The in-situ examination of historical structures for diagnostic and monitoring purposes is a troublesome work that necessitates the use of non-destructive investigation (NDT) techniques. The methods of quantitative infrared thermography (QIRT) and ultrasonic testing have distinct importance in this regard. The key concern of the study was developing the in-situ use of QIRT for assessment of stone masonry wall sections having different sublayer(s) and failures. For that purpose, the non-destructive in-situ survey composed of QIRT and ultrasonic testing was conducted on a 16th century monument, Cenabi Ahmet PaSa Camisi, suffering from structural cracks, dampness problems and materials deterioration. The combined use of these two methods allowed to define the thermal inertia characteristics of structural cracks in relation to their depth. The temperature evolution in time during the controlled heating and cooling process was deployed for the cracks/defects inspection. The superficial and deep cracks were found to have different thermal responses to exposed conditions which made them easily distinguishable by QIRT analyses. The depth of cracks was precisely estimated by the in-situ ultrasonic testing data taken in the indirect transmission mode. The inherently good thermal resistivity of the wall structure was found to have failed due to entrapped moisture resulting from incompatible recent plaster repairs. The IRT survey allowed to detect the wall surfaces with different sublayer configurations due to their different thermal inertia characteristics. The knowledge and experience gained on the experimental set-ups and analytic methods were useful for the improvement of in-situ applications of QIRT and ultrasonic testing.

Multilayer epitaxial graphene has been shown to contain "massless Dirac fermions" and is believed to provide a possible route to industrial-scale graphene electronics. We used scanning tunneling microscopy (STM) and spectroscopy (STS) in high magnetic fields to obtain local information on these fermions. A new STS technique was developed to directly measure graphene's energy-momentum relationship and resulted in the highest precision measurement of graphene's Dirac cone. STS spectra similar to ideal graphene were observed, but additional anomalies were also found. Extra peaks and an asymmetry between electron and hole states were shown to be caused by the work function difference between the Iridium STM tip and graphene. This tip effect was extracted using modeled potentials and performing a least square fit using degenerate perturbation theory on graphene's eigenstates solved in the symmetric gauge. Defects on graphene were then investigated and magnetic field effects were shown to be due to a mixture of potential effect from defects and the tip potential. New defect states were observed to localize around specific defects, and are believed to interact with the STM tip by Stark shifting in energy. This Stark shift gives a direct measurement of the capacitive coupling between the tip and graphene and agrees with the modeled results found when extracting the tip potential.

The aim of this work was to find a correlation between the electrical, optical and microstructural properties of thin SiO2 layers containing group IV nanostructures produced by ion beam synthesis. The investigations were focused on two main topics: The electrical properties of Ge- and Si-rich oxide layers were studied in order to check their suitability for non-volatile memory applications. Secondly, photo- and electroluminescence (PL and EL) results of Ge-, Si/C- and Sn-rich SiO2 layers were compared to electrical properties to get a better understanding of the luminescence mechanism.

Die hochempfindliche Methode der „Microwave Detected Photoconductivity“ (MDP) wird eingesetzt, um technologisch relevante Halbleiterparameter wie die Ladungsträgerlebensdauer, Photoleitfähigkeit und Defektkonzentrationen über viele Größenordnungen der optischen Anregung hinweg zu untersuchen. Durch die Entwicklung und die Anwendung eines neuartigen Modellierungssystems für die Ladungsträgerdynamik in Halbleitern können wichtige Defektparameter quantitativ aus MDP Messungen in Abhängigkeit der Anregungsintensität bestimmt werden. Ein Verfahren zur Charakterisierung von Haftstellen (Konzentration, Energielage, Einfangsquerschnitt) bei konstanter Temperatur wird vorgestellt. Das technologisch relevante Verfahren des quantitativen Eisennachweises in p-dotiertem Silizium wird für die MDP Methode angepasst und entsprechende Messergebnisse mit DLTS Resultaten verglichen. Ein detaillierter Vergleich der gängigsten kontaktlosen Messverfahren QSSPC und MW-PCD mit der MDP zeigt, dass entgegen gängiger Annahmen die unterschiedlichen Anregungsbedingungen zu drastischen Unterschieden in den gemessenen Werten der Ladungsträgerlebensdauer führen. Dies wird sowohl durch theoretische Berechnungen als auch durch praktische Messergebnisse belegt.

<p>Very often defects are present in rolled products. For wire rods, defects are very deleterious since the wire rods are generally used directly in various applications. For this reason, the market nowadays requires wire rods to be completely defect-free. Any wire with defects must be rejected as scrap which is very costly for the production mill. Thus, it is very important to study the formation and evolution of defects during wire rod rolling in order to better understand and minimize the problem, at the same time improving quality of the wire rods and reducing production costs.</p><p>The present work is focused on the evolution of artificial defects during rolling. Longitudinal surface defects are studied during shape rolling of an AISI M2 high speed steel and a longitudinal central inner defect is studied in an AISI 304L austenitic stainless steel during ultra-high-speed wire rod rolling. Experimental studies are carried out by rolling short rods prepared with arteficial defects. The evolution of the defects is characterised and compared to numerical analyses. The comparison shows that surface defects generally reduce quicker in the experiments than predicted by the simulations whereas a good agreement is generally obtained for the central defect.</p>

In der vorliegenden Arbeit wird dargestellt, wie sich mit Methoden der nuklearen Festkörperphysik Defekte und Deformationen selbst in kristallographisch komplexen Materialien wie den MAX-Phasen, einer Klasse von Komplexcarbiden bzw. -nitriden, in-situ nachweisen lassen. Die sensitive Messgröße bildet dabei der elektrische Feldgradient (EFG), der ein Maß für die Asymmetrie der den jeweiligen Sondenkern umgebenden Ladungsverteilung darstellt. Es werden zwei Wechselwirkungsmechanismen zwischen Defekt und EFG diskutiert: Einerseits die langreichweitigen Auswirkungen elastischer Verzerrungen, andererseits der direkte Einfluss eines Defektes auf seine lokale elektronische Umgebung. Die Bestimmung der elastischen Antwort des Feldgradienten erfolgt mittels Ab-initio-Methoden im Rahmen der Dichtefunktionaltheorie. Der dabei vorgestellte Ansatz erlaubt es, die Ursachen der Dehnungsabhängigkeit zu klären und andere, speziellere Dehnungsabhängigkeiten wie die Volumenabhängigkeit oder die Strukturabhängigkeit des Feldgradienten zu bestimmen. Die in der Umgebung bestimmter Defekte oder Deformationen auftretenden EFG-Verteilungen werden anhand der allgemeinen Dehnungsabhängigkeit mittels Monte-Carlo-Simulationen bestimmt. Die so vorhergesagten Verteilungen werden durch ein Experiment im Rahmen der gestörten $\gamma$-$\gamma$-Winkelkorrelation (PAC) sichtbar gemacht, indem polykristalline MAX-Phasen unter uniaxialer Last verformt werden. Eine quantitative Auswertung erlaubt es schließlich, Defektdichten in-situ abzuschätzen. Die lokalen Auswirkungen auf den EFG werden anhand verschiedener MAX-Phasen-Mischkristalle systematisch untersucht. Im Zuge dessen wird die Synthese eines bisher unbekannten MAX-Phasen-Mischkristalls, Ti$_2$(Al$_{0,5}$,In$_{0,5}$)C, beschrieben. Die Zugehörigen Gitterkonstanten werden mittels Röntgendiffraktometrie im Rahmen der Rietveld-Methode bestimmt.

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Nous présenterons le procédé de fabrication, la caractérisation, ainsi qu’un modèle numérique permettant l’optimisation d’un nouveau dispositif permettant d’effectuer des mesures de nanocalorimétrie sur un échantillon de silicium monocristallin. Ce dernier possède entre autre des propriétés thermiques nous permettant d’effectuer des mesures à des températures supérieures à 900 C, avec une résolution meilleure que 16 C. Ceci nous a permis d’étudier la dynamique des défauts induits par implantation ionique dans le silicium monocristallin. Deux comportements différents sont observés dans la germination de la phase amorphe induite par implantation à 10 et 80 keV. Ces résultats ont été confrontés à des simulations Monte-Carlo basées sur le modèle des paires lacunesinterstitiels. La comparaison entre les simulations et les mesures expérimentales ont montré que ce modèle est incomplet car il ne reproduit qualitativement que certaines caractéristiques observées expérimentalement. Des mesures réalisées à partir de -110 C dans le silicium monocristallin et amorphisé implanté avec des ions légers, ont mis en évidence des différences claires entre la relaxation dans le silicium amorphe et le recuit des défauts dans le silicium monocristallin. Deux processus à des énergies d’activation de 0.48 et 0.6 eV ont été observés pour les implantations réalisées dans le silicium monocristallin tandis qu’un relâchement de chaleur uniforme ne révélant qu’un spectre continu d’énergie d’activation a été observé dans le silicium amorphe. / We present the fabrication process, characterization and numerical model allowing the optimization of a new device that allows us to perform nanocalorimetry measurements on a silicon single crystals. The thermal properties of this device allows us to perform measurements at temperature higher than 900 C with a resolution better than 16 C. The device is used to study the ion implantation induced defect dynamic in monocrystalline silicon. Two different behaviours regarding the nucleation of the amorphous phase are observed at 10 and 80 keV. These results are confronted to Monte Carlo simulations based on the interstitial vacancy pair model. The comparison between simulations and measurements show that the model is incomplete as it reproduces only qualitatively some features of the experimental observations. Measurements performed from -110 C in monocrystalline and amorphized silicon implanted with light ions revealed clear differences between structural relaxation in amorphous silicon and defect annealing in monocrystalline silicon. Two processes with activation energies of 0.48 and 0.6 eV are observed after implantation performed in monocrystalline silicon while a uniform heat release associated with a continuous spectrum in terms of activation energy is observed in amorphous silicon.

Les logiciels sont en constante évolution, nécessitant une maintenance et un développement continus. Ils subissent des changements tout au long de leur vie, que ce soit pendant l'ajout de nouvelles fonctionnalités ou la correction de bogues dans le code. Lorsque ces logiciels évoluent, leurs architectures ont tendance à se dégrader avec le temps et deviennent moins adaptables aux nouvelles spécifications des utilisateurs. Elles deviennent plus complexes et plus difficiles à maintenir. Dans certains cas, les développeurs préfèrent refaire la conception de ces architectures à partir du zéro plutôt que de prolonger la durée de leurs vies, ce qui engendre une augmentation importante des coûts de développement et de maintenance. Par conséquent, les développeurs doivent comprendre les facteurs qui conduisent à la dégradation des architectures, pour prendre des mesures proactives qui facilitent les futurs changements et ralentissent leur dégradation. La dégradation des architectures se produit lorsque des développeurs qui ne comprennent pas la conception originale du logiciel apportent des changements au logiciel. D'une part, faire des changements sans comprendre leurs impacts peut conduire à l'introduction de bogues et à la retraite prématurée du logiciel. D'autre part, les développeurs qui manquent de connaissances et–ou d'expérience dans la résolution d'un problème de conception peuvent introduire des défauts de conception. Ces défauts ont pour conséquence de rendre les logiciels plus difficiles à maintenir et évoluer. Par conséquent, les développeurs ont besoin de mécanismes pour comprendre l'impact d'un changement sur le reste du logiciel et d'outils pour détecter les défauts de conception afin de les corriger. Dans le cadre de cette thèse, nous proposons trois principales contributions. La première contribution concerne l'évaluation de la dégradation des architectures logicielles. Cette évaluation consiste à utiliser une technique d’appariement de diagrammes, tels que les diagrammes de classes, pour identifier les changements structurels entre plusieurs versions d'une architecture logicielle. Cette étape nécessite l'identification des renommages de classes. Par conséquent, la première étape de notre approche consiste à identifier les renommages de classes durant l'évolution de l'architecture logicielle. Ensuite, la deuxième étape consiste à faire l'appariement de plusieurs versions d'une architecture pour identifier ses parties stables et celles qui sont en dégradation. Nous proposons des algorithmes de bit-vecteur et de clustering pour analyser la correspondance entre plusieurs versions d'une architecture. La troisième étape consiste à mesurer la dégradation de l'architecture durant l'évolution du logiciel. Nous proposons un ensemble de m´etriques sur les parties stables du logiciel, pour évaluer cette dégradation. La deuxième contribution est liée à l'analyse de l'impact des changements dans un logiciel. Dans ce contexte, nous présentons une nouvelle métaphore inspirée de la séismologie pour identifier l'impact des changements. Notre approche considère un changement à une classe comme un tremblement de terre qui se propage dans le logiciel à travers une longue chaîne de classes intermédiaires. Notre approche combine l'analyse de dépendances structurelles des classes et l'analyse de leur historique (les relations de co-changement) afin de mesurer l'ampleur de la propagation du changement dans le logiciel, i.e., comment un changement se propage à partir de la classe modifiée è d'autres classes du logiciel. La troisième contribution concerne la détection des défauts de conception. Nous proposons une métaphore inspirée du système immunitaire naturel. Comme toute créature vivante, la conception de systèmes est exposée aux maladies, qui sont des défauts de conception. Les approches de détection sont des mécanismes de défense pour les conception des systèmes. Un système immunitaire naturel peut détecter des pathogènes similaires avec une bonne précision. Cette bonne précision a inspiré une famille d'algorithmes de classification, appelés systèmes immunitaires artificiels (AIS), que nous utilisions pour détecter les défauts de conception. Les différentes contributions ont été évaluées sur des logiciels libres orientés objets et les résultats obtenus nous permettent de formuler les conclusions suivantes: • Les métriques Tunnel Triplets Metric (TTM) et Common Triplets Metric (CTM), fournissent aux développeurs de bons indices sur la dégradation de l'architecture. La d´ecroissance de TTM indique que la conception originale de l'architecture s’est dégradée. La stabilité de TTM indique la stabilité de la conception originale, ce qui signifie que le système est adapté aux nouvelles spécifications des utilisateurs. • La séismologie est une métaphore intéressante pour l'analyse de l'impact des changements. En effet, les changements se propagent dans les systèmes comme les tremblements de terre. L'impact d'un changement est plus important autour de la classe qui change et diminue progressivement avec la distance à cette classe. Notre approche aide les développeurs à identifier l'impact d'un changement. • Le système immunitaire est une métaphore intéressante pour la détection des défauts de conception. Les résultats des expériences ont montré que la précision et le rappel de notre approche sont comparables ou supérieurs à ceux des approches existantes. / Software systems evolve, requiring continuous maintenance and development. They undergo changes throughout their lifetimes as new features are added and bugs are fixed. As these systems evolved, their designs tend to decay with time and become less adaptable to changing users'requirements. Consequently, software designs become more complex over time and harder to maintain; in some not-sorare cases, developers prefer redesigning from scratch rather than prolonging the life of existing designs, which causes development and maintenance costs to rise. Therefore, developers must understand the factors that drive the decay of their designs and take proactive steps that facilitate future changes and slow down decay. Design decay occurs when changes are made on a software system by developers who do not understand its original design. On the one hand, making software changes without understanding their effects may lead to the introduction of bugs and the premature retirement of the system. On the other hand, when developers lack knowledge and–or experience in solving a design problem, they may introduce design defects, which are conjectured to have a negative impact on the evolution of systems, which leads to design decay. Thus, developers need mechanisms to understand how a change to a system will impact the rest of the system and tools to detect design defects. In this dissertation, we propose three principal contributions. The first contribution aims to evaluate design decay. Measuring design decay consists of using a diagram matching technique to identify structural changes among versions of a design, such as a class diagram. Finding structural changes occurring in long-lived, evolving designs requires the identification of class renamings. Thus, the first step of our approach concerns the identification of class renamings in evolving designs. Then, the second step requires to match several versions of an evolving design to identify decaying and stable parts of the design. We propose bit-vector and incremental clustering algorithms to match several versions of an evolving design. The third step consists of measuring design decay. We propose a set of metrics to evaluate this design decay. The second contribution is related to change impact analysis. We present a new metaphor inspired from seismology to identify the change impact. In particular, our approach considers changes to a class as an earthquake that propagates through a long chain of intermediary classes. Our approach combines static dependencies between classes and historical co-change relations to measure the scope of change propagation in a system, i.e., how far a change propagation will proceed from a “changed class” to other classes. The third contribution concerns design defect detection. We propose a metaphor inspired from a natural immune system. Like any living creature, designs are subject to diseases, which are design defects. Detection approaches are defense mechanisms if designs. A natural immune system can detect similar pathogens with good precision. This good precision has inspired a family of classification algorithms, artificial Immune Systems (AIS) algorithms, which we use to detect design defects. The three contributions are evaluated on open-source object-oriented systems and the obtained results enable us to draw the following conclusions: • Design decay metrics, Tunnel Triplets Metric (TTM) and Common Triplets Metric (CTM), provide developers useful insights regarding design decay. If TTM decreases, then the original design decays. If TTM is stable, then the original design is stable, which means that the system is more adapted to the new changing requirements. • Seismology provides an interesting metaphor for change impact analysis. Changes propagate in systems, like earthquakes. The change impact is most severe near the changed class and drops off away from the changed class. Using external information, we show that our approach helps developers to locate easily the change impact. • Immune system provides an interesting metaphor for detecting design defects. The results of the experiments showed that the precision and recall of our approach are comparable or superior to that of previous approaches.

Die Arbeit beschäftigt sich mit der Erzeugung und den Eigenschaften strahlungsinduzierter Defekte in Silizium. Zur Erzeugung der untersuchten Zentren werden Wasserstoff- und Helium-Ionenstrahlen im MeV-Bereich verwendet. Die Untersuchung erfolgt mittels Spreading-Resistance- und temperaturabhängiger Hall-Messungen. Betrachtet wird zunächst die Erzeugung einer n-Dotierung durch Wasserstoff-Implantation in Abhängigkeit von Implantationsparametern, - bedingungen und dem Ausheilprozess. Für Helium-bestrahltes Silizium werden die Auswirkungen der Bestrahlung auf Widerstand, Ladungsträgerkonzentration und Beweglichkeit untersucht.