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Kohlenstoffnanoröhrchen (CNTs) sind vielversprechende Kandidaten für neuartige nanoelektronische Bauelemente, wie zum Beispiel Transistoren für Hochfrequenzanwendungen. Simulationen CNT-basierter Bauelemente sind dabei unverzichtbar, um deren Anwendungspotential und das Verhalten in Schaltungen zu untersuchen. Die vorliegende Arbeit konzentriert sich auf einen Methodenvergleich zwischen einem atomistischen Ansatz basierend auf dem Nichtgleichgewichts-Green-Funktionen-Formalismus und einem Modell zur numerischen Bauelementesimulation, welches auf der Schrödinger-Gleichung in effektiver-Massen-Näherung basiert. Ein Transistor mit zylindrischem Gate und dotierten Kontakten wird untersucht, wobei eine effektive Dotierung genutzt wird. Es wird gezeigt, dass die Beschränkungen des elektronischen Transports durch Quan- teneffekte im Kanal nur mit dem atomistischen Ansatz beschrieben werden können. Diese Effekte verhindern das Auftreten von Band-zu-Band-Tunnelströmen, die bei der numerischen Bauelementesimulation zu größeren Aus-Strömen und einem leicht ambipolaren Verhalten führen. Das Schaltverhalten wird hingegen von beiden Modellen vergleichbar beschrieben. Durch Variation der Kanallänge wird das Potential des untersuchten Transistors für zukünftige Anwendungen demonstriert. Dieser zeigt bis hinab zu Kanallängen von circa 8 nm einen Subthreshold-Swing von unter 80 mV/dec und ein An/Aus-Verhältnis von über 10⁶.

State-of-the-art SiGe BiCMOS technologies leverage the maturity of deep-submicron silicon CMOS processing with bandgap-engineered SiGe HBTs in a single platform that is suitable for a wide variety of high performance and highly-integrated applications (e.g., system-on-chip (SOC), system-in-package (SiP)). Due to their bandgap-engineered base, SiGe HBTs are also naturally suited for cryogenic electronics and have the potential to replace the costly de facto technologies of choice (e.g., Gallium-Arsenide (GaAs) and Indium-Phosphide (InP)) in many cryogenic applications such as radio astronomy. This work investigates the response of mixed-signal circuits (both RF and analog circuits) when operating in extreme environments, in particular, at cryogenic temperatures and in radiation-rich environments. The ultimate goal of this work is to attempt to fill the existing gap in knowledge on the cryogenic and radiation response (both single event transients (SETs) and total ionization dose (TID)) of specific RF and analog circuit blocks (i.e., RF switches and voltage references). The design approach for different RF switch topologies and voltage references circuits are presented. Standalone Field Effect Transistors (FET) and SiGe HBTs test structures were also characterized and the results are provided to aid in the analysis and understanding of the underlying mechanisms that impact the circuits' response. Radiation mitigation strategies to counterbalance the damaging effects are investigated. A comprehensive study on the impact of cryogenic temperatures on the RF linearity of SiGe HBTs fabricated in a new 4th-generation, 90 nm SiGe BiCMOS technology is also presented.

Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Simulation und Modellierung organischer Feldeffekt-Transistoren (OFETs). Mittels numerischer Simulationen wurden detaillierte Untersuchungen zu mehreren Problemstellungen durchgeführt. So wurde der Einfluss einer exponentiellen Verteilung von Trapzuständen, entsprechend dem sogenannten a-Si- oder TFT-Modell, auf die Transistorkennlinien untersucht. Dieses Modell dient der Beschreibung von Dünnschicht-Transistoren mit amorphen Silizium als aktiver Schicht und wird teils auch für organische Transistoren als zutreffend angesehen. Dieser Sachverhalt wird jedoch erstmals in dieser Arbeit detailliert untersucht und simulierte Kennlinien mit gemessenen Kennlinien von OFETs verglichen. Insbesondere aufgrund der Dominanz von Hysterese-Effekten in experimentellen Kennlinien ist jedoch eine endgültige Aussage über die Gültigkeit des a-Si-Modells schwierig. Neben dem a-Si-Modell werden auch noch andere Modelle diskutiert, z.B. Hopping-Transport zwischen exponentiell verteilten lokalisierten Zuständen (Vissenberg, Matters). Diese Modelle liefern, abhängig von den zu wählenden Modellparametern, zum Teil ähnliche Abhängigkeiten. Möglicherweise müssen die zu wählenden Modellparameter selbst separat gemessen werden, um eindeutige Schlussfolgerungen über den zugrundeliegenden Transportmechanismus ziehen zu können. Unerwünschte Hysterese-Effekte treten dabei sowohl in Transistorkennlinien als auch in Kapazitäts-Spannungs- (CV-) Kennlinien organischer MOS-Kondensatoren auf. Diese Effekte sind bisher weder hinreichend experimentell charakterisiert noch von ihren Ursachen her verstanden. In der Literatur findet man Annahmen, dass die Umladung von Trapzuständen oder bewegliche Ionen ursächlich sein könnten. In einer umfangreichen Studie wurde daher der Einfluß von Trapzuständen auf quasistatische CV-Kennlinien organischer MOS-Kondensatoren untersucht und daraus resultierende Hysterese-Formen vorgestellt. Aus den Ergebnissen läßt sich schlussfolgern, dass allein die Umladung von Trapzuständen nicht Ursache für die experimentell beobachteten Hysteresen in organischen Bauelementen sein kann. Eine mögliche Erklärung für diese Hysterese-Effekte wird vorgeschlagen und diskutiert. In einem weiteren Teil der Arbeit wird im Detail die Arbeitsweise des source-gated Dünnschicht-Transistors (SGT) aufgezeigt, ein Transistortyp, welcher erst kürzlich in der Literatur eingeführt wurde. Dies geschieht am Beispiel eines Transistors auf der Basis von a-Si als aktiver Schicht, die Ergebnisse lassen sich jedoch analog auch auf organische Transistoren übertragen. Es wird geschlussfolgert, dass der SGT ein gewöhnlich betriebener Dünnschicht-Transistor ist, limitiert durch das Sourcegebiet mit großem Widerstand. Die detaillierte Untersuchung des SGT führt somit auf eine Beschreibung, die im Gegensatz zur ursprünglich verbal diskutierten Arbeitsweise steht. Ambipolare organische Feldeffekt-Transistoren sind ein weiterer Gegenstand der Arbeit. Bei der Beschreibung ambipolarer Transistoren vernachlässigen bisherige Modelle sowohl die Kontakteigenschaften als auch die Rekombination von Ladungsträgern. Beides wird hingegen in den vorgestellten numerischen Simulationen erstmalig berücksichtigt. Anhand eines Einschicht-Modellsystems wurde die grundlegende Arbeitsweise von ambipolaren (double-injection) OFETs untersucht. Es wird der entscheidende Einfluß der Kontakte sowie die Abhängigkeit gegenüber Variationen von Materialparametern geklärt. Sowohl der Kontakteinfluß als auch Rekombination sind entscheidend für die Arbeitsweise. Zusätzlich werden Möglichkeiten und Einschränkungen für die Datenanalyse mittels einfacher analytischer Ausdrücke aufgezeigt. Es zeigte sich, dass diese nicht immer zur Auswertung von Kennlinien herangezogen werden dürfen. Weiterhin werden erste Simulationsergebnisse eines ambipolaren organischen Heterostruktur-TFTs mit experimentellen Daten verglichen.

Kohlenstoffnanoröhrchen (CNTs) sind vielversprechende Kandidaten für neuartige nanoelektronische Bauelemente, wie zum Beispiel Transistoren für Hochfrequenzanwendungen. Simulationen CNT-basierter Bauelemente sind dabei unverzichtbar, um deren Anwendungspotential und das Verhalten in Schaltungen zu untersuchen. Die vorliegende Arbeit konzentriert sich auf einen Methodenvergleich zwischen einem atomistischen Ansatz basierend auf dem Nichtgleichgewichts-Green-Funktionen-Formalismus und einem Modell zur numerischen Bauelementesimulation, welches auf der Schrödinger-Gleichung in effektiver-Massen-Näherung basiert. Ein Transistor mit zylindrischem Gate und dotierten Kontakten wird untersucht, wobei eine effektive Dotierung genutzt wird. Es wird gezeigt, dass die Beschränkungen des elektronischen Transports durch Quan- teneffekte im Kanal nur mit dem atomistischen Ansatz beschrieben werden können. Diese Effekte verhindern das Auftreten von Band-zu-Band-Tunnelströmen, die bei der numerischen Bauelementesimulation zu größeren Aus-Strömen und einem leicht ambipolaren Verhalten führen. Das Schaltverhalten wird hingegen von beiden Modellen vergleichbar beschrieben. Durch Variation der Kanallänge wird das Potential des untersuchten Transistors für zukünftige Anwendungen demonstriert. Dieser zeigt bis hinab zu Kanallängen von circa 8 nm einen Subthreshold-Swing von unter 80 mV/dec und ein An/Aus-Verhältnis von über 10⁶.:Abkürzungsverzeichnis Symbolverzeichnis Konstanten Mathematische Notation 1. Einleitung 2. Feldeffekttransistoren auf Basis von Kohlenstoffnanoröhrchen 2.1. Geometrische Struktur von Kohlenstoffnanoröhrchen 2.2. Elektronische Eigenschaften von Kohlenstoffnanoröhrchen 2.3. Feldeffekttransistoren auf Basis von Kohlenstoffnanoröhrchen 2.3.1. Möglichkeiten der Kontaktierung 2.3.2. Geometrie des Gates 2.3.3. Kenngrößen zur Transistor-Charakterisierung 3. Simulationsmethoden 3.1. Grundlegende Begriffe 3.1.1. Schrödinger-Gleichung, Wellen- und Basisfunktion 3.1.2. Elektronendichte 3.1.3. Zustandsdichte 3.2. Atomistische Elektronenstrukturrechnung 3.2.1. Dichtefunktionaltheorie 3.2.2. Erweiterte Hückelmethode 3.3. Quantentransport 3.3.1. Streumechanismen und Transportregime 3.3.2. Landauer-Büttiker-Formalismus 3.3.3. Nichtgleichgewichts-Green-Funktionen-Formalismus 3.4. Numerische Bauelementesimulation 3.4.1. Schrödinger-Gleichung in effektiver-Massen-Näherung 3.4.2. Beschreibung der Kontakte 3.4.3. Lösung der Poisson-Gleichung 3.4.4. Selbstkonsistente Rechnung 4. Entwicklung des Modellsystems 4.1. Beschaffenheit des Kanals 4.2. Eigenschaften der Gate-Elektrode 4.3. Eigenschaften der Source- und Drain-Elektroden 5. Ergebnisse und Diskussion 5.1. Numerische Bauelementesimulation 5.1.1. Extraktion der Parameter 5.1.2. Einfluss verschiedener Faktoren auf das Kohlenstoffnanoröhrchen 5.1.3. Transistorverhalten und Transistorregime 5.2. Atomistische Simulation 5.2.1. Einfluss verschiedener Faktoren auf das Kohlenstoffnanoröhrchen 5.2.2. Transistorverhalten und Transistorregime 5.2.3. Einfluss der Dotierung 5.3. Variation der Kanallänge und Methodenvergleich 5.3.1. Diskussion der Transfercharakteristiken 5.3.2. Verhalten von An/Aus-Verhältnis und Subthreshold-Swing 5.4. Variation der Gate-Länge bei fester Kanallänge und Methodenvergleich 5.5. Abschließende Bemerkungen und Vergleich mit Literatur 6. Zusammenfassung der Ergebnisse und Ausblick A. Elektronische Struktur des (7,0)-Kohlenstoffnanoröhrchens B. Simulationsparameter B.1. Parameter für Rechnungen mit Dichtefunktionaltheorie B.2. Parameter für Rechnungen mit erweiterter Hückelmethode B.3. Verwendete Randbedingungen zur Lösung der Poisson-Gleichung C. Vergleich zwischen Dichtefunktionaltheorie und erweiterter Hückelmethode C.1. Physikalische Betrachtung C.2. Rechenzeit und Konvergenz Literaturverzeichnis Abbildungsverzeichnis Tabellenverzeichnis Danksagung Selbstständigkeitserklärung

This thesis is a study of a leadership model for the effective management of Further Education and Training (FET) colleges in the Gauteng Province. This research was triggered by the need for quality and sound leadership skills highly needed in FET colleges. The vision of FET colleges lies at the heart of the integration of the country's education and training system. Leadership is the distinguishing factor in bringing about organisational transformation. A key contemporary issue in the development of a high quality education service relates to the new thinking about how best to pursue quality and excellence in FET colleges. Leadership, strategic planning and the need for alternative models of management lead, inevitably, towards a reconsideration of both staff competencies and continuing staff and organisational development. This research seeks to assist those who have the responsibility of leading and managing the further conceptualisation and implementation of further education and training. A qualitative research was conducted, in which a newly merged college in Pretoria was chosen as a case study for this research. The following constituted the broad aims of this study:  To examine the leadership strategies that should be employed for effective management of FET colleges;  To investigate the vision and mission development and implementation and the organisational structures established;  To determine the opportunities and challenges offered by the new large and multi-sited college; and  To investigate a leadership model for the effective management of FET colleges. Semi-structured individual interviews were conducted with the leadership of the college ranging from the senior managers, campus managers, middle managers to educators. Analysis of documents and observation notes was also done to supply more data about FET leadership. Data were analysed and interpreted by identifying themes and categories that would shed more light into the effective leadership of the college. The following recommendations were made:  A new approach to the leadership of the college should be adopted;  The leadership of the college should be more accountable and responsive to community needs;  More financial support should be allocated to FET colleges; and  More focus should be given to learner support. / Educational Studies / D.Ed. (Education Management)

Computing / M. Sc. (Information Systems)

The study investigated the factors that are responsible for student dropout rates at Gert Sibande FET College. A random sampling method was used to select participants for this study. A quantitative approach was used in this study. Accordingly, data were collected using a questionnaire designed in a Likert scale format. The study was limited to students at Gert Sibande FET College’s two campuses, namely, Evander and Sibanesetfu. Subsequently, the findings revealed that socio-economic factors, institutional policies and funding strongly explain the prevalent dropout rates at these two campuses. It is recommended that, adoption of student centred funding model, cultivation of relationships between lecturers and students as well as restructuring learning schedules be factored in during policy development. The findings confirmed that these recommendations would help reverse continuous dropouts currently experienced at Gert Sibande FET College. / Educational Leadership and Management / M. Ed. (Education Management)

South Africa is a developing country that contends with a serious skills deficit that hampers its economic growth prospects. To address this skills deficit particularly at intermediate level, the government identified the public Further Education and Training (FET) College sector to serve as a medium to counter the challenge. Subsequent to the aforementioned decision by the government, political and financial support was pledged to the sector. Legislation that is attributed to the sector was also enacted and amended to capacitate the sector to perform optimally. The focus of this research was the capability of the public FET College sector in the province of Gauteng to respond credibly and qualitatively to the skills needs of the province‟s labour markets. Thus, the primary purpose was to evaluate the role that the sector in the province plays to address the skills shortage. The research design for the study was triangulation in nature, encompassing qualitative and quantitative methods. Nine public FET colleges, six companies and the Indlela Training Centre were sampled for gathering information regarding the responsiveness, articulation and efficiency of the province‟s public FET College sector. Students, lecturers, HODs and company‟s skills development managers were interviewed and sampled for the completion of questionnaires. Some significant differences in perceptions relating to the role played by the province‟s public FET college sector in addressing the skills shortage were found. Findings indicated that the massive financial and political support pledged to the sector by the government did not translate into efficiency, credibility and responsiveness nor capacitate the sector. In terms of the findings employers are skeptical about the quality of graduates that the province‟s public FET colleges ect or produces. Further, it was found that the sector‟s lecturers are inappropriately qualified and this contributes to the inefficiency of the sector in performing optimally. The lack of a formal skills development partnership between the sector and the labour markets hampers the articulation and the responsiveness of the sector to the skills needs of labour market. However, the current development whereby all the skills development institutions have been placed under one department has the potential to add value to the skills development landscape, particularly the public FET College sector. / Educational Leadership and Management / D. Ed. (Educational Management)

The study population for the research comprised Grade 9 learners attending three co-educational, independent schools in KwaZulu-Natal in order to determine factors influencing the selection of business studies for FET phase. Methodology involved qualitative and quantitative approaches with closed and open-ended questionnaires plus one-on-one interviews. Descriptive statistics were produced and opened ended questions and interviews were examined for trends and influences. Findings reflected wide divergence in factual information, attitudes, and opinions on significant issues such as expected level of difficulty, influence of educators, parents and peers on selection, amount of work required and value of subject for future studies or careers. Conclusions were that there was a lack of completed research indicating a need for future research, greater preparation was required pre-FET level to assist decision making about selection of the subject which should involve parents, educators and input from the business world. / Curriculum and Instructional Studies / M. Ed. (Curriculum Studies)