The diploma thesis deals with the determination of thickness and refractive index of thin organic films using image analysis. In the theoretical part there are described principles of the methods, which are used to prepare the films (spin coating, inkjet printing, vapour deposition), the characteristics of thin films, ways of finding out the thickness and refractive index of substances (weight methods, electric methods, method based on measurement of absorption coefficient of light, interference microscopy, ellipsometry) and also image analysis (harmonic and wavelet analysis). Interference microscope Epival - Interpako (Carl Zeiss Jena), digital camera Nikon Coolpix 5400 and computer were used for the determination of thickness and refractive index. The thicknesses of layers were set on the basis of interference images of edges and grooves – both from the side of the metal contact and the side of underlying glass. The refractive indices of thin layers were then set using the recorded figures. In the final part of the thesis there are discussed the results of interference images photographed along the full length of the aluminium contact which are used for measuring electrical characteristics of DPP structures. The produces are thicknesses and refractive indices of individual layers.

Tato studie je zaměřena na základní výzkum přípravy a-SiC:H a a-SiCO:H slitin plazmových polymerů pomocí metody plazmochemické depozice z plynné fáze (PE-CVD). Tyto slitiny byly připravovány depozicí z monomeru tetravinylsilanu (TVS) a jeho směsí s kyslíkem a argonem při různých efektivních výkonech pulzního plazmatu. Připravené tenké vrstvy byly za účelem získání závislostí optických, mechanických a chemických vlastností na depozičních podmínkách zkoumány pomocí metod spektros-kopické elipsometrie (ELL), nanoindentace (NI), fotoelektronové spektrometrie (XPS) a Fourierovy transformované infračervené spektrometrie

Ph.D. thesis is focused on the study and determination of layer thickness and optical properties, such as the dispersion dependence of the refractive index of various materials prepared in the form of thin layer. In the first part of this work the theoretical findings in the field of spectroscopic ellipsometry are summarised. These findings are followed by the description and characterization of the light polarization, evaluation of experimental data and determination of the physical properties of studied materials. Experimental and result section of this work is devoted to the preparation and characterization of thin films of the studied materials: titanum dioxide (TiO2), new organic materials (MDMO-PPV, PCDTBT, PCBTDPP, PC60BM, PC70BM) and reduced graphene oxide (rGO). These were all selected with respect to their potential use in the organic photovoltaics.

This master´s thesis is focused on measurement of optical properties of thin layer of materials used in organic solar cells (OSC). The usage of graphene oxides and its reduced forms as parts of hole transport layer (HLT) in OSC were studied. At the beginning of the thesis, there is described basic theory necessary to understand the optical properties of thin layers. The thin layer deposition and reduction of GO are discussed too. The experimental part is aimed to the optical characterization of prepared thin films. The results from optical microscopy, UV-VIS spectroscopy, FT-IR spectroscopy and spectroscopic ellipsometry were obtained. At the end of the thesis, the results are concluded and compared with already published literature.

Im Rahmen dieser Arbeit wurden für die Herstellung neuartiger funktioneller Oberflächenbeschichtungen Polymerbürstensysteme basierend auf linearen, thermoresponsiven Poly-2-oxazolinen (POX) entwickelt und ausführlich charakterisiert. Als Grundbaustein für die Herstellung von POX-Bürsten wurden drei endfunktionalisierte thermoresponsive POX mittels kationisch ringöffnender Polymerisation synthetisiert, wobei jeweils 2-Cyclopropyl-2-oxazolin (cPrOX) als thermoresponsive Wiederholungseinheit und 2-Methyl-2-oxazolin (MeOX) als hydrophiles Comonomer zu verschiedenen Anteilen verwendet wurden. Mittels VIS-spektroskopischen Trübungsmessungen wurde für alle POX in Wasser ein LCST-Entmischungsverhalten mit einem reversiblen und scharfen Phasenübergang nachgewiesen, wobei die Trübungstemperaturen stark von der Polymerhydrophilie sowie der Molmasse und der Polymerkonzentration in Lösung abhingen. Die Herstellung der POX-Polymerbürsten auf der Basis der synthetisierten POX erfolgte über einen „grafting to“-Ansatz, bei welchem die Polymere in einem thermisch initiierten Prozess über ein funktionalisiertes Kettenende kovalent an ein Substrat angebunden wurden. Als Hauptmethode zur Charakterisierung der physikochemischen Eigenschaften der hergestellten Schichten, insbesondere deren temperaturabhängiges Schaltverhalten in Wasser, wurde spektroskopische Ellipsometrie verwendet. Zusätzlich kamen Rasterkraftmikroskopie, Kontaktwinkel und Quarzkristallmikrowaage mit Dissipationsaufzeichnung zum Einsatz. Im Gegensatz zum sehr scharfen, diskontinuierlichen Phasenübergang der POX in Lösung konnte für alle POX-Bürsten ein kontinuierlicher Übergang von einem gestreckten Bürstenzustand bei niedrigen Temperaturen in einen kollabierten Zustand bei hohen Temperaturen bestimmt werden, wobei das Quellvermögen und die temperaturabhängigen Quellkurvenverläufe durch die Polymereigenschaften und die Bürstenparameter beeinflussbar waren. Durch die Kombination eines POX mit Polyacrylsäure (PAA) als zweite Komponente konnten zudem neuartige binäre Polymerbürstensysteme hergestellt werden, welche ein komplexes pH- und temperaturabhängiges Schaltverhalten sowie ein steuerbares Proteinadsorptionsvermögen in Abhängigkeit von der Bürstenpräparationsmethodik, der POX-PAA-Zusammensetzung sowie der Temperatur und dem pH-Wert der umgebenden Pufferlösung aufwiesen. Zur ausführlichen Charakterisierung der Schichteigenschaften wurde neben den bereits benannten Methoden der spektroskopischen Ellipsometrie, Rasterkraftmikroskopie und der Kontaktwinkelmessung auch Röntgenphotoelektronenspektroskopie genutzt. Abschließende Zelladhäsionsexperimente mit humanen mesenchymalen Stammzellen auf den bürstenmodifizierte Oberflächen unter physiologischen Bedingungen offenbarten deutliche Unterschiede in der Affinität der Zellen zur Adhäsion auf POX-Homopolymerbürsten in Abhängigkeit der Bürstenhydrophilie. Darüber hinaus konnte die Zelladhäsion auch auf POX-PAA-Mischbürstensystemen gesteuert werden.

Diese Dissertation befasst sich mit der Untersuchung der maßgeblichen Herausforderungen der heutigen TMR-Präparation (tunneling magnetoresistance) für beispielsweise Magnetfeldsensor- oder auch Speichertechnologie (MRAM – magnetic random access memory). Im ersten Teil der Arbeit werden die elektronischen, strukturellen und magnetischen Eigenschaften der ferromagnetischen Elektrode eines typischen magnetischen Tunnelkontaktes, z.B. CoFeB, erforscht, wobei spektroskopische Ellipsometrie, magnetooptische Spektroskopie, Röntgendiffraktometrie und Messverfahren für den spezifischen elektrischen Widerstand zum Einsatz kommen. Weiterhin wurde der Einfluss der Temperatur einer thermischen Behandlung auf die optischen und magneto-optischen Merkmale untersucht, wobei eine starke Korrelation zwischen den beobachteten spektralen Merkmalen und der Kristallisation von CoFeB nachgewiesen wurde. Die (magneto-) optische Spektroskopie bietet somit eine zerstörungsfreie und besonders sensitive Validierungsmethode für die Dünnschichtkristallisation, die in die moderne CMOS Herstellungstechnologie integriert werden kann. Der zweite Teil der Arbeit befasst sich mit dem lokalen Tempern unter Verwendung eines fokussierten Laserstrahls, mit dem Ziel die Referenzmagnetisierung in einem magnetischen Tunnelkontakt definiert einzustellen und die Wirkung der hierfür notwendigen thermischen Behandlung auf die übrigen Schichten im Schichtstapel zu untersuchen. Hierzu wurden zahlreiche Parameter für das laserbasierte lokale Tempern variiert, um die optimale Austauschfeldstärke im magnetischen Referenzsystem einzustellen, idealerweise ohne den gegebenen Schichtstapel zu schädigen. Schließlich wurde der Einfluss des laserbasierten Temperns (als auch des Ofentemperns) auf die Unversehrtheit der Schichten und Grenzflächen, insbesondere auf die Diffusion verschiedener Elemente, mittels Röntgen-Photoemissionsspektroskopie untersucht.

Surface- and tip-enhanced resonant Raman scattering (resonant SERS and TERS) by optical phonons in a monolayer of CdSe quantum dots (QDs) is demonstrated. The SERS enhancement was achieved by employing plasmonically active substrates consisting of gold arrays with varying nanocluster diameters prepared by electron-beam lithography. The magnitude of the SERS enhancement depends on the localized surface plasmon resonance (LSPR) energy, which is determined by the structural parameters. The LSPR positions as a function of nanocluster diameter were experimentally determined from spectroscopic micro-ellipsometry, and compared to numerical simulations showing good qualitative agreement. The monolayer of CdSe QDs was deposited by the Langmuir–Blodgett-based technique on the SERS substrates. By tuning the excitation energy close to the band gap of the CdSe QDs and to the LSPR energy, resonant SERS by longitudinal optical (LO) phonons of CdSe QDs was realized. A SERS enhancement factor of 2 × 10³ was achieved. This allowed the detection of higher order LO modes of CdSe QDs, evidencing the high crystalline quality of QDs. The dependence of LO phonon mode intensity on the size of Au nanoclusters reveals a resonant character, suggesting that the electromagnetic mechanism of the SERS enhancement is dominant. Finally, the resonant TERS spectrum from CdSe QDs was obtained using electrochemically etched gold tips providing an enhancement on the order of 10⁴. This is an important step towards the detection of the phonon spectrum from a single QD. / Dieser Beitrag ist aufgrund einer (DFG-geförderten) Allianz- bzw. Nationallizenz frei zugänglich.

Surface chemistry plays a key role in science and technology because materials interact with their environments through their surfaces. Understanding surface chemistry can help alter/improve the properties of materials. However, surface characterization and modification often require multiple characterization and synthesis techniques. Silicon/silica-based materials are technologically important, so studying their surface properties can enable future advancements. In this dissertation, I explore surface modification and characterization of different types of Si/SiO2 thin films, including silicon wafers, fused silica capillary columns, and oblique angle sputtered Si/SiO2 thin films. In Chapters 2-5, I first present a method to rapidly silanize silica surfaces using a gas-phase synthesis that employs a small aminosilane that passivates/deactivates silicon wafers and the inner surfaces of capillary columns. This deposition takes place in a flow-through, atmospheric pressure, gas-phase reactor. This surface modification results in a significant decrease in the number of free surface silanols, which was confirmed by high-sensitivity low energy ion scattering (HS-LEIS), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), and spectroscopic ellipsometry (SE). I then show that this silanization inhibits atomic layer deposition (ALD) of zinc oxide (ZnO), which is an important optical thin film material. Finally, I performed in-depth characterization of thin films of oblique angle deposited porous Si/SiO2. These films have been used as the active coatings in solid phase microextraction (SPME) devices. The characterization and analysis in this study were mainly by scanning transmission electron microscopy (STEM) and various computational microstructural characterization techniques, e.g., two-point statistics. The rest of my dissertation focuses on XPS data analysis and interpretation. I first show box plots as a simple graphical tool for determining overfitting in XPS peak fitting. I next present a series of chemometrics/informatics analyses of an XPS image dataset from a patterned silicon surface with different oxide thicknesses. This dataset was probed via an initial, graphical analysis of the data, summary statistics with a focus on pattern recognition entropy (PRE), principal component analysis (PCA), multivariate curve resolution (MCR), and cluster analysis (CA).

The thesis is focused on high temperature processes in crystalline solar cells production. Main topic is diffusion of traditional dopants phosphorus and boron. Diffusion processes for creating solar cells are different from classical diffusion in semiconductor industrial. It is reason why the thesis describes crated layers in detail. Knowledge of diffusion processes is used for creating bifacial solar cells and development of a new phosphorus emitter for conventional solar cells. Bifacial cells are a new type of cells. Developed new emitter increases efficiency and decreases cost of solar cells production. Another part the thesis is devoted to the prediction of diffusion processes. New models of phosphorus and boron diffusion for photovoltaic industrial are created in software SILVACO. Models correspond with real results.

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