<div>In this work, we investigate the trade-off between scalability and reliability for next generation logic-transistors i.e. Gate-All-Around (GAA)-FET, Multi-Bridge-Channel (MBC)-FET. First, we analyze the electronic properties (i.e. bandgap and</div><div>quantum conductance) of ultra-thin silicon (Si) channel i.e. nano-wire and nano-sheet based on first principle simulation. In addition, we study the influence of interface</div><div>states (or dangling bonds) at Si-SiO₂ interface. Second, we investigate the impact of bandgap change and interface states on GAA-FETs and MBC-FETs characteristics by</div><div>employing Non-equilibrium Green's Function based device simulation. In addition to that, we calculate the activation energy of Si-H bond dissociation at Si-SiO₂ interface for different Si nano-wire/sheet thickness and different oxide electric-field. Utilizing these thickness dependent activation energies for corresponding oxide electric-field, in conjunction with reaction-diffusion model, we compute the characteristics shift and analyze the negative bias temperature instability in GAA-FET and MBC-FET. Based on our analysis, we estimate the operational voltage of these transistors for a life-time of 10 years and the ON current of the device at iso-OFF-current condition. For example, for channel length of 5 nm and thickness < 5 nm the safe operating voltage needs to be < 0.55V. Furthermore, our analysis suggests that the benefit of Si thickness scaling can potentially be suppressed for obtaining a desired life-time of GAA-FET and MBC-FET.</div>

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The experimental studies presented in this thesis deal with the photoluminescence intermittency of semiconductor quantum dots in different dielectric environments. Detailed analysis of intermittency statistics from single capped CdSe/ZnS, uncapped CdSe and water dispersed CdSe/ZnS QDs in different matrices provide experimental evidence for the model of photoionization with a charge ejected into the surrounding matrix as the source of PL intermittency phenomenon. The distribution of the dark state lifetimes can be described by a power law over a wide range while that of bright state can be described by a power law at shorter times followed by an exponential decay. The lifetimes of the bright and dark states are influenced by the dielectric properties of the surrounding environment. Our experimental results show that the lifetime of the dark state increases with the dielectric constant of the matrix. This is very clear from the linear correlation between αoff and f (ε). We propose a self-trapping model to explain the increase of dark state lifetimes with the dielectric constant of the matrix. A charge will be more stabilized in a medium with high dielectric constant. An energetically more favourable state for an electron in a high dielectric medium decreases the return probability which eventually increases the duration of the off-time. Moreover, the self-trapping model establishes a general model for distribution of states in a matrix. We like to mention, that in the case of bright states, a qualitative observation is the cross over of the on-time power law behavior to an exponential one. The power law part of the decay is nearly matrix independent while the exponential decay, which limits the maximum on-time, strongly depends on dielectric properties of the environment. The exponential part of the on-time probability decays much faster in a high dielectric medium and there exists a linear relation between the time constant of the exponential decay and f (ε). Theoretical background has been provided for the observed results using the recently published DCET model which correlates PL intermittency of QDs with properties of the environment. This supports our previous conjecture of a general model for matrix controlled blinking process. The disagreement between experimentally observed dependence of αoff and f (ε) for different matrices with that of the static tunnelling model proposed by Verberk is due to the fact that the tunneling model considers only an electron transfer between a QD and spatially distributed trap states in vacuum. These states are already stabilized states. It does not assume any medium in between. Therefore, matrix dependent blinking kinetics can not be explained quantitatively by tunneling model even though tunneling between a QD and spatially distributed trap states gives a power law distribution for the blinking kinetics. DCET is a more general (dynamic) model. The bright and dark state parabolas contain QD, charge and the matrix. Therefore, this model could in principle explain matrix dependent blinking kinetics in a better way, for example, the energy difference between the minima of the bright and dark state parabolas (-ΔG0) is defined by the stabilization energy of the system provided by the matrix. However, due to lack of the relevant intrinsic parameters we did not compare this relationship and dependence qualitatively. / Betrachtet man die Fluoreszenz einzelner Farbstoffmoleküle oder Halbleiternanokristalle bei kontinuierlicher Anregung, so stellt man fest, dass die im Zeitverlauf beobachtete Intensität einer stochastischen Variation unterliegt, d. h. dass das Chromophor zwischen emittierenden und nicht emittierenden Zuständen, auch Hell- und Dunkelzuständen genannt, hin- und herschaltet. Dieses als Blinken bekannte Phänomen ist physikalisch wie auch technologisch herausfordernd, lässt es doch einerseits die Realisierbarkeit einer Reihe von quantenoptischen Anwendungen, so z. B. auf dem Gebiet der Quantenkryptographie, dem Quantum Computing oder der optischen Schaltungstechnik auf Basis einzelner Quantenobjekte, in naher Zukunft möglich erscheinen. Andererseits setzt es gewissen Anwendungen, die auf die permanente Sichtbarkeit des Chromophors aufbauen, Grenzen, so zum Beispiel der Verwendung als Lumineszenzmarker in der medizinischen Diagnostik. Weiterhin ist festzustellen, dass das Blinken kritisch von den äußeren Bedingungen und von den Umgebungsparametern abhängt. Aus diesen und anderen Gründen ist ein fundamentales Verständnis der physikalischen Ursachen und der Wechselwirkungsprozesse unerlässlich. Die Forschung dazu steckt noch in den Kinderschuhen. Basierend auf umfangreiche Messungen der Fluoreszenzzeitreihen einzelner Nanokristalle aus CdSe und CdSe/ZnS in verschiedenen Umgebungen, zeigt diese Dissertation exemplarisch den Einfluss der Dielektrizitätsparameter auf das Blinken. Zur Erklärung des Sachverhalts wird ein so genanntes Self-Trapping-Modell zu Rate gezogen. Demnach kommt es zu einer Ionisation des Quantenobjekts und anschließender Ladungstrennung, woraufhin die abgetrennte Ladung für eine gewisse Zeit in der Umgebung lokalisiert bleibt. Die Dauer der Lokalisierung und damit der emittierenden und nicht emittierenden Perioden hängt von der dielektrischen Funktion des umgebenden Materials ab. Dies ist als direkter Nachweis für den photoinduzierten Ladungstransfer als Ursache des Fluoreszenzblinkens zu deuten. Die Arbeit demonstriert, dass die experimentellen Zeitreihen die charakteristischen Merkmale eines diffusionsgesteuerten Ladungstransferprozesses besitzen und nimmt dabei den gegenwärtigen wissenschaftlichen Diskurs über geeignete theoretische Modelle des Fluoreszenzblinkens auf.

Gegenstand der Dissertation sind Untersuchungen zur Photolumineszenz von Silizium-Nanokristallen. Den Schwerpunkt bilden dabei die Messungen an isolierten Partikeln mittels konfokaler Mikroskopie und optischer Spektroskopie. Von einzelnen Silizium-Partikeln konnten relativ schmale, strukturierte Photolumineszenzbanden detektiert werden, die die Aussagen des Quantum-Confinement-Modells bestätigen. Ein weiteres Merkmal der Photolumineszenz von einzelnen Halbleiter-Nanopartikeln ist das so genannte Blinken. Die Erstellung von Blinkstatistiken unter verschiedenen Anregungsbedingungen ermöglichte es, die zum Blinken führenden photophysikalischen Prozesse genauer zu charakterisieren. Es wird unter anderem gezeigt, dass das reversible Bleichen der Lumineszenz von Silizium-Nanokristall-Ensemblen und porösem Silizium auf ein instationäres Blinkverhalten zurückzuführen ist. Abschließend werden Bezüge zu den astrophysikalischen Beobachtungen von der Extended Red Emission hergestellt und verschiedene Tunnel- und Random-Walk-Modelle zur Beschreibung der photophysikalischen Prozesse diskutiert.

Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Umschnürung von gedrungenen Stahlbetonstützen mittels Kohlefasergelegen. Die durch Epoxidharz mit dem Altbeton verbundenen Kohlefasern (CFK-Umschnürung) bewirken hierbei eine starke Behinderung der Querdehnung des Betons, wodurch dieser in einen dreidimensionalen Spannungszustand versetzt wird. Die Betondruckfestigkeit kann dadurch nachträglich deutlich gesteigert und das Verformungsverhalten positiv beeinflusst werden. Forschungsaufgabe war es, Wissenslücken und aufgeworfene Fragen, die sich aus einer intensiven Literaturrecherche zur Thematik ergaben, zu schließen und einen eigenen Bemessungsansatz zu entwickeln. Hierzu wurden Beton- und Stahlbetondruckglieder mit verschiedenen Abmessungen und Durchmessern sowie unterschiedlichen Längs- und Querbewehrungsgehalten hergestellt. Danach erfolgte die Umschnürung dieser Prüfkörper mit verschiedenen CFK-Materialien in variierenden Dicken und anschließende Bauteiltests in Form von weggesteuerten Druckversuchen. Neben dem Materialverhalten konnten mittels elektrischen Messsystemen, wie z. B. induktiven Wegaufnehmern sowie auf den Prüfkörpern aufgebrachten Dehnungsmessstreifen, auch die Versagenszustände zuverlässig bestimmt werden. Die Auswertung und Interpretation der gewonnenen Daten mündete in empirischen Gleichungen zur Beschreibung der maximalen Druckfestigkeit und Dehnung von CFK-umschnürten Bauteilen aus unbewehrtem oder bewehrtem Beton. Darüber hinaus konnten Aussagen zur tatsächlichen Bruchdehnung der eingesetzten Kohlefasern getroffen und entsprechende Abminderungsfaktoren abgeleitet werden. Unter Berücksichtigung der Datenreihen anderer Forschergruppen wurde die eigene Datenbasis vergrößert und die gewonnenen Erkenntnisse bestätigt. Als Ergebnis steht ein empirischer Bemessungsansatz zur Verfügung, der Bemessungsgleichungen zur Querschnittstragfähigkeit und zugehörigen Dehnung von CFK-umschnürten unbewehrten und bewehrten kreisrunden Stützenquerschnitten bietet. Darüber hinaus können Spannungs-Dehnungs-Beziehungen hergeleitet werden. Durch die Entwicklung von charakteristischen Bemessungsgleichungen gelingt eine einfache Implementierung in bestehende Sicherheitskonzepte. Das entwickelte Modell oder Teile davon eignen sich zur Verwendung in den zur Entstehungszeit der Dissertation vorhandenen Bemessungsvorschriften oder können zu deren Verbesserung herangezogen werden. / This thesis deals with the confinement of short reinforced concrete (RC) columns by carbon-fibre-sheets (CF sheet). In doing so, the connection of concrete surface and CF sheet is enabled by an epoxy resin (CFRP confinement). Thereby, concrete’s lateral expansion is efficiently restricted in cases of imposed axial compressive deformation; therefore, the elastic CFRP resisting response generates an ever increasing lateral compressive stress state on concrete, leading to structural upgrade of the member core to provide a remarkable higher concrete strength and sufficient deformability. Research assignment was to solve open-ended questions and knowledge gaps, which unfolded during an intense literature review, and to present an own proposal of a material model. For this, plain and reinforced concrete columns with different geometrical shape, variable diameter, and different longitudinal and transverse reinforcement elements were produced, and were confined with different CF sheets in variable thickness. Executed deformation controlled compression tests provided investigations concerning the structural behaviour of the test specimens, and electrical measurement techniques such as LVTD and strain gauges enabled a sufficient monitoring of failure modes. The evaluation and interpretation of the received data resulted in empirical equations to predict the ultimate strength and accompanying ultimate axial strain of CFRP confined columns with and without reinforcement. Furthermore, the tests allowed conclusions concerning the rupture strain of the deployed CFRP confinements, and leaded to FRP efficiency factors, capable to predict the actual ultimate strain of the reinforcing fibres. Further data bases, which are available in literature, confirmed the own proposals. As a result, this thesis provides an empirical material model, which deals with proper design equations to predict the load bearing capacity and the deformability of CFRP confined plain and reinforced circular concrete columns. Moreover, it is possible to generate entire stress-strain curves in axial direction. Developed characteristic equations and values allow an easy implementation in existing limit state concepts. The developed model or parts of it are sufficient to be implemented in design guidelines, or they may help to enhance them.

Halide perovskite semiconductor nanocrystals have been studied a lot recently because they allow a precise control over the entire visible emission spectrum and as a result, the possibility of a variety of light-emitting applications. In this study, cesium lead bromide CsPbBr3 and cesium lead iodide CsPbI3 nanoplatelets of 3, 4 and 5 monolayers (ML) have been synthesized. The absorbance and emission of each solutions and monolayer are measured and analyzed in terms of the change in excitonic nature. The results show that the exciton peak decreases with the number of monolayers with a stronger excitonic behavior in the Bromide system in comparison to the Iodine perovskite with nearly no excitonic feature for the 5 ML system. An analysis of the apparent Stokes-shift show that it increases with the number of monolayer for CsPbBr3 in comparison with the Iodide system where it decreases. The vibrational properties were quantified with Raman spectroscopy and showed that a second signifying peak of the perovskite vibration change upon quantum confinement.

Magnetically confined fusion (MCF) plasmas are typically subject to several unstable modes. The growth of one mode can limit the plasma energy confinement and might cause a termination of the plasma. Externally applied resonant magnetic perturbations (RMPs) are used to control and to mitigate some of the unstable modes. Examples are, mitigation of edge localized modes and steering of neoclassical tearing mode position for stabilization by electron cyclotron current drive. Consequently, use of RMPs are considered necessary in planned future fusion machines. There are however negative consequences, the RMP interaction with a tearing mode (TM) of the same resonance can cause deceleration of the TM and possibly wall-locking. If a TM is non-rotating relative the machine-wall, it can grow and degrade fusion plasma performance and lead to a plasma disruption. Thus, all fusion confinement machines want to avoid wall-locked modes. Resonant magnetic fields can also be present in the form of machine-error-fields, which can produce the same effects. Clearly, it is of importance to understand the TM-RMP interaction. Typically, the modes with long wavelength are described by magnetohydrodynamic (MHD) theory. Considering the finite plasma resistivity, MHD predicts a mode that tears and reconnects magnetic field lines, called a tearing mode (TM). TMs occur at surfaces where the magnetic field lines close on themselves after a number of (m) toroidal and (n)poloidal turns. These surfaces are resonant in the sense that magnetic field and helical current perturbation has the same helicity, which minimize stabilizing effect of magnetic field line bending. In this thesis, the mechanisms of TM locking and unlocking due to external resonant magnetic perturbations (RMPs) are experimentally studied. The studies are conducted in two MCF machines of the type reversed-field pinch (RFP): EXTRAP T2R and Madison Symmetric Torus (MST). The studied machines exhibit multiple rotating TMs under normal operation. In EXTRAP T2R TM locking and unlocking are studied by application of a single harmonic RMP. Observations show that after the TM is locked, RMP amplitude has to be reduced significantly in order to unlock the TM. In similar studies in MST unlocking is not observed at all after turn-off of the RMP. Hence, in both machines, there is hysteresis in the locking and subsequent unlocking of a tearing mode. Results show qualitative agreement with a theoretical model of the TM evolution when subjected to an RMP. It is shown that the RMP cause a reduction of TM and plasma rotation at the resonant surface. The velocity reduction is opposed by a viscous torque from surrounding plasma. After TM locking, relaxation of the whole plasma rotation is observed, due to the transfer of velocity reduction via viscosity. This results in a reduced viscous resorting torque, which explains the observed hysteresis. The hysteresis is further deepened by the increase in amplitude of a locked mode. / <p>QC 20160111</p>

Le confinement, notamment celui lié à la COVID-19, aurait une influence sur la qualité de vie et le bien-être des personnes âgées en raison de ses conséquences sur la santé physique, psychologique et cognitive. Cependant, les études antérieures publiées ont plusieurs limites méthodologiques, dont l’absence du statut préconfinement de même que le type de devis, souvent transversal. La présente étude propose un devis longitudinal avec des mesures préconfinement et vise à évaluer les changements en comparant la qualité de vie, la santé perçue et le bien-être entre avant le confinement (T1 = décembre 2019), trois mois après le début du premier confinement (T2 = juin 2020) et pendant le deuxième confinement (T3 = janvier 2021) dû à la COVID-19 chez un groupe de 72 personnes âgées en santé. Ces derniers ont complété un sondage électronique évaluant les facteurs personnels, les activités et la participation de même que les questionnaires EuroQol-5D et Warwick-Edinburgh Mental Well-being Scale. Une diminution de la qualité de vie, de la santé perçue et du bien-être a été observée entre T1 et T2 et entre T1 et T3, mais aucune différence n’est rapportée entre les deux périodes de confinement. Les variables associées à ces changements sont le niveau d’énergie, le sentiment de bonheur, l’activité physique, le changement de la condition médicale, des difficultés mnésiques, le sentiment d’isolement et l’âge. Cette étude permettra de cibler dans un but préventif les variables pouvant avoir un effet délétère sur les personnes âgées lors de futurs contextes de confinement. / Lockdown, particularly that related to COVID-19, is thought to influence the quality of life and well-being of the elderly because of its consequences on physical, psychological, and cognitive health. However, previous published studies have several methodological limitations, including the absence of pre-confinement status and the type of design, which is often cross-sectional. The present study proposes a longitudinal design with pre-lockdown measures and aims to assess changes by comparing quality of life, perceived health, and well-being between before lockdown (T1 = December 2019), three months after the start of the first lockdown (T2 = June 2020), and during the second lockdown (T3 = January 2021) due to COVID-19 in a group of 72 healthy elderly. They completed an electronic survey assessing personal factors, activities, and participation as well as the EuroQol-5D and Warwick-Edinburgh Mental Well-being Scale. A decrease in quality of life, perceived health and well-being was observed between T1 and T2 and between T1 and T3, but no difference was reported between the two lockdown periods. The variables associated with these changes were energy level, level of happiness, physical activity, change in medical condition, memory difficulties, level of perceived isolation and age. This study will help to target variables that may have a deleterious effect on older adults in future confinement settings for preventive purposes.

I. Atomare Struktur Mittels Rastertunnelmikroskopie und Beugung langsamer Elektronen wird die atomare Struktur von vizinalen Cu(111)-Oberflächen untersucht. Der mittlere Stufenabstand auf den untersuchten Oberflächen deckt einen Bereich von ca. 1.0-2.5nm ab. Auf allen diesen Oberflächen wird ein regelmäßiges Stufenarray gefunden.Es wird gezeigt, dass das System Ag/Cu(223) ein gutes Beispiel für den Effekt der Selbstorganisation auf Kristalloberflächen darstellt. Durch die Ag-Adsorption im Bereich von 0-1ML wird eine periodische Facettierung der Cu(223)-Oberfläche induziert. Die Gleichgewichtsstruktur setzt sich aus Ag-bedeckten Facetten zusammen, die mit reinen Cu-Streifen alternieren. Die Breite der Cu- und der Ag-Streifen kann in einem Bereich von 3-30nm über die Ag-Bedeckung kontinuierlich eingestellt werden. II. Elektronische Struktur Mittels winkelaufgelöster Photoelektronen-Spektroskopie mit Synchrotron-Strahlung wird der Einfluss von Stufen auf den Oberflächenzustand von vizinalen Cu(111)-Oberflächen untersucht. Veränderungen bzgl. der Bindungsenergie werden im Rahmen eines eindimensionalen Kronig-Penny-Modells interpretiert. Als Ursache für das Kippen der Ausbreitungsebene bei einer kritischen Terrassenbreite (~1.7nm) wird die Überlagerung des Oberflächenzustands mit Volumenzuständen und dem damit verbundenen Übergang zur Oberflächenresonanz diskutiert. Bei dem System Ag/Cu(223) wird der Oberflächenzustand innerhalb der Cu-Streifen zum einen durch die Ag-Streifen lateral begrenzt, zum anderen ändert sich der mittlere Stufenabstand innerhalb der Cu-Streifen. Die hierbei gewonnenen Ergebnisse können im Vergleich mit den Ergebnissen diskutiert werden, die an den sauberen vizinalen Oberflächen gewonnen wurden. Mit größer werdender Bedeckung bildet sich ein neuer Zustand, dessen Ursprung in den Ag-Streifen liegt. Die beiden Zustände können in ihrer energetischen Lage und in ihrem Dispersionsverhalten unterschieden werden.