Die enorme Steigerung der Leistungsfähigkeit integrierter Schaltkreise wird seit über 50 Jahren im Wesentlichen durch eine Verkleinerung der Bauelementdimensionen erzielt. Aufgrund des Erreichens physikalischer Grenzen kann dieser Trend, unabhängig von der Lösung technologischer Probleme, langfristig nicht fortgesetzt werden. Diese Arbeit beschäftigt sich mit der Entwicklung und Herstellung neuartiger Transistoren und Schaltungen, welche im Vergleich zu konventionellen Bauelementen funktionserweitert sind, wodurch ein zur Skalierung alternativer Ansatz vorgestellt wird. Ausgehend von gewachsenen und nominell undotierten Silizium-Nanodrähten wird die Herstellung von Schottky-Barrieren-Feldeffekttransistoren (SBFETs) mit Hilfe etablierter und selbst entwickelter Methoden beschrieben und die Ladungsträgerinjektion unter dem Einfluss elektrischer Felder an den dabei erzeugten abrupten Metall–Halbleiter-Grenzflächen analysiert. Zur Optimierung der Injektionsvorgänge dienen strukturelle Modifikationen, welche zu erhöhten ambipolaren Strömen und einer vernachlässigbaren Hysterese der SBFETs führen. Mit dem rekonfigurierbaren Feldeffekttransistor (RFET) konnte ein Bauelement erzeugt werden, bei dem sich Elektronen- und Löcherinjektion unabhängig und bis zu neun Größenordnungen modulieren lassen. Getrennte Topgate-Elektroden über den Schottkybarrieren ermöglichen dabei die reversible Konfiguration von unipolarer Elektronenleitung (n-Typ) zu Löcherleitung (p-Typ) durch eine Programmierspannung, wodurch die Funktionen konventioneller FETs in einem universellen Bauelement vereint werden. Messungen und 3D-FEM-Simulationen geben einen detaillierten Einblick in den elektrischen Transport und dienen der anschaulichen Beschreibung der Funktionsweise. Systematische Untersuchungen zu Änderungen im Transistoraufbau, den Abmessungen und der Materialzusammensetzung verdeutlichen, dass zusätzliche Strukturverkleinerungen sowie die Verwendung von Halbleitern mit niedrigem Bandabstand die elektrische Charakteristik dieser Transistoren weiter verbessern. Im Hinblick auf die Realisierung neuartiger Schaltungen wird ein Konzept beschrieben, die funktionserweiterten Transistoren in einer energieeffizienten Komplementärtechnologie (CMOS) nutzbar zu machen. Die dafür notwendigen gleichen Elektronen- und Löcherstromdichten konnten durch einen modifizierten Ladungsträgertunnelprozess infolge mechanischer Verspannungen an den Schottkyübergängen erzielt und weltweit erstmalig an einem Transistor gezeigt werden. Der aus einem <110>-Nanodraht mit 12 nm Si-Kerndurchmesser erzeugte elektrisch symmetrische RFET weist dabei eine bisher einzigartige Kennliniensymmetrie auf.Die technische Umsetzung des Schaltungskonzepts erfolgt durch die Integration zweier RFETs innerhalb eines Nanodrahts zum dotierstofffreien CMOS-Inverter, der flexibel programmiert werden kann. Die rekonfigurierbare NAND/NOR- Schaltung verdeutlicht, dass durch die RFET-Technologie die Bauelementanzahl reduziert und die Funktionalität des Systems im Vergleich zu herkömmlichen Schaltungen erhöht werden kann. Ferner werden weitere Schaltungsbeispiele sowie die technologischen Herausforderungen einer industriellen Umsetzung des Konzeptes diskutiert. Mit der funktionserweiterten, dotierstofffreien RFET-Technologie wird ein neuartiger Ansatz beschrieben, den technischen Fortschritt der Elektronik nach dem erwarteten Ende der klassischen Skalierung zu ermöglichen.:Kurzzusammenfassung Abstract 1 Einleitung 2 Nanodrähte als aktivesGebiet fürFeldeffekttransistoren 2.1 Elektrisches Potential und Ladungsträgertransport in Transistoren 2.1.1 Potentialverlauf 2.1.2 Ladungsträgerfluss und Steuerung 2.2 Der Metall-Halbleiter-Kontakt 2.2.1 Ladungsträgertransport über den Schottky-Kontakt 2.2.2 Thermionische Emission 2.2.3 Ladungsträgertunneln 2.2.4 Methoden zur Beschreibung der Gesamtinjektion 2.3 Der Schottkybarrieren-Feldeffekttransistor 2.4 Stand der Technik 2.4.1 Elektronische Bauelemente auf Basis von Nanoröhren und Nanodrähten 2.4.2 Rekonfigurierbare Transistoren und Schaltungen 2.5 Zusammenfassung 3 TechnologienzurHerstellung vonNanodraht-Transistoren 3.1 Herstellung von SB-Nanodraht-Transistoren mit Rückseitengatelektrode 3.1.1 Nanodraht-Strukturbildung durch VLS-Wachstum 3.1.2 Drahttransfer 3.1.3 Herstellung von Kontaktelektroden 3.1.4 Herstellung von Schottky-Kontakten innerhalb eines Nanodrahtes 3.2 Strukturerzeugung mittels Elektronenstrahllithographie 3.2.1 Schichtstrukturierung mittels Elektronenstrahllithographie 3.2.2 Strukturierung mittels ungerichteter Elektronenstrahllithographie 3.2.3 Justierte Strukturierung mittels Elektronenstrahllithographie 3.2.4 Justierte Strukturierung mittels feinangepasster Elektronenstrahllithographie 3.2.5 Justierte Strukturierung mittels kombinierter optischer und Elektronenstrahllithographie 3.3 Zusammenfassung 4 Realisierung und Optimierung siliziumbasierter Schottkybarrieren- Nanodraht-Transistoren 4.1 Nanodraht-Transistor mit einlegierten Silizidkontakten 4.1.1 Transistoren auf Basis von Nanodrähten in <112>-Richtung 4.1.2 Transistoren mit veränderten Abmessungen 4.2 Analyse und Optimierung der Gatepotentialverteilung im Drahtquerschnitt in Kontaktnähe 4.3 Si/SiO2 - Core/Shell Nanodrähte als Basis für elektrisch optimierte Transistoren 4.3.1 Si-Oxidation im Volumenmaterial 4.3.2 Si-Oxidation am Draht 4.3.3 Silizidierung innerhalb der Oxidhülle 4.3.4 Core/Shell-Nanodraht-Transistoren mit Rückseitengate 4.4 Analyse der Gatepotentialwirkung in Abhängigkeit des Abstands zur Barriere 4.5 Zusammenfassung 5 RFET - Der Rekonfigurierbare Feldeffekttransistor 5.1 Realisierung des RFET 5.2 Elektrische Charakteristik 5.2.1 Elektrische Beschaltung und Funktionsprinzip 5.2.2 Elektrische Messungen 5.2.3 Auswertung 5.3 Transporteigenschaften des rekonfigurierbaren Transistors 5.3.1 Tunnel- und thermionische Ströme im RFET 5.3.2 Analyse der Transportvorgänge mit Hilfe der numerischen Simulation 5.3.3 Schaltzustände des RFET 5.3.4 On-zu-Off Verhältnisse des RFET 5.3.5 Einfluss der Bandlücke auf das On- zu Off-Verhältnis 5.3.6 Abhängigkeiten von geometrischen, materialspezifischen und physikalischen Parametern 5.3.7 Skalierung des RFET 5.3.8 Längenskalierung des aktiven Gebietes 5.4 Vergleich verschiedener Konzepte zur Rekonfigurierbarkeit 5.5 Zusammenfassung 6 Schaltungen aus rekonfigurierbaren Bauelementen 6.1 Komplementäre Schaltkreise 6.1.1 Inverter 6.1.2 Universelle Gatter 6.1.3 Anforderungen an komplementäre Bauelemente 6.1.4 Individuelle Symmetrieanpassung statischer Transistoren 6.2 Rekonfigurierbare Transistoren als Bauelemente für komplementäre Elektronik 6.2.1 Analyse des RFET als komplementäres Bauelement 6.2.2 Bauelementbedingungen für eine rekonfigurierbare komplementäre Elektronik 6.3 Erzeugung eines RFETs für rekonfigurierbare komplementäre Schaltkreise 6.3.1 Möglichkeiten der Symmetrieanpassung 6.3.2 Erzeugung eines RFET mit elektrischer Symmetrie 6.3.3 Erzeugung und Aufbau des symmetrischen RFET 6.3.4 Elektrische Eigenschaften des symmetrischen RFET 6.4 Realisierung von komplementären rekonfigurierbaren Schaltungen 6.4.1 Integration identischer RFETs 6.4.2 RFET-basierter komplementärer Inverter 6.4.3 Rekonfigurierbarer CMOS-Inverter 6.4.4 PMOS/NMOS-Inverter 6.4.5 Zusammenfassung zur RFET-Inverterschaltung 6.4.6 Rekonfigurierbarer NAND/NOR-Schaltkreis 6.5 Zusammenfassung und Diskussion 7 Zusammenfassung und Ausblick 7.1 Zusammenfassung 7.2 Ausblick Anhang Symbol- und Abkürzungsverzeichnis Literaturverzeichnis Publikations- und Vortragsliste Danksagung Eidesstattliche Erklärung / The enormous increase in performance of integrated circuits has been driven for more than 50 years, mainly by reducing the device dimensions. This trend cannot continue in the long term due to physical limits being reached. The scope of this thesis is the development and fabrication of novel kinds of transistors and circuits that provide higher functionality compared to the classical devices, thus introducing an alternative approach to scaling. The fabrication of Schottky barrier field effect transistors (SBFETs) based on nominally undoped grown silicon nanowires using established and developed techniques is described. Further the charge carrier injection in the fabricated metal to semiconductor interfaces is analyzed under the influence of electrical fields. Structural modifications are used to optimize the charge injection resulting in increased ambipolar currents and negligible hysteresis of the SBFETs. Moreover, a device has been developed called the reconfigurable field-effect transistor (RFET), in which the electron and hole injection can be independently controlled by up to nine orders of magnitude. This device can be reversibly configured from unipolar electron conducting (ntype) to hole conducting (p-type) by the application of a program voltage to the two individual top gate electrodes at the Schottky junctions. So the RFET merges the functionality of classical FETs into one universal device. Measurements and 3D finite element method simulations are used to analyze the electrical transport and to describe the operation principle. Systematic investigations of changes in the device structure, dimensions and material composition show enhanced characteristics in scaled and low bandgap semiconductor RFET devices. For the realization of novel circuits, a concept is described to use the enhanced functionality of the transistors in order to realize energy efficient complementary circuits (CMOS). The required equal electron and hole current densities are achieved by the modification of charge carrier tunneling due to mechanical stress and are shown for the first time ever on a transistor. An electrically symmetric RFET based on a compressive strained nanowire in <110> crystal direction and 12 nm silicon core diameter exhibits unique electrical symmetry. The circuit concept is demonstrated by the integration of two RFETs on a single nanowire, thus realizing a dopant free CMOS inverter which can be programmed flexibly. The reconfigurable NAND/NOR shows that the RFET technology can lead to a reduction of the transistor count and can increase the system functionality. Additionally, further circuit examples and the challenges of an industrial implementation of the concept are discussed.The enhanced functionality and dopant free RFET technology describes a novel approach to maintain the technological progress in electronics after the expected end of classical device scaling.:Kurzzusammenfassung Abstract 1 Einleitung 2 Nanodrähte als aktivesGebiet fürFeldeffekttransistoren 2.1 Elektrisches Potential und Ladungsträgertransport in Transistoren 2.1.1 Potentialverlauf 2.1.2 Ladungsträgerfluss und Steuerung 2.2 Der Metall-Halbleiter-Kontakt 2.2.1 Ladungsträgertransport über den Schottky-Kontakt 2.2.2 Thermionische Emission 2.2.3 Ladungsträgertunneln 2.2.4 Methoden zur Beschreibung der Gesamtinjektion 2.3 Der Schottkybarrieren-Feldeffekttransistor 2.4 Stand der Technik 2.4.1 Elektronische Bauelemente auf Basis von Nanoröhren und Nanodrähten 2.4.2 Rekonfigurierbare Transistoren und Schaltungen 2.5 Zusammenfassung 3 TechnologienzurHerstellung vonNanodraht-Transistoren 3.1 Herstellung von SB-Nanodraht-Transistoren mit Rückseitengatelektrode 3.1.1 Nanodraht-Strukturbildung durch VLS-Wachstum 3.1.2 Drahttransfer 3.1.3 Herstellung von Kontaktelektroden 3.1.4 Herstellung von Schottky-Kontakten innerhalb eines Nanodrahtes 3.2 Strukturerzeugung mittels Elektronenstrahllithographie 3.2.1 Schichtstrukturierung mittels Elektronenstrahllithographie 3.2.2 Strukturierung mittels ungerichteter Elektronenstrahllithographie 3.2.3 Justierte Strukturierung mittels Elektronenstrahllithographie 3.2.4 Justierte Strukturierung mittels feinangepasster Elektronenstrahllithographie 3.2.5 Justierte Strukturierung mittels kombinierter optischer und Elektronenstrahllithographie 3.3 Zusammenfassung 4 Realisierung und Optimierung siliziumbasierter Schottkybarrieren- Nanodraht-Transistoren 4.1 Nanodraht-Transistor mit einlegierten Silizidkontakten 4.1.1 Transistoren auf Basis von Nanodrähten in <112>-Richtung 4.1.2 Transistoren mit veränderten Abmessungen 4.2 Analyse und Optimierung der Gatepotentialverteilung im Drahtquerschnitt in Kontaktnähe 4.3 Si/SiO2 - Core/Shell Nanodrähte als Basis für elektrisch optimierte Transistoren 4.3.1 Si-Oxidation im Volumenmaterial 4.3.2 Si-Oxidation am Draht 4.3.3 Silizidierung innerhalb der Oxidhülle 4.3.4 Core/Shell-Nanodraht-Transistoren mit Rückseitengate 4.4 Analyse der Gatepotentialwirkung in Abhängigkeit des Abstands zur Barriere 4.5 Zusammenfassung 5 RFET - Der Rekonfigurierbare Feldeffekttransistor 5.1 Realisierung des RFET 5.2 Elektrische Charakteristik 5.2.1 Elektrische Beschaltung und Funktionsprinzip 5.2.2 Elektrische Messungen 5.2.3 Auswertung 5.3 Transporteigenschaften des rekonfigurierbaren Transistors 5.3.1 Tunnel- und thermionische Ströme im RFET 5.3.2 Analyse der Transportvorgänge mit Hilfe der numerischen Simulation 5.3.3 Schaltzustände des RFET 5.3.4 On-zu-Off Verhältnisse des RFET 5.3.5 Einfluss der Bandlücke auf das On- zu Off-Verhältnis 5.3.6 Abhängigkeiten von geometrischen, materialspezifischen und physikalischen Parametern 5.3.7 Skalierung des RFET 5.3.8 Längenskalierung des aktiven Gebietes 5.4 Vergleich verschiedener Konzepte zur Rekonfigurierbarkeit 5.5 Zusammenfassung 6 Schaltungen aus rekonfigurierbaren Bauelementen 6.1 Komplementäre Schaltkreise 6.1.1 Inverter 6.1.2 Universelle Gatter 6.1.3 Anforderungen an komplementäre Bauelemente 6.1.4 Individuelle Symmetrieanpassung statischer Transistoren 6.2 Rekonfigurierbare Transistoren als Bauelemente für komplementäre Elektronik 6.2.1 Analyse des RFET als komplementäres Bauelement 6.2.2 Bauelementbedingungen für eine rekonfigurierbare komplementäre Elektronik 6.3 Erzeugung eines RFETs für rekonfigurierbare komplementäre Schaltkreise 6.3.1 Möglichkeiten der Symmetrieanpassung 6.3.2 Erzeugung eines RFET mit elektrischer Symmetrie 6.3.3 Erzeugung und Aufbau des symmetrischen RFET 6.3.4 Elektrische Eigenschaften des symmetrischen RFET 6.4 Realisierung von komplementären rekonfigurierbaren Schaltungen 6.4.1 Integration identischer RFETs 6.4.2 RFET-basierter komplementärer Inverter 6.4.3 Rekonfigurierbarer CMOS-Inverter 6.4.4 PMOS/NMOS-Inverter 6.4.5 Zusammenfassung zur RFET-Inverterschaltung 6.4.6 Rekonfigurierbarer NAND/NOR-Schaltkreis 6.5 Zusammenfassung und Diskussion 7 Zusammenfassung und Ausblick 7.1 Zusammenfassung 7.2 Ausblick Anhang Symbol- und Abkürzungsverzeichnis Literaturverzeichnis Publikations- und Vortragsliste Danksagung Eidesstattliche Erklärung

Nanomagnetic logic, incorporating logic bits in the magnetization orientations of single-domain nanomagnets, has garnered attention as an alternative to transistor-based logic due to its non-volatility and unprecedented energy-efficiency. The energy efficiency of this scheme is determined by the method used to flip the magnetization orientations of the nanomagnets in response to one or more inputs and produce the desired output. Unfortunately, the large dissipative losses that occur when nanomagnets are switched with a magnetic field or spin-transfer-torque inhibit the promised energy-efficiency. Another technique offering superior energy efficiency, “straintronics”, involves the application of a voltage to a piezoelectric layer to generate a strain which is transferred to an elastically coupled magnetrostrictive layer, causing magnetization rotation. The functionality of this scheme can be enhanced further by introducing magnetocrystalline anisotropy in the magnetostrictive layer, thereby generating four stable magnetization states (instead of the two stable directions produced by shape anisotropy in ellipsoidal nanomagnets). Numerical simulations were performed to implement a low-power universal logic gate (NOR) using such 4-state magnetostrictive/piezoelectric nanomagnets (Ni/PZT) by clocking the piezoelectric layer with a small electrostatic potential (~0.2 V) to switch the magnetization of the magnetic layer. Unidirectional and reliable logic propagation in this system was also demonstrated theoretically. Besides doubling the logic density (4-state versus 2-state) for logic applications, these four-state nanomagnets can be exploited for higher order applications such as image reconstruction and recognition in the presence of noise, associative memory and neuromorphic computing. Experimental work in strain-based switching has been limited to magnets that are multi-domain or magnets where strain moves domain walls. In this work, we also demonstrate strain-based switching in 2-state single-domain ellipsoidal magnetostrictive nanomagnets of lateral dimensions ~200 nm fabricated on a piezoelectric substrate (PMN-PT) and studied using Magnetic Force Microscopy (MFM). A nanomagnetic Boolean NOT gate and unidirectional bit information propagation through a finite chain of dipole-coupled nanomagnets are also shown through strain-based "clocking". This is the first experimental demonstration of strain-based switching in nanomagnets and clocking of nanomagnetic logic (Boolean NOT gate), as well as logic propagation in an array of nanomagnets.

<p> </p> <p>Infectious diseases caused by bacteria, fungi, and plasmodium parasites are a huge global health problem which ultimately leads to millions of deaths annually. The emergence of strains that exhibit resistance to nearly every class of antimicrobial agents, and the inability to keep up with these resistance trends has brought to the fore the need for new therapeutic agents (antibacterial, antifungal, and antimalarial) with novel scaffolds and functionalities capable of targeting microbial resistance. A novel class of compounds featuring an aryl isonitrile moiety has been discovered that exhibits potent inhibitory activity against several clinically relevant strains of methicillin-resistant <i>Staphylococcus aureus</i> (MRSA). Synthesis, structure-activity relationship (SAR) studies, and biological investigations have led to lead molecules that exhibit anti-MRSA inhibitory activity as low as 1 – 2 µM. The most potent compounds have also been shown to have low toxicity against mammalian cells and exhibit <i>in vivo</i> efficacy in MRSA skin and thigh infection mouse models.</p> <p>The novel aryl isonitriles have also been evaluated for antifungal activity. This study examines the SAR of aryl isonitrile compounds and showed the isonitriles as compounds that exhibit broad spectrum antifungal activity against species of <i>Candida</i> and <i>Cryptococcus</i>. The most potent derivatives are capable of inhibiting growth of these pathogens at concentrations as low as 0.5 µM. Notably, the most active compounds exhibit excellent safety profile and are non-toxic to mammalian cells up to 256 µM.</p> <p>Beyond the antibacterial and antifungal activities, structure-antimalarial relationship analysis of over 40 novel aryl isonitrile compounds has established the importance of the isonitrile functionality as an important moiety for antimalarial activity. Of the many isonitrile compounds exhibiting potent antimalarial activity, two have emerged as leads with activity comparable to that of Artemisinin. The SAR details presented in this study will prove essential for the development new aryl isonitrile analogues to advance them to the next step in the antimalarial drug discovery process.</p> <p>17-nor-Excelsinidine, a zwitterion monoterpene indole alkaloid isolated from <i>Alstonia scholaris</i> is a subject of synthetic scrutiny. This is primarily due to its intriguing chemical structure which includes a bridged bicyclic ammonium moiety, and its anti-adenovirus and anti-HSV activity. Herein we describe a six-step total synthesis of (±)-17-nor-Excelsinidine from tryptamine. Key to the success of this synthesis is the use of palladium-catalyzed carbonylative heck lactamization methodology which built the 6, 7-membered ring lactam in one step. The resulting pentacyclic product, beyond facilitating the easy access to (±)-17-nor-Excelsinidine, could also serve as a precursor to other related indole alkaloids.</p> <br> <p> </p> <p></p>

[EN] In this Doctoral Thesis, it has been studied the photophysical and photochemical properties of new nanomaterials based on carbon as graphene derivatives (GO, rGO, graphene (N,O)-codoped and graphene reconstituted halogenated) and two different types of carbon nanoparticles (C-dots and C-NOR). These materials have been applied in the photocatalytic hydrogen generation, such as gas sensors and bioimaging techniques. In a first stage the material was characterized with different spectroscopic and microscopic techniques, and subsequently was studied the behavior of these materials as semiconductors. Using the techniques of fluorescence spectroscopy and absorbance transition has been proven generation state of charge separation after excitation. The different strategies used in the modification of graphene are aimed at getting systems with higher lifetimes of charge separation to harness the energy absorbed from light. It has been observed that the lifetime and quantum yield of charge separation is greater in rGO than GO. For graphenes (N,O)-codoped, which were prepared by pyrolysis natural chitosan, has shown that there is a direct relationship between the percentage of dopants and the energy of the conduction band and the quantum yield of charge separation state. In the case of reconstituted graphenes halogenated it has been shown the influence of the nature of the halogen in the generation charge separation. The charge separation lifetime obtained in these materials is in the scale of microseconds which is encouraging for possible application in photocatalysis and optoelectronic devices. For this reason we use these materials as photocatalysts for hydrogen generating from a methanol-water mixture and yields were higher for the sample (Cl)G that were seven times higher than the starting GO. Nanoparticles have been prepared using two different carbon methodologies. In one case they have been used zeolites with different pore size as templates, being those of small pore size with a directing agents with large structure, such as ITQ-29 and ITQ-12, were the most suitable for production of photoluminescent carbon dots. Pyrolysis of structure directing agent of these zeolites results in carbon quantum dots with particle sizes between 5 and 12 nm and photoluminescence quantum yield of 0.4 to that were used as photoluminescent oxygen sensors. Another methodology involves the synthesis of carbon nanomaterials from annealing of a mixture of PTCA and PEG under air atmosphere. Nanoobjects are obtained with height of 2.5 nm and with an average size of 40 nm. The morphology of the C-NOR is similar to an onion formed by concentric circles. These nanoparticles can be internalized in the human carcinoma HeLa cells and Hep 3B and they have interesting photoluminescent properties, in the same way as in solution. They showed a remarkable biocompatibility affecting in a very low way to cell viability to short periods of exposure according to the test MTT. In order to address the possible use of this nanoparticles in bioimaging a complete toxicology study was performed in vitro. It was performed feasibility assessments, proliferation, apoptosis studies generation and oxidative stress experiments after continuous and limited exposure, and also varying concentrations. It was observed that both nanoparticles showed no toxicity in the two situations at low and higher concentration, although some toxicity was determined at higher concentrations under continuous exposure. These results support the potential use of nanoparticles C-NOR and C-NOR(Eu) as bioimaging agents. / [ES] En esta Tesis Doctoral se han estudiado las propiedades fotofísicas y fotoquímicas de nuevos nanomateriales basados en carbono como son los derivados de grafeno (GO, rGO, grafenos (N,O) codopados y grafenos reconstituidos halogenados) y dos tipos diferentes de nanopartículas de carbono (C-dots y C-NOR). Estos materiales se han aplicado en la generación fotocatalítica de hidrógeno, como sensores de gases y en técnicas de bioimagen. En una primera etapa se ha caracterizado el material con distintas técnicas espectroscópicas y de microscopia, y a posteriori se ha estudiado el comportamiento de estos materiales como semiconductores. Mediante las técnicas de espectroscopia de fluorescencia y de absorbancia de transición se ha comprobado la generación del estado de separación de cargas tras su excitación. Las distintas estrategias utilizadas en la modificación del grafeno van dirigidas a conseguir sistemas con tiempos de vida del estado de separación de cargas elevados que permitan aprovechar la energía absorbida de la luz. Se ha observado que el tiempo de vida y el rendimiento cuántico de la separación de cargas es mayor en el rGO que en el GO. Para los grafenos (N,O)-codopados, que han sido preparados por pirólisis del quitosano natural, se ha demostrado que existe una relación directa entre el porcentaje de dopantes y la energía de la banda de conducción y el rendimiento cuántico de la separación de cargas. Para el caso de los grafenos reconstituidos halógenados se ha demostrado la influencia de la naturaleza del halógeno en la generación del estado de separación de cargas. El tiempo de vida del estado de separación de cargas obtenido en estos materiales se encuentra en la escala de los microsegundos lo cual resulta esperanzador para su posible aplicación en fotocatálisis y en dispositivos optoelectrónicos. Por este motivo utilizamos estos materiales como fotocatalizadores para la generación de hidrógeno a partir de una mezcla metanol agua y los rendimientos más altos fueron para la muestra (Cl) G que fueron siete veces más elevadas que el GO de partida. Se han preparado nanoparticulas de carbono empleando dos metodologías distintas. En un caso se han utilizado zeolitas de distinto tamaño de poro como plantillas, siendo las de tamaño de poro pequeño con agentes directores de estructura voluminosos, como la ITQ-29 y ITQ-12, las más adecuadas para obtener puntos de carbono fotoluminiscentes. La pirólisis del agente director de estructura de estas zeolitas da lugar a puntos cuánticos de carbono con tamaños de partícula entre 5 y 12 nm y un rendimiento de fotoluminiscencia cuántica de 0.4 que fueron utilizados como sensores de oxígeno fluorescentes. La otra metodología consiste la síntesis de nanomateriales de carbono a partir de un recocido de una mezcla de PTCA y PEG bajo atmosfera de aire. Se obtiene nanoobjetos de 2.5 nm de altura y con un tamaño medio de 40 nm. La morfologia de los C-NOR es de círculos concéntricos similar a una cebolla. Estas nanopartículas pueden internalizarse en las células de carcinoma humano HeLa y Hep 3B y presentan propiedades fotoluminiscentes interesantes, de la misma manera que en disolución. Demostraron una notable biocompatibilidad afectando de manera poco perceptible a la viabilidad celular a cortos periodos de exposición según la prueba MTT. Con el fin de abordar el posible uso de esta nanopartículas en bioimagen y su toxicidad se realizó un estudio toxicológico completo in vitro. Se realizaron evaluaciones de viabilidad, proliferación, estudios de generación de apoptosis y estrés oxidativo tras la exposición limitada o continua variando las concentraciones. Se observó que ambas nanopartículas no mostraron toxicidad en las dos situaciones a baja concentración, aunque cierta toxicidad se ha determinado a concentraciones superiores bajo exposición continua. / [CA] En aquesta tesi doctoral s'han estudiat les propietats fotofísiques i fotoquímiques de nous nanomaterials basats en carboni com són els derivats de grafè (GO, rGO, grafens (N,O) codopats i grafenos reconstituïts halogenats) i dos tipus diferents de nanopartícules de carboni ( C-dots i C-NOR). Aquests materials s'han aplicat en la generació fotocatalítica d'hidrogen, com a sensors de gasos i en tècniques de bioimatge. En una primera etapa s'ha caracteritzat el material amb diferents tècniques espectroscòpiques i de microscòpia, i a posteriori s'ha estudiat el comportament d'aquests materials com semiconductors. Mitjançant les tècniques d'espectroscòpia de UV-Vis i d'absorbància de transició (T.A.S.) s'ha comprovat la generació de l'estat de separació de càrregues després de la seva excitació. Les diferents estratègies utilitzades en la modificació del grafè van dirigides a aconseguir sistemes amb temps de vida de l'estat de separació de càrregues elevats que permetin aprofitar l'energia absorbida de la llum. S'ha observat que el temps de vida i el rendiment quàntic de la separació de càrregues és més gran en el rGO que al GO. Per als grafenos (N,O)-codopats, que han estat preparats per piròlisi del quitosan natural, s'ha demostrat que existeix una relació directa entre el percentatge de dopants i l'energia de la banda de conducció i el rendiment quàntic de la separació de càrregues. Per al cas dels grafens reconstituïts halogenats s'ha demostrat la influència de la naturalesa de l'halogen en la generació de l'estat de separació de càrregues. El temps de vida de l'estat de separació de càrregues obtingut en aquests materials es troba en l'escala dels microsegons la qual cosa resulta esperançador per a la seva possible aplicació en fotocatàlisi i en dispositius optoelectrònics. Per aquest motiu utilitzares aquests materials com fotocatalitzadors per a la generació de hidrogen a partir de una mescla metanol- aigua y els rendiments mes alts van ser per la mostra (Cl)G que van ser set vegades mes elevades que el GO de partida. S'han preparat nanoparticules de carboni emprant dues metodologies diferents. En un cas s'han utilitzat zeolites de diferent grandària de porus com plantilles, sent les de mida de porus petit amb agents directors d'estructura voluminosos, com la ITQ-29 i ITQ-12, les més adequades per obtenir punts de carboni fotoluminiscents. La piròlisi de l'agent director d'estructura d'aquestes zeolites dóna lloc a punts quàntics de carboni amb mides de partícula entre 5 i 12 nm i un rendiment de fotoluminiscència quàntica de 0.4 que van ser emprats com a sensors d'oxigen fluorescents. L'altra metodologia consisteix en la síntesi de nanomaterials de carbono a partir d'un recuit d'una barreja de PTCA i PEG sota atmosfera d'aire. S'obté nanoobjectes de 2.5 nm d'alçada i amb una longitud mitjana de 40 nm. La morfologia dels C-NOR és de cercles concèntrics similar a una ceba. Aquestes nanopartícules poden internalitzar-se en les cèl·lules de carcinoma humà HeLa i Hep 3B i presenten propietats fotoluminiscents interessants, de la mateixa manera que en dissolució. Van demostrar una notable biocompatibilitat afectant de manera poc perceptible a la viabilitat cel·lular a curts períodes d'exposició segons la prova MTT. Per tal d'abordar el possible ús d'aquesta nanopartícules en bioimatge i la seva toxicitat es va realitzar un estudi toxicològic complet in vitro. Es van realitzar avaluacions de viabilitat, proliferació, estudis de generació d'apoptosi i estrès oxidatiu després de l'exposició limitada o contínua amb diferents concentracions. Es va observar que les dos nanopartícules no van mostrar toxicitat en les dues situacions a baixa concentració, encara que certa toxicitat s'ha determinat a concentracions superiors sota exposició contínua. Aquests resultats donen suport a la possible utilització de nanopartícules C-NOR i C-NOR(Eu) com a agents / García Baldoví, H. (2016). Preparación y propiedades fotofísicas de materiales grafénicos y puntos cuánticos basados en carbono. Aplicaciones en nanotecnología [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/68505 / TESIS / Premios Extraordinarios de tesis doctorales

Patienten mit chronischem Nierenversagen leiden sowohl klinisch als auch subklinisch unter Entzündungsepisoden. Um einen Frühindikator der Mikroinflammation zu finden, wurde die Expression funktioneller monozytärer Oberflächenantigene (HLA-DR, CD14, CD16, TLR2 (extra-, intrazellulär), TLR4 (extra-, intrazellulär), CD80, CD86), das Zytokinexpressionsprofil (IL1, IL6, IL10, TNFa, TGFb) und der ultrastruktrurelle Phänotyp des Monozyten in vivo bzw. in vitro untersucht. Dabei wurde strikt zwischen der Membranproteinexpression auf antiinflammatorischen (CD14++CD16-), proinflammatorischen (CD14++CD16+, CD14dimCD16+) und CD14+ bzw. CD16+ Monozyten unterschieden und parallel die Serumspiegel von Parathormon (PTH), C-reaktivem Protein (CRP), Calcium und Phosphor untersucht. Inwieweit monozytäre Aktivierungsmarker zum immunologischen Monitoring geeignet sind, sollte vergleichend zwischen Gesunden, Hämodialyse-(HD)- und Peritonealdialyse-(CAPD)-Patienten untersucht werden. Zusätzlich wurde die Expression in einem in-vitro-Zellkulturmodell vergleichend betrachtet. Der Serum-PTH-Spiegel fiel nach Injektion des Vitamin D-Derivates Paricalcitol, der Serumcalciumspiegel stieg signifikant innerhalb des oberen Referenzbereiches bei Patienten mit sekundärem Hyperparathyroidismus drei Wochen nach Beginn der Therapie. Die HLA-DR, extrazelluläre TLR2, intrazelluläre TLR4, CD80, CD86 Expression fiel nach Paricalcitolinjektion. Paricalcitol erhöhte die Anzahl antiinflammatorischer und erniedrigte die Anzahl proinflammatorischer Monozyten. Beim ultrastrukturellen Vergleich zeigte sich eine deutliche Häufung von elektronendichten Granula bei Paricalcitol-inkubierten Zellen im in-vitro-Versuch. Hierbei handelt es sich mit an Sicherheit grenzender Wahrscheinlichkeit um Lysosomen, was die These einer erhöhten phagolysosomalen monozytären Aktivität unter Paricalcitol-Inkubation stützt. Sowohl bei 48- als auch bei 72-stündiger Inkubation in Primärzellkultur wirkte Paricalcitol antiinflammatorisch, indem es Aktivierungsmarker des Monozyten (HLA-DR, TLR2 (extrazellulär), TLR4 (extrazellulär)), die Anzahl proinflammatorischer Monozyten und die Synthese proinflammatorischer Zytokine (IL1, IL6, TNFa) supprimierte. Dialysepatienten unterliegen einem erhöhten Eintrag von Endotoxin (=LPS) über die Dialysemembran, das in der Regel durch Bindung an den LPS-Rezeptor (=CD14) detoxifiziert wird. Dieser wird nicht nur nach LPS Inkubation, sondern v.a. nach Paricalcitol Inkubation vermehrt exprimiert. LPS erhöhte die Anzahl der proinflammatorischen Monozyten in Zellkultur und reflektierte damit den steady state des HD-Patienten. Aktivierungsmarker von Monozyten unterschieden sich zudem bei vergleichender Betrachtung zwischen CAPD-, HD-Patienten und Gesunden und außerdem im Vergleich vor und nach HD. Die intrazelluläre TLR2 und TLR4 Expression von CAPD-Patienten und HD-Patienten war gegenüber Gesunden erniedrigt, während die CD14 Expression signifikant erhöht war. HD-Patienten zeigten einen erhöhten Anteil proinflammatorischer Monozyten vergleichend zu Gesunden aber auch zu Patienten unter CAPD-Substitutionstherapie. Unmittelbar nach HD fielen die proinflammatorischen Monozyten, während v.a. die Expression von extrazellulärem TLR2, intrazellulärem TLR2 und intrazellulärem TLR4 stieg. Somit unterliegt der HD-Patient einer stärkeren Mikroinflammation als der CAPD-Patient. CAPD-, HD- und auch Patienten mit sekundärem Hyperparathyroidismus zeigen Zeichen einer Mikroinflammation. Dabei war CRP (derzeitiger Routineparameter) kein probates diagnostisches Mittel der Entzündung bei CAPD- und HD-Patienten, des Weiteren nicht geeignet zwischen beiden Patientengruppen zu unterscheiden. Die Verteilung der monozytären Subpopulationen und Expression monozytärer Aktivierungsmarker unterschied sich hinreichend zwischen CAPD- und HD-Patienten. Paricalcitol moduliert funktionelle monozytäre Antigene und Zytokine in vivo und in vitro und wirkt damit der Mikroinflammation und dem Immundefekt des CNI-Patienten entgegen. Der Monozyt wirkt ambivalent und initiiert seine „eigene“ Gegenregulation zur Inflammation, die beim Patienten unter Nierenersatztherapie Endotoxin-vermittelt ist. Vitamin D-Derivate wie Paricalcitol wirken nicht nur auf die Calcium-Phosphat-Homöostase sondern auch immunmodulatorisch, indem sie auf monozytäre Antigene, wie Rezeptoren der angeborenen Immunabwehr, Einfluss nehmen.

Cette thèse étudie divers aspects de la fiabilité des mémoires, notamment les tests en endurance et les tenues en rétention sur des mémoires Flash, en architectures NOR et NAND. Nous abordons différentes méthodes de programmation existantes dans la littérature, à savoir l'utilisation de signaux très courts et un algorithme de programmation intelligent, que nous avons appliquées sur nos cellules mémoires afin de réduire la dégradation qu'elles subissent lors des phases successives de programmation /effacement. Les améliorations observées n'étant pas significatives, nous n'avons pas choisi d'utiliser de tels signaux dans la suite de notre étude. Nous présentons également une théorie des signaux optimisés qui n'a pas été approfondie ici mais que nous avons étudiée dans une étude préalable à cette thèse. Nous présentons ensuite une modélisation des pertes de charges en rétention à partir d'équations simples de types Fowler-Nordheim et Poole-Frenkel qui se superposent et respectivement prépondérantes à des temps de rétention élevés (t>200h) et courts (t<200h). Nous proposons enfin une étude des perturbations intervenant dans une matrice mémoire, à la fois du point de vue des tensions électriques appliquées sur les cellules mais aussi du point de vue des capacités de couplages parasites. Nous avons dans un premier temps évalué les valeurs de perturbation de grille sur des cellules mémoires Flash en architecture NOR puis NAND avant de traiter des capacités parasites entre cellules dans une matrice. Nous avons été amenés à étudier ces capacités dans la cadre de l'étude des dégradations excessives des cellules inhibées lors de tests en endurance pour certaines conditions process non-optimisées. Nous avons pour cela développé une simulation TCAD bidimensionnelle à partir des étapes process réelles que nous avons ensuite calibrée sur des mesures sur silicium. Enfin cette simulation a été complétée par une prise en compte des capacités parasites de couplage, extraites sur une simulation tridimensionnelle d'une matrice 3x3 de cellules mémoires. Les valeurs de ces capacités ont été validées par des mesures sur des structures de test spécifiques et par calcul géométrique. Notre simulation bidimensionnelle émule donc un comportement tridimensionnel tout en restant dans une rapidité de calcul liée à une simulation 2D. Nous avons ainsi pu développer des simulations électriques permettant de visualiser le phénomène d'inhibition des cellules, tout au long de l'application des diverses polarisations sur la structure.

This thesis investigates the problem of robot navigation using only landmark bearings. The proposed system allows a robot to move to a ground target location specified by the sensor values observed at this ground target posi- tion. The control actions are computed based on the difference between the current landmark bearings and the target landmark bearings. No Cartesian coordinates with respect to the ground are computed by the control system. The robot navigates using solely information from the bearing sensor space. Most existing robot navigation systems require a ground frame (2D Cartesian coordinate system) in order to navigate from a ground point A to a ground point B. The commonly used sensors such as laser range scanner, sonar, infrared, and vision do not directly provide the 2D ground coordi- nates of the robot. The existing systems use the sensor measurements to localise the robot with respect to a map, a set of 2D coordinates of the objects of interest. It is more natural to navigate between the points in the sensor space corresponding to A and B without requiring the Cartesian map and the localisation process. Research on animals has revealed how insects are able to exploit very limited computational and memory resources to successfully navigate to a desired destination without computing Cartesian positions. For example, a honeybee balances the left and right optical flows to navigate in a nar- row corridor. Unlike many other ants, Cataglyphis bicolor does not secrete pheromone trails in order to find its way home but instead uses the sun as a compass to keep track of its home direction vector. The home vector can be inaccurate, so the ant also uses landmark recognition. More precisely, it takes snapshots and compass headings of some landmarks. To return home, the ant tries to line up the landmarks exactly as they were before it started wandering. This thesis introduces a navigation method based on reflex actions in sensor space. The sensor vector is made of the bearings of some landmarks, and the reflex action is a gradient descent with respect to the distance in sensor space between the current sensor vector and the target sensor vec- tor. Our theoretical analysis shows that except for some fully characterized pathological cases, any point is reachable from any other point by reflex action in the bearing sensor space provided the environment contains three landmarks and is free of obstacles. The trajectories of a robot using reflex navigation, like other image- based visual control strategies, do not correspond necessarily to the shortest paths on the ground, because the sensor error is minimized, not the moving distance on the ground. However, we show that the use of a sequence of waypoints in sensor space can address this problem. In order to identify relevant waypoints, we train a Self Organising Map (SOM) from a set of observations uniformly distributed with respect to the ground. This SOM provides a sense of location to the robot, and allows a form of path planning in sensor space. The navigation proposed system is analysed theoretically, and evaluated both in simulation and with experiments on a real robot.

No description available.

Disertační práce se zabývá simulací elektronických obvodů. Popisuje metodu kapacitorové substituce (CSM) pro převod elektronických obvodů na elektrické obvody, jež mohou být následně řešeny pomocí numerických metod, zejména Moderní metodou Taylorovy řady (MTSM). Tato metoda se odlišuje automatickým výběrem řádu, půlením kroku v případě potřeby a rozsáhlou oblastí stability podle zvoleného řádu. V rámci disertační práce bylo autorem disertace vytvořeno specializované programové vybavení pro řešení obyčejných diferenciálních rovnic pomocí MTSM, s mnoha vylepšeními v algoritmech (v porovnání s TKSL/386). Tyto algoritmy zahrnují zjednodušování obecných výrazů na polynomy, paralelizaci nezávislou na integrační metodě atp. Tento software běží na linuxovém serveru, který komunikuje pomocí protokolu TCP/IP. Toto vybavení bylo úspěšně použito pro simulaci VLSI obvodů, jejichž řešení pomocí CSM bylo značně rychlejší a spotřebovávalo méně paměti než state-of-the-art SPICE.

CubeSat missions needs components that are tolerant against the radiation in space. The hardware components must be reliable, and it must not compromise the functionality on-board during the mission. At the same time, the cost of hardware and its development should not be high. Hence, this thesis discusses the design and development of a CubeSat architecture using a Commercial Off-The- Shelf (COTS) Multi-Processor System on Chip (MPSoC). The architecture employs an affordable Rad-Hard Micro-Controller Unit as a Supervisor for the MPSoC. Also, it uses several radiation mitigation techniques such as the Latch-up protection circuit to protect it against Single-Event Latch-ups (SELs), Readback scrubbing for Non- Volatile Memories (NVMs) such as NOR Flash and Configuration scrubbing for the FPGA present in the MPSoC to protect it against Single-Event Upset (SEU)s, reliable communication using Cyclic Redundancy Check (CRC) and Space packet protocol. Apart from such functionalities, the Supervisor executes tasks such as Watchdog that monitors the liveliness of the applications running in the MPSoC, data logging, performing Over-The-Air Software/Firmware update. The thesis work implements functionalities such as Communication, Readback memory scrubbing, Configuration scrubbing using SEM-IP, Watchdog, and Software/Firmware update. The execution times of the functionalities are presented for the application done in the Supervisor. As for the Configuration scrubbing that was implemented in Programmable Logic (PL)/FPGA, results of area and latency are reported. / CubeSat-uppdrag behöver komponenter som är toleranta mot strålningen i rymden. Maskinvarukomponenterna måste vara pålitliga och funktionaliteten ombord får inte äventyras under uppdraget. Samtidigt bör kostnaden för hårdvara och dess utveckling inte vara hög. Därför diskuterar denna avhandling design och utveckling av en CubeSatarkitektur med hjälp av COTS (eng. Custom-off-The-Shelf) MPSoC (eng. Multi Processor System-on-Chip). Arkitekturen använder en prisvärd strålningshärdad (eng. Rad-Hard) Micro-Controller Unit(MCU) som Övervakare för MPSoC:en och använder också flera tekniker för att begränsa strålningens effekter såsom kretser för att skydda kretsen från s.k. Single Event Latch-Ups (SELs), återläsningsskrubbning för icke-volatila minnen (eng. Non-Volatile Memories) NVMs som NOR Flash och skrubbning av konfigurationsminnet skrubbning för FPGA:er i MPSoC:en för att skydda dem mot Single-Event Upsets (SEUs), och tillhandahålla pålitlig kommunikation mha CRC och Space Packet Protocol. Bortsett från sådana funktioner utför Övervakaren uppgifter som Watchdog för att övervaka att applikationerna som körs i MPSoC:en fortfarande är vid liv, dataloggning, och Over- the-Air-uppdateringar av programvaran/Firmware. Examensarbetet implementerar funktioner såsom kommunikation, återläsningsskrubbning av minnet, konfigurationsminnesskrubbning mha SEM- IP, Watchdog och uppdatering av programvara/firmware. Exekveringstiderna för utförandet av funktionerna presenteras för den applikationen som körs i Övervakaren. När det gäller konfigurationsminnesskrubbningen som implementerats i den programmerbara logiken i FPGA:n, rapporteras area och latens.