Cette thèse est consacrée à des mesures de transport électronique dans des transistors mono-électroniques de type MOSFET silicium à base de nanofil.<br />L'îlot de blocage de Coulomb n'est pas formé par des constrictions ou des barrières d'oxyde mais par une modulation du dopage et une grille couvrant la partie centrale du fil. Ces dispositifs sont des transistors mono-électroniques très stables et bien contrôlés.<br />Quand il ne contient que peu d'électrons, l'îlot est dans un régime localisé où l'espacement entre résonances de Coulomb est très irrégulier. A partir de quelques dizaines d'électrons l'îlot devient diffusif. Dans ce cas les fluctuations de l'espacement entre résonances sont petites et correspondent à l'espacement entre niveaux à une particule.<br />Le blocage de Coulomb contrôlé permet d'analyser les barrières formées par les parties faiblement dopées du fil. A petite échelle, le remplissage de dopants individuels cause des anomalies dans le spectre de Coulomb qui permettent de remonter à la matrice de capacité, la position approximative, la dynamique et le spin des dopants. A grande échelle l'augmentation de la densité électronique dans les barrières avec la tension de grille entraîne une forte augmentation de la constante diélectrique dans les barrières. Nous observons un bon accord entre constante diélectrique et conductance des barrières via les lois d'échelle de la transition métal-isolant.

L’intégration 3D séquentielle représente une alternative potentielle à la réduction des dimensions afin de gagner encore en densité d’une génération à la suivante. Le principal défi concerne la fabrication du transistor de l’étage supérieur avec un faible budget thermique; ceci afin d’éviter la dégradation du niveau inférieur. L’étape de fabrication la plus critique pour la réalisation du niveau supérieur est l’activation des dopants. Celle-ci est généralement effectuée par recuit à une température supérieure à 1000 °C. Dans ce contexte, cette thèse propose des solutions pour activer les dopants à des températures inférieures à 600 °C par la technique dite de recristallisation en phase solide. Les conditions de dopage ont été optimisées pour améliorer le niveau d’activation et le temps de recuit tout en réduisant la température d’activation jusqu’à 450°C. Les avancées obtenues ont été implémentées sur des dispositifs avancés FDSOI et TriGate générant des dispositifs avec des performances inférieures aux références fabriquées à hautes températures (supérieures à 1000 °C). En utilisant des simulations TCAD et en les comparant aux mesures électriques, nous avons montré que la région la plus critique en termes d’activation se trouve sous les espaceurs de la grille. Nous montrons alors qu’une intégration dite « extension first » est le meilleur compromis pour obtenir de bonnes performances sur des dispositifs fabriqués à faible température. En effet, l’implantation des dopants avant l’épitaxie qui vise à surélever les sources et drains compense l’absence de diffusion à basse température. Ces résultats ont par la suite été étendus pour des dispositifs TriGate et FinFETs sur isolants. Pour la première fois, l’intégration « extension first » a été démontrée pour des N et PFETs d’une technologie 14 nm FDSOI avec des résultats prometteurs en termes de performances. Les résultats obtenus montrent notamment qu’il est possible d’amorphiser partiellement un film très mince avant d’effectuer une recroissance épitaxiale sur une couche dopée. Finalement, une implantation ionique à relativement haute température (jusqu’à 500 °C) a été étudiée afin de doper les accès sans amorphiser totalement le film mince, ce qui est critique dans le cas des dispositifs FDSOI et FinFET. Nous montrons que les niveaux d’activation après implantation sont trop faibles pour obtenir des bonnes performances et que l’implantation ionique « chaude » est prometteuse à condition d’être utilisée avec un autre mécanisme d’activation comme le recuit laser. / 3D sequential integration is a promising candidate for the scaling sustainability for technological nodes beyond 14 nm. The main challenge is the development of a low temperature process for the top transistor level that enables to avoid the degradation of the bottom transistor level. The most critical process step for the top transistor level fabrication is the dopant activation that is usually performed at temperature higher than 1000 °C. In the frame of this Ph.D. work, different solutions for the dopant activation optimization at low temperature (below 600 °C) are proposed and integrated in FDSOI and TriGate devices. The technique chosen for the dopant activation at low temperature is the solid phase epitaxial regrowth. First, doping conditions have been optimized in terms of activation level and process time for low temperatures (down to 450 °C) anneals. The obtained conditions have been implemented in FDSOI and TriGate devices leading to degraded electrical results compared to the high temperature process of reference (above 1000 °C). By means of TCAD simulation and electrical measurements comparison, the critical region of the transistor in terms of activation appears to be below the offset spacer. The extension first integration scheme is then shown to be the best candidate to obtain high performance low temperature devices. Indeed, by performing the doping implantation before the raised source and drain epitaxial growth, the absence of diffusion at low temperature can be compensated. This conclusion can be extrapolated for TriGate and FinFET on insulator devices. Extension first integration scheme has been demonstrated for the first time on N and PFETs in 14 nm FDSOI technology showing promising results in terms of performance. This demonstration evidences that the two challenges of this integration i.e. the partial amorphization of very thin films and the epitaxy regrowth on implanted access are feasible. Finally, heated implantation has been investigated as a solution to dope thin access regions without full amorphization, which is particularly critical for FDSOI and FinFET devices. The as-implanted activation levels are shown to be too low to obtain high performance devices and the heated implantation appears a promising candidate for low temperature devices if used in combination with an alternative activation mechanism.

Lorsque les verres bioactifs entrent en contact avec des tissus vivants, une série de réactions physico-chimiques (dissolution, précipitation...) ont lieu à l’interface matériau / os, et conduisent à la formation d’une couche phosphocalcique, dont la composition est proche de la phase minérale de l’os (hydroxyapatite). La couche d’apatite sert de site de minéralisation pour les cellules osseuses, ce qui permet in fine un lien intime entre le verre bioactif et les tissus osseux. Ce lien est caractéristique de la bioactivité, qui peut être modulée via plusieurs paramètres du verre comme la composition en éléments majeurs et traces ou les propriétés texturales (surface spécifique, porosité).Dans ce contexte, nous avons élaboré des verres bioactifs dans des systèmes binaires (SiO2-CaO) et ternaires (SiO2-CaO-P2O5). Ces verres ont été dopés en ions zinc et magnésium via la voie sol-gel. Grâce à l'emploi de tensioactifs, nous avons obtenu des verres mésostructurés. Enfin, en utilisant des méthodes dites « d’opale inverse », des verres à macroporosité organisée ont été synthétisés. L'influence de ces paramètres sur la réactivité des verres au contact d’un milieu biologique (DMEM) a principalement été étudiée par des techniques utilisant des microfaisceaux d'ions. L'émission X induite par particules chargées (PIXE) combinée à la spectrométrie de rétrodiffusion Rutherford (RBS) a en effet démontré des effets évidents sur la cinétique, l'amplitude et la distribution spatiale des réactions physico-chimiques. / When bioactive glasses are in contact with living tissues, several physico-chemical reactions (dissolution, precipitation…) take place at the material / bone interface, and lead to the formation of a phosphocalcic layer, whose composition is close to the mineral phase of the bone (hydroxyapatite). The apatite layer is used as a mineralization site for bone cells and finally allows an intimate bond between the bioactive glass and osseous tissues. This bond is typical of bioactivity, which can be modulated through several parameters of the glass, like composition in major and trace elements or textural properties (specific surface, porosity).In this context, we elaborated bioactive glasses in binary (SiO2-CaO) and ternary (SiO2-CaO-P2O5) systems. Glasses have been doped with zinc and magnesium ions through the sol-gel route. Thanks to the use of surfactants, we obtained mesostructured glasses. Finally, by using inverse opal method, organized macroporous glasses have been synthesized. The influence of these parameters on the reactivity of glasses in contact with a biological medium (DMEM) has been mainly studied by techniques using micro-ion beams. The X-ray emission induced by charged particles (PIXE) combined with Rutherford backscattering spectrometry (RBS) has indeed demonstrated clear effects on the kinetics, the amplitude, and the spatial distribution of the physico-chemical reactions.

The aim of this diploma thesis is deposition of TiO2 thin films onto different types and sizes of substrates, and some of these layers dope by iron or silver. During the work was range of TiO2 layers created using a method of physical vapor deposition namely magnetron sputtering. For these processes was chosen the Dreva ARC 400 Hard Material Coating Plant device. The main aim of these depositions was to attempt to create TiO2 thin films on a substrates of larger surface than its in average laboratory processes usual. For this purpose were TiO2 layers deposited onto square glass plates of side length 10 cm. For comparsion and analysis were also as a substrates used microscope slides and fragments of silicon wafers. These substrates were used for testing of photocatalytic activity and on surface morphology (SEM). The theoretical part of this thesis aims to a methods of deposition TiO2 layers and their characteristics. In the experimental part is the used coating equipment and parameters of each deposition process described. Further the characteristics and results of individual experiments are described.

Conselho Nacional de Pesquisa e Desenvolvimento Científico e Tecnológico - CNPq / Many materials with luminescent properties are used for ionizing radiation dosimetry through the thermoluminescence (TL) and optically stimulated luminescence (OSL) techniques. Detectors based on lithium fluoride (LiF), calcium sulphate (CaSO4) and aluminum oxide (Al2O3), doped or codoped with various elements, are the TL or OSL commercial dosimeters most widely used currently. However, several researches are focused to the development of new TL /OSL materials aiming to enhance the dosimetric properties, since no TL/OSL dosimeter has all the ideal characteristics for monitoring radiation. In this context, magnesium tetraborate (MgB4O7), which has been presented in the literature as a material for TL dosimetry, was investigated in this work. As there are no reports on the structural characterization of this material or regarding its applicability in OSL dosimetry, the proposal of the present work was to develop compounds based on MgB4O7, with different doping, by solid state synthesis. It was made the structural, optical, TL and OSL characterization of the compound to verify its feasibility for application in radiation dosimetry. Initially, it was determined the calcination temperature and time for MgB4O7 formation, with the use of thermal analyses and x ray diffraction. We produced , in powder form, the compounds:MgB4O7, MgB4O7:Dy, MgB4O7:Dy,Li, MgB4O7:Ce, MgB4O7:Ce,Li, MgB4O7:Nd and MgB4O7:Nd,Li. For TL and OSL analyses it were produced pellets sintering at 950º C for 2 hours. The radioluminescence (RL) results from the MgB4O7:Dy and MgB4O7:Dy,Li composites shows wavelength emissions at 490, 590, 670 and 760 nm. For MgB4O7:Ce and MgB4O7:Ce,Li composites, we observed a wide emission band in the ultraviolet region. With the results obtained from the TL characterization, we also discuss aspects such as: effect of sintering and dopant concentrations in emissions, influence of doping and codoping with Li in MgB4O7 matrix, thermal treatment reuse, TL signal reproducibility, dose response curve, relative sensitivity and we analyzed the kinetic parameters of the TL emission curves. The OSL analyses of MgB4O7:Dy,Li,MgB4O7:Ce,Li and MgB4O7:Nd,Li indicate that the compounds have high cross section for photoionization to the wavelength emitted by blue LEDs, and from three compounds analyzed the MgB4O7: Ce,Li showed greater sensitivity.Partial preheating and partial cleaning methods allowed to elucidate the OSL phenomenology in compounds. / Muitos materiais com propriedades luminescentes são utilizados para dosimetria das radiações ionizantes através da técnica da termoluminescência (TL) e da luminescência oticamente estimulada (LOE). Os detectores à base de fluoreto de lítio (LiF), o sulfato de cálcio (CaSO4) e o óxido de alumínio (Al2O3), dopados ou codopados com diversos elementos, são os dosímetros comerciais TL ou LOE mais utilizados atualmente. Porém, diversas pesquisas estão focadas para o desenvolvimento de novos materiais TL/LOE com intuito de aprimorar as propriedades dosimétricas, tendo em vista que nenhum dosímetro TL/LOE possuem todas as características ideais para a monitoração da radiação. Neste contexto, o tetraborato de magnésio (MgB4O7), que tem sido apresentado na literatura como um material para dosimetria TL, foi investigado. Como não há relatos sobre a caracterização estrutural desse material nem quanto à sua aplicabilidade em dosimetria LOE, a proposta do presente trabalho foi desenvolver compostos à base de MgB4O7, com diferentes dopagens, através da síntese de estado sólido. Foi realizada a caracterização estrutural, ótica, TL e LOE do composto para se verificar a viabilidade dele para aplicações em dosimetria das radiações. Inicialmente, foi determinada a temperatura e o tempo de calcinação para a formação do MgB4O7, com uso de análises térmicas e difratometria de raio X (DRX). Foram produzidos, na forma de pó, os compostos: MgB4O7, MgB4O7:Dy, MgB4O7:Dy,Li, MgB4O7:Ce, MgB4O7:Ce,Li, MgB4O7:Nd e MgB4O7:Nd,Li. Para a análise TL e LOE, foram produzidas pastilhas sinterizadas a 950º C por 2 horas. Os resultados de radioluminescência (RL) dos compostos MgB4O7:Dy e MgB4O7:Dy,Li mostram emissões em 490, 590, 670 e 760 nm. Para o compostos MgB4O7:Ce e MgB4O7:Ce,Li foi observada uma larga banda de emissão RL na região do ultravioleta. Com os resultados obtidos da caracterização TL, também foram discutidos aspectos como: efeito das sinterizações e das concentrações de dopantes nas emissões, influência dos dopantes e do codopante Li na matriz MgB4O7, tratamento térmico de reutilização, reprodutibilidade do sinal TL, curva dose-resposta, sensibilidade relativa e foram feitas análises dos parâmetros cinéticos das curvas de emissões TL. As análises LOE dos MgB4O7:Dy,Li,MgB4O7:Ce,Li e MgB4O7:Nd,Li indicaram que os compostos apresentaram alta secção de choque para fotoionização para o comprimento de onda emitido por LEDs azuis, e que dos três compostos analisados o MgB4O7:Ce,Li apresentou maior sensibilidade LOE. Os métodos de aquecimentos parciais e limpeza parcial permitiram elucidar a fenomenologia LOE nos compostos.

Le travail de thèse est consacré à la synthèse, l’élaboration et à l’étude des propriétés physiques d’une famille d’oxydes semi-conducteurs BiVO4 sous formes de nanostructures et de films minces incluant un dopage métallique (Metal = Cu, Mo et Ag) dans le but de réaliser des photocatalyseurs efficaces sous irradiation en lumière visible. La synthèse de nanopoudres dopées a ainsi été effectuée par la technique de broyage planétaire à haute énergie ainsi que par la méthode sol-gel. Les matériaux obtenus et les effets de dopage ont été étudiés sur les caractéristiques structurales, électroniques et optiques. En conjuguant des études par XPS, Raman et RPE, nous avons montré que le dopage substitutionnel est effectivement réalisé pour les ions (Cu, Mo) localisés dans les sites cristallins des ions vanadium alors que le dopage par l’élément Ag contribue à former des clusters métalliques localisés à la surface de nanoparticules de BiVO4 formant ainsi des nanocomposites. Les réactions photocatalytiques ont été étudiées par la dégradation de colorants organiques (Acide bleu 113, méthyle orange (MO)) dans des solutions faiblement concentrées. Parmi les ions dopants substitués dans les matrices hôtes, le dopage au cuivre (Cu2+) a montré de meilleures performances en raison d'une augmentation de la densité de charges photo-générées et de la conductivité électrique par rapport au cas du dopage au molybdène. Pour le dopage à l’argent, la formation de clusters métalliques donnent lieu à des effets de résonances plasmoniques qui améliorent l'efficacité photocatlytique à un niveau équivalent à celui du dopage substitutionnel au cuivre. La deuxième contribution de ce travail a porté sur la réalisation par pulvérisation cathodique rf-magnétron de films minces BiVO4 dopés par des éléments Mo et Cu dans des conditions définies par l'atmosphère de dépôt à base de pressions partielles d’un gaz Ar ou d’un mélange Ar / O2 et des températures de substrats variables jusqu'à 450 ° C. Les paramètres optimaux de dépôt ont été identifiés pour réaliser des films cristallins à faible rugosité de surfaces ou à morphologies en nano-îlots. Des études photocatalytiques utilisant des films minces dopés ont été effectuées par la dégradation des colorants organiques (MO) sous rayonnement visible. Ces études montrent que la morphologie des films avec des surfaces spécifiques importante est aussi un facteur d’amplification des performances photocatalytiques des films minces dopés Me-BiVO4. / The thesis work is devoted to the synthesis and investigations of the physical properties of a family of semiconducting oxides based on BiVO4 as nanostructures or thin films including a metal doping (Metal = Cu, Mo and Ag) in order to achieve effective photocatalysts under visible light irradiation. The synthesis of doped nanopowders was carried out by the techniques of high-energy ball milling and sol-gel. The resulting materials and doping effects were characterized on the structural, electronic and optical properties. By combining XPS, Raman and EPR studies, it was shown that the substitutional doping is achieved for the doping ions (Cu, Mo) being located in the lattice sites of the vanadium ions. Oppositely, Ag doping contributes to form Ag metal clusters located on the surface of nanoparticles of BiVO4 thereby forming nanocomposites. Photocatalytic reactions were studied by the degradation of organic dyes (Acid Blue 113, methyl orange (MO)) in low concentrated solutions. Among the doping ions substituted in the host matrices, Cu2+ showed better photocatalytic performances because of an increase in the density of photo-generated charges and similar effect on the electrical conductivity compared to the case of Mo doping. In the Ag based nanocomposites, the formation of metal clusters seems to induce surface resonance plasmonic effects that improve the efficiency of photocatalytic reactions with respect to the activity demonstrated for substitutional doping. The second contribution of the thesis work was devoted to BiVO4 thin films deposition by rf sputtering process with Mo and Cu doping under defined synthesis conditions such as the partial pressures of Ar gas or an Ar / O2 mixture and varying the substrate temperatures up to 450 ° C. The optimal deposition parameters have been identified to achieve crystalline films with low roughness surface or alternatively with nano-islands morphologies. Photocatalytic studies using doped thin films were carried out through the degradation of organic dyes (MO) under visible light irradiation. The performed measurements show that the film morphology with high specific surface is also a key factor in the amplification of photocatalytic reactions in metal doped thin films.

We report a systematic investigation of the local electronic, magnetic, and superconducting properties of the new iron-based high temperature superconductor Ba(Fe(1-x)Co(x)As(2) (x = 0, 0.02 , 0.04, 0.082) through the measurement of 75As and 59Co NMR (Nuclear Magnetic Resonance) lineshapes, Knight shift (K), and spinlattice relaxation rate ( 1/ T1) . The 75As NMR lineshape of the undoped parent compound splits into two sets due to discrete values of hyperfine magnetic field B(c)(hf)= ±1.32 Tesla below the magnetic ordering temperature to the SDW (Spin Density Wave) state, TSDW. In contrast, for lightly Co doped samples with x=0.02 and 0.04, the 75As and 59Co lineshapes become broad and featureless below Tsnw , indicating that the ground state is no longer the commensurate SDW ordered state. The observed lineshape is consistent with an incommensurate SDW ordered state, or a commensurate state with large distribution of hyperfine field Bhf. In the optimally doped superconductor with x = 0.082 (Tc = 22 K) , we observe two types of As sites and three types of Co sites, respectively, as expected from a binomial distribution of Co dopants. We found no evidence for induced localized moments in the vicinity of Co dopants. This finding is in remarkable contrast with the case of Zn or Ni doped high Tc cuprates, and suggests that the fundamental physics of iron-based superconductors is different from that of cu prates. The temperature dependences of 75,59K and 75,59 (1/T1T) at both 75As and 59Co sites show that Ba(Fe(1-x)Co(x))(2)As(2) exhibits spin pseudo-gap like behavior down to ~100 K for a broad Co concentration range. Below ~100 K , we observe the enhancement of residual antiferromagnetic spin fluctuations associated with inter-band spin excitations between the hole and electron Fermi surfaces even for x= 0.082. This effect is suppressed in the overdoped sample with x= 0.099, and Tc decreases. Therefore, we suggest that antiferromagnetic spin fluctuations play a crucial role in the superconducting mechanism of Ba(Fe(1-x)Co(x))(2)As(2) . We also demonstrate that the superconductivity arises from a novel electronic state with spin susceptibility Xs ~ constant and in-plane resistivity P(ab)~T, which is not consistent with canonical Fermi-liquid behavior. / Thesis / Doctor of Philosophy (PhD)

Im Zuge der voranschreitenden Entwicklung neuartiger polymerer und molekularer Halbleiter besteht ein großer Bedarf an starken p-Dotierungsmitteln, welche in der Lage sind, organische Halbleiter mit hoher Austrittsarbeit bzw. Elektronenaffinität zu oxidieren. Bekannte und etablierte p-Dotierungsmittel wie CN6-CP bringen jedoch für lösungsbasierte Methoden zur Schichtbildung aufgrund ihrer niedrigen Löslichkeit viele Probleme mit sich. Weiterhin stellen Diffusion und Migration von Dotierungsmitteln durch die polymeren Halbleiter ein Problem dar, welches zum einen die Ausbildung von scharfen p-n-Übergängen erschwert, zum anderen die Lebensdauer von organischen elektrischen Bauteilen stark einschränkt. Eine Möglichkeit, diese Hürden zu überwinden, wäre die kovalente Anbindung des Dotierungsmittels an den polymeren Halbleiter, jedoch gibt es bisher kaum Forschungsergebnisse zu diesem Thema. Im ersten Teil dieser Arbeit wurde die Struktur des Dotierungsmittels CN6-CP modifiziert, wodurch dessen Löslichkeit in organischen Lösemitteln signifikant verbessert und gleichzeitig die elektronischen Eigenschaften der Substanz nur geringfügig verändert wurden. Es wurde eine allgemeingültige Methode zur Synthese asymmetrisch substituierter Radialene etabliert und angewendet. Weiterhin wurden erstmals funktionelle Gruppen in die Struktur eines Dotierungsmittels eingebaut, welche eine kovalente Anbindung via Click-Chemie an polymere Halbleiter erlauben. Dies ermöglicht die Immobilisierung des Dotierungsmittels. Durch den Austausch von Gegenionen konnten die für die hergestellten Dotierungsmittel geeigneten Lösemittel gezielt eingestellt werden. Eine vollständige chemische Analyse und Charakterisierung der hergestellten Substanzen wurde durchgeführt. Im zweiten Teil wurde die Synthese des literaturbekannten polymeren Halbleiters PPPC (Polypropargyloxyphenylcarbazol) durchgeführt und optimiert sowie die hergestellten Batches charakterisiert. Über mehrere Modellversuche wurden Methoden entwickelt, um die hergestellten immobilisierbaren Dotierungsmittel an PPPC kovalent zu binden. Eine Reihe von Polymeren mit unterschiedlich hohem Anteil des Dotierungsmittels wurde synthetisiert und diese auf ihre Löslichkeit hin untersucht. Nach der Optimierung einer für alle diese PPPC-Derivate gültigen Methode zur Bildung dünner Polymerfilme und zur photochemischen Vernetzung wurden diese auf ihre elektrische Leitfähigkeit hin untersucht. Nach Oxidation mit NOSbF6 wurde die Stabilität der oxidierten Schichten gegenüber äußeren Einflüssen untersucht und deren elektrische Leitfähigkeit in Abhängigkeit des Anteils des Dotierungsmittels charakterisiert.:I INHALTSVERZEICHNIS ........................................................................... 1 II THEORETISCHER TEIL ......................................................................... 5 1 Motivation und Zielstellung .................................................................... 7 2 Theoretische Grundlagen ................................................................... 10 2.1 Organische Halbleiter ....................................................................... 10 2.1.1 Elektrische Leitfähigkeit ................................................................. 11 2.1.2 Elektrische Leitfähigkeit in Polymeren ........................................... 13 2.1.3 Konjugierte Polymere .................................................................... 17 2.1.4 Synthese von polymeren Halbleitern ............................................. 21 2.2 Dotieren ........................................................................................... 23 2.2.1 Molekulares Dotieren .................................................................... 24 2.2.2 Dotierungsmechanismen .............................................................. 25 2.2.3 Effizienz von Dotierungen.............................................................. 29 2.2.4 Moderne Dotierungsmittel ............................................................. 30 2.3 CN6-CP ............................................................................................ 32 2.3.1 Allgemeines ................................................................................... 32 2.3.2 Mechanismus der Synthese .......................................................... 34 2.3.3 Modifizierung ................................................................................. 35 2.4 Vernetzungsreaktionen ..................................................................... 37 2.4.1 Huisgen-Cycloaddition und CuAAC ............................................... 38 2.4.2 Photochemische Vernetzung ......................................................... 40 3 Analysemethoden ................................................................................ 41 3.1 Gelpermeationschromatographie (GPC) ........................................... 41 3.2 Leitfähigkeitsmessungen .................................................................. 42 3.3 Cyclovoltammetrie ............................................................................. 47 3.4 UV-Vis-Spektroskopie ........................................................................ 50 III RESULTATE UND DISKUSSION ............................................................ 53 1 Synthese von Dotierungsmitteln ........................................................... 55 1.1 CN4-CP-NEt3 .................................................................................... 56 1.1.1 Synthese ........................................................................................ 56 1.1.2 Analytik ........................................................................................... 58 1.2 CN5Et-CP .......................................................................................... 63 1.2.1 Dianionen ....................................................................................... 64 1.2.1.1 Synthese CN5Et-CP-2Na ............................................................. 64 1.2.1.2 Synthese CN5Et-CP-2TBA .......................................................... 66 1.2.1.3 Analytik ....................................................................................... 67 1.2.2 Radikal-Anion CN5Et-CP-K ............................................................ 75 1.2.3 Neutralform .................................................................................... 79 1.3 CN5HexN3-CP ................................................................................... 84 1.3.1 Zweitstufige Synthese von HexN3OAcCN ....................................... 85 1.3.2 Dianionen ...................................................................................... 89 1.3.2.1 Synthese CN5HexN3-CP-2Na ..................................................... 89 1.3.2.2 Synthese CN5HexN3-CP-2TBA ................................................... 90 1.3.2.3 Analytik ....................................................................................... 91 1.3.3 Radikal-Anion CN5HexN3-CP-K ..................................................... 96 1.4 Zusammenfassung ............................................................................ 99 2 Selbstkompensierende Polymere ....................................................... 102 2.1 Synthese von PPPC .........................................................................102 2.1.1 Synthese der Monomere .............................................................. 103 2.1.2 Suzuki-Polykondensation .............................................................. 106 2.1.3 Entschützung ................................................................................ 110 2.1.4 Propargylierung zu PPPC ............................................................. 111 2.2 Modell-Versuche .............................................................................. 124 2.2.1 Huisgen-Cycloaddition .................................................................. 124 2.2.2 CuAAC .......................................................................................... 130 2.3 Modifizierung des Polymers ............................................................. 133 2.4 Oxidation und Dotierung .................................................................. 143 2.4.1 Voruntersuchungen ...................................................................... 143 2.4.2 Optimierung der Polymerfilmpräparation ...................................... 149 2.4.3 Leitfähigkeitsmessungen .............................................................. 160 3 Zusammenfassung ............................................................................. 167 4 Ausblick .............................................................................................. 171 IV EXPERIMENTALTEIL ......................................................................... 173 1 Allgemeine Angaben .......................................................................... 175 1.1 Analytische Methoden ..................................................................... 175 1.2 Chemikalien und Lösungsmittel ....................................................... 178 1.3 Sonstiges ........................................................................................ 180 2 Synthesen .......................................................................................... 182 2.1 Derivate von CN6-CP ...................................................................... 182 2.1.1 Synthese von CN4-CP-NEt3 ......................................................... 182 2.1.2 Synthese von CN5Et-CP-2Na ....................................................... 184 2.1.3 Synthese von CN5Et-CP-2TBA .................................................... 185 2.1.4 Synthese von CN5Et-CP-K .......................................................... 187 2.1.5 Synthese von HexBrOAcCN ......................................................... 188 2.1.6 Synthese von HexN3OAcCN ........................................................ 189 2.1.7 Synthese von CN5HexN3-CP-2Na ............................................... 190 2.1.8 Synthese von CN5HexN3-CP-2TBA ............................................. 191 2.1.9 Synthese von CN5HexN3-CP-K .................................................... 192 2.2 Polymersynthese ............................................................................. 193 2.2.1 Synthese von THP-DBP ............................................................... 193 2.2.2 Synthese von EH-DBC ................................................................. 194 2.2.3 Synthese von Bor-EH-C ............................................................... 195 2.2.4 Synthese von Pd/PtBu3 ............................................................... 196 2.2.5 Suzuki-Polykondensation zu P-THP-PC ....................................... 197 2.2.6 THP-Entschützung zu P-OH-PC ................................................... 198 2.2.7 Propargylierung zu PPPC ............................................................. 199 2.3 1,3-Dipolare Cycloadditionen .......................................................... 200 2.3.1 Synthese 1,3,5-Tris(azidomethyl)benzol (TAMB) .......................... 200 2.3.2 Thermische Huisgen-Cycloaddition .............................................. 201 2.3.3 Kupfer-katalysierte Azid-Alkin-Cycloaddition ................................ 202 2.3.4 Filmpräparation ............................................................................ 203 V ABKÜRZUNGSVERZEICHNIS ............................................................. 204 VI LITERATURVERZEICHNIS ................................................................. 207 VII ABBILDUNGSVERZEICHNIS ..............................................................222 VIII TABELLENVERZEICHNIS ................................................................. 234 IX PUBLIKATIONSVERZEICHNIS ............................................................ 236 X ANHANG ............................................................................................. 237

This thesis presents experimental and related theoretical studies of single layer graphene, bilayer graphene and single walled carbon nanotubes. The thesis is divided into three parts; the first part describes the phonon renormalization due to doping in two dimensional graphene and one dimensional carbon nanotubes. In the recent years, there is a tremendous interest both experimentally and theoretically, in the issues related to electron-phonon coupling in nanotubes and graphene. Theoretically, it is expected that the presence of Kohn anomalies in graphene and metallic nanotubes will result in significant changes in the self energy of phonons due to doping. In particular, with Fermi energy shift how the blockage of phonon decay (due to Pauli Exclusion Principle) into electron-hole excitations changes the phonon frequencies as well as its life time have been studied in details in the first part of the thesis. Since in graphene and metallic nanotubes, the momentum relaxation time of electrons is comparable to the phonon pulsation time, the phonon cannot be treated as a static perturbation and hence non-adiabatic effects are taken into account using time dependent perturbation theory. Electron-phonon coupling constant is also a key parameter to understand the mobility of carrier due to electron scattering by optical phonons at room temperature and limitation of the maximum current carrying capacity of graphene and nanotubes. All these parameters are determined in the first part of the thesis by performing in-situ transport and Raman measurements on graphene and nanotubes based field effect transistors. The second part of the thesis deals with the interaction of bio-molecules (nucleobases) with the nanotubes and graphene. The binding energies of various nucleobases with nanotubes and graphene have been calculated theoretically using quantum chemical and classical force field calculations, and experimentally from isothermal titration (micro) calorimetry. In this part we also present an experimental study on the dynamics of water confined inside the carbon nanotubes. Proton nuclear magnetic resonance studies have been used to probe the freezing and dynamics of the confined water inside 1.4 nm diameter single walled carbon nanotubes. We have observed that the confined water does not freeze up to 223K. The dynamics of confined water has been studied using pulsed field gradient technique. The decay of spin echo intensity as a function of gradient field shows characteristic features of water confined in unidimensional channels. From the decay profiles the mean squared displacement of water molecules is obtained for different diffusive times, showing an unambiguous evidence of single file diffusion of water molecules inside the nanotubes i.e mean squared displacement varying as square root of time. In the last part, we have developed carbon nanotube based vibration sensor and accelerometer to detect the vibrations of liquid and solid, respectively, using the property of voltage generation in nanotubes due to liquid flow.

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