface emission has been analyzed. Due to the selection rules for optical transitions in semiconductors it is possible to determine the polarization of the current driving the LED by the analysis of the circular polarization of the emitted light. The circular polarization of the light emission of Spin-LEDs has been determined for various external magnetic fields. This polarization reached at weak magnetic fields of 0.5 T already quite high values of about 50 %. In comparison, a non magnetic GaAs/(Al, Ga)As LED produces circular polarized light with a polarization of about 5 %, which is a typical value and quite small. The Spin-LEDs have been also analyzed by photoluminescence to determine the intrinsic polarization and additionally the electroluminescence of GaAs LEDs without semimagnetic contact has been analyzed. In conclusion, all these measurements clearly showed, that spin polarized currents can be injected through semimagnetic semiconductors into non magnetic semiconductors.

In dieser Arbeit wurden unterschiedliche Moleküle aus der Klasse der Phthalocyanine (Pc) und Pentacen-Materialien als aktive Schichten in organischen Feldeffekttransistoren (OFETs) mittels organischer Molekularstrahldeposition (OMBD) unter Hochvakuumbedingungen aufgedampft. Die elektrische Charakterisierung von Top-Kontakt (TC) und Bottom-Kontakt (BC) OFET-Konfigurationen, die Auskunft über die Ladungsträgermobilität, die Schwellspannung und das Ein/Aus-Verhältnis gibt, wurde sowohl unter Hochvakuum- als auch unter Umgebungsbedingungen an Luft durchgeführt. Für beide OFET-Konfigurationen wurde Gold für die Source- und Drain-Elektroden genutzt. Aussagen über die Morphologie der untersuchten organischen Schichten, die auf Siliziumsubstraten mit einem 100 nm dicken Siliziumdioxyd (SiO2) Gate-Dielektrikum abgeschieden wurden, wurden mittels Rasterelektronenmikroskopie (SEM) und Rasterkraftmikroskopie (AFM) erhalten. Im Vergleich mit den TC OFETs wurde im Bereich des aktiven Kanals in den BC OFETs die Bildung einer höheren Anzahl von Körnern und Korngrenzen gefunden, welche zur Degradation dieser Bauelemente speziell bei Atmosphärenexposition beiträgt. Es wurden die nachfolgenden fünf Moleküle aus der Klasse der Pc untersucht: Kupferphthalocyanin (CuPc), Fluoriertes Kupferphthalocyanin (F16CuPc), Kobaltphthalocyanin (CoPc), Titanylphthalocyanin (TiOPc), und Lutetium-bis-Phthalocyanin (LuPc2). Diese Moleküle wurden mit dem Ziel ausgewählt, die Performance der OFETs unter vergleichbaren Präparationsbedingungen zu testen, wenn das zentrale Metallatom, die Halbleitereigenschaften oder die molekulare Geometrie geändert werden. Durch die Fluorierung (F16CuPc) wurde eine Änderung im Leitungsverhalten von CuPc von p-Typ zum n-Typ erreicht und in der elektrischen Charakteristik der OFETs nachgewiesen. Diese Resultate wurden ebenfalls mittels Kelvin-Sonden-Kraftmikroskopie (KPFM) erhalten. Der Einfluss der Molekülgeometrie auf die Performance der Bauelemente wurde durch die Änderung der Gestalt der Moleküle von planar (CuPc, F16CuPc, CoPc) zu nicht planaren Einfach- (TiOPc) und nicht planaren Doppeldeckermolekülen (LuPc2) untersucht. Eine höhere OFET-Performance wurde erreicht, wenn planare Pc-Materialien für die Bildung der aktiven Schicht verwendet wurden. Das kann teilweise auf die Morphologie der Pc-Schichten zurückgeführt werden. AFM-Aufnahmen zeigen, dass im Vergleich mit nicht planaren Molekülen größere Körner und deshalb eine geringere Anzahl von Korngrenzen gebildet werden, wenn planare Pc-Moleküle verwendet werden. Für den Fall von TC CuPc OFETs wurde gezeigt, dass die Performance der Bauelemente verbessert werden kann, wenn das Gate-Dielektrikum mit einer selbstorganisierten Monoschicht von n-Octadecyltrichlorosilan modifiziert wird oder wenn das Substrat während der Aufdampfung der CuPc-Schicht auf einer höheren Temperatur gehalten wird. Für die Klasse der Pentacen-Materialien wurde ein Vergleich zwischen der Performance von BC OFETs, die die kürzlich synthetisierten fluorierten n-Typ Pentacenquinon-Moleküle nutzen, und denen, die die p-Typ Pentacen-Moleküle nutzen, präsentiert. Das große Erfordernis hochreine Materialien zu verwenden, um eine Degradation der OFETs zu vermeiden, wurde durch Durchführung von Mehrfachmessungen an den OFET-Bauelementen bestätigt. Aus diesen Experimenten lassen sich Informationen bzgl. der Störstellen an der Grenzfläche organische Schicht/SiO2 ableiten. Weiterhin wurde für einige der untersuchten Moleküle die Performance von BC OFETs unter dem Einfluss von unterschiedlichen Gasen gezeigt.

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