The rapid increase in the demand on fresh water due the increase in the world population and scarcity of natural water puts more stress on the desalination industrial sector to install more desalination plants around the world. Among these desalination plants, multistage flash desalination process (MSF) is considered to be the most reliable technique of producing potable water from saline water. In recent years, however, the MSF process is confronting many problems to cut off the cost and increase its performance. Among these problems are the non-condensable gases (NCGs) and the accumulation of fouling which they work as heat insulation materials. As a result, the MSF pumps and the heat transfer equipment are overdesigned and consequently increase the capital cost and decrease the performance of the plants. Moreover, improved process control is a cost effective approach to energy conservation and increased process profitability. Thus, this study is motivated by the real absence of detailed kinetic fouling model and implementation of advance process control (APC). To accomplish the above tasks, commercial modelling tools can be utilized to model and simulate MSF process taking into account the NCGs and fouling effect, and optimum control strategy. In this research, gPROMS (general PROcess Modeling System) model builder has been used to develop the MSF process model. First, a dynamic mathematical model of MSF is developed based on the basic laws of mass balance, energy balance and heat transfer. Physical and thermodynamic properties of brine, distillate and water vapour are included to support the model. The model simulation results are validated against actual plant data published in the literature and good agreement with these data is obtained. Second, the design of venting system in MSF plant and the effect of NCGs on the overall heat transfer coefficient (OHTC) are studied. The release rate of NCGs is studied using Henry’s law and the locations of venting points are optimised. The results reveal that high concentration of NCGs heavily affects the OHTC. Furthermore, advance control strategy namely: generic model control (GMC) is designed and introduced to the MSF process to control and track the set points of the two most important variables in the MSF plant; namely the Top Brine Temperature (TBT) which is the output temperature of the brine heater and the Brine Level (BL) in the last stage. The results are compared to conventional Proportional Integral Derivative Controller (PID) and show that GMC controller provides better performance over conventional PID controller to handle a nonlinear system. In addition, a new control strategy called hybrid Fuzzy-GMC is developed and implemented to control the same aforementioned loops. Its results reveal that the new control outperforms the pure GMC in some areas. Finally, a dynamic fouling model is developed and incorporated into the MSF dynamic process model to predict fouling at high temperature and high velocity. The proposed dynamic model considers the attachment and removal mechanisms of calcium carbonate and magnesium hydroxide with more relaxation of the assumptions. Since the MSF plant stages work as a series of heat exchangers, there is a continuous change of temperature, heat flux and salinity of the seawater. The proposed model predicts the behaviour of fouling based on the physical and thermal conditions of every single stage of the plant.

The critically important nature of radical and radical ion mechanisms in biology and chemistry continues to be recognized as our understanding of these unique transient species grows. The work presented herein demonstrates the versatility of kinetic studies for understanding the elementary chemical reactions of radicals and radical ions. Chapter 2 discusses the use of direct ultrafast kinetics techniques for investigation of crucially important enzymatic systems; while Chapter 3 demonstrates the value of indirect competition kinetics techniques for development of synthetic methodologies for commercially valuable classes of compounds. The mechanism of decay for aminyl radical cations has received considerable attention because of their suspected role as intermediates in the oxidation of tertiary amines by monoamine oxygenases and the cytochrome P450 family of enzymes. Radical cations are believed to undergo deprotonation as a key step in catalysis. KIE studies performed by previous researchers indicate N,N-dimethylaniline radical cations deprotonate in the presence of the bases acetate and pyridine. By studying the electrochemical kinetics of the reaction of para substituted N,N-dimethylaniline radical cations with acetate anion, we have produced compelling evidence to the contrary. Rather than deprotonation, acetate reacts with N,N-dimethylaniline radical cation by electron transfer, generating the neutral amine and acetoxyl radical. Transport properties of reactants and solvent polarity changes were investigated and confirmed not to influence the electrochemical behavior forming the basis for our mechanistic hypothesis. To reconcile our conclusion with earlier results, KIEs were reinvestigated electrochemically and by nanosecond laser flash photolysis. Rather than a primary isotope effect (associated with C-H bond cleavage), we believe the observed KIEs are secondary, and can be rationalized on the basis of a quantum effect due to hyperconjugative stabilization in aromatic radical cations during an electron transfer reaction. Product studies performed by constant potential coulometry indicate N,N-dimethylaniline radical cations are catalytic in carboxylate oxidations. Collectively, our results suggest that aminyl radical cation deprotonations may not be as facile as was previously thought, and that in some cases, may not occur at all. Interest in design and synthesis of selenium containing heterocycles stems from their ability to function as antioxidants, anti-virals, anti-inflammatories, and immunomodulators. To establish synthetic feasibility of intramolecular homolytic substitution at selenium for preparation of selenocycles, we set out to determine what factors influence cyclization kinetics. A series of photochemically labile Barton and Kim esters have been syntheisized and employed as radical precursors. The effect of leaving radical stability on kinetics has been investigated through determination of rate constants and activation parameters for intramolecular homolytic substitution of the corresponding radicals via competition experiments. Notable leaving group effects on measured kinetic parameters show more facile reactions for radical precursors with more stable leaving radicals. Moreover, cyclizations to form six-membered (as opposed to five- membered) ring systems exhibited order of magnitude decreases in rate constants for a given leaving radical. Our results are congruent with expectations for radical cyclizations trends for the varied experimental parameters and suggest homolytic substitution affords a convenient means for synthesis of selenocycles. / Ph. D.

Within the framework of this thesis, the influence of non equilibrium post growth thermal treatments of ion implanted and epitaxially grown Ge1-xSnx and Si1-x-yGeySnx layers for nano and optoelectronic devices has been investigated. The main focus has been placed on the study and development of thermal treatment conditions to improve the as grown layer quality and the fabrication of Ge1-xSnx and Si1-x-yGeySnx on SOI JNTs. In addition, through layer characterization, exhaustive analysis has provided deep insight into key material properties and the alloy´s response to the thermal treatment. For instance, (i) the conversion of as grown in plane compressive strained Ge1-xSnx into in-plane tensile strained Ge1-xSnx after PLA that is required for high mobility n-type transistors and (ii) the evolution of monovacancies to larger vacancy clusters due to post growth thermal treatments. Moreover, the adaption of CMOS compatible fabrication approaches to the novel Ge1-xSnx and Si1-x-yGeySnx alloys allowed the successful fabrication of first lateral n-type JNTs on SOI with remarkable Ion/Ioff ratios of up to 10^8 to benchmark the alloy performance.:I. Table of contents II. Abstract III. Kurzfassung (Abstract in German) IV. List of Abbreviations V. List of Symbols VI. List of Figures VII. List of Tables 1 Introduction 2 Fabrication and properties of Ge1 xSnx and Si1 x yGeySnx alloys 2.1 Alloy formation 2.2 Strain and defects 2.3 Electrical and optical properties 2.3.1 Band structure of strain relaxed alloys 2.3.2 Band structure of strained alloys 2.3.3 Doping influenced properties 2.3.4 Electrical properties 2.4 Thermal treatments 2.4.1 Rapid thermal annealing 2.4.2 Flash lamp annealing 2.4.3 Pulsed laser annealing 2.5 Summary 3 Experimental setups 3.1 Molecular beam epitaxy (MBE) 3.2 Ion beam implantation 3.3 Pulsed laser annealing (PLA) 3.4 Flash lamp annealing (FLA) 3.5 Micro Raman spectroscopy 3.6 Rutherford backscattering spectrometry (RBS) 3.7 X ray diffraction (XRD) 3.8 Secondary ion mass spectrometry (SIMS) 3.9 Hall effect measurement 3.10 Transmission electron microscopy (TEM) 3.11 Positron annihilation spectroscopy (PAS) 3.12 Cleanroom 4 Post growth thermal treatments of Ge1-xSnx alloys 4.1 Post growth pulsed laser annealing 4.1.1 Material fabrication and PLA annealing 4.1.2 Microstructural investigation 4.1.3 Strain relaxation and optical properties 4.1.4 Electrical properties and defect analysis 4.1.5 Strain relaxed Ge1-xSnx as virtual substrates 4.1.6 Conclusion 4.2 Post growth flash lamp annealing 4.2.1 Material fabrication and r FLA annealing 4.2.2 Alloy composition and strain analysis 4.2.3 Defect investigation 4.2.4 Dopant distribution and activation 4.2.5 Conclusion 5 Fabrication of Ge1-xSnx and Si1-x-yGeySnx alloys on SOI 5.1 Alloy fabrication with ion beam implantation and FLA 5.1.1 Si1-x-yGeySnx formation via implantation and FLA 5.1.2 Si1-x-yGeySnx on SOI fabrication via implantation and FLA 5.1.3 Recrystallization of Si1-x-yGeySnx on SOI by FLA 5.1.4 P and Ga doping of Si1 x yGeySnxOI via implantation and FLA 5.1.5 Conclusion 5.2 MBE and post growth thermal treatments of Ge1-xSnx and Si1-x-yGeySnx on SOI 5.2.1 MBE growth of Ge0.94Sn0.06 and Si0.14Ge0.80Sn0.06 on SOI 5.2.2 Microstructure of as grown Ge0.94Sn0.06 and Si0.14Ge0.80Sn0.06 5.2.3 Microstructure after post growth thermal treatments 5.2.4 Dopant concentration and distribution 5.2.5 Conclusion 6 Ge1-xSnx and Si1-x-yGeySnx on SOI junctionless transistors 6.1 Operation principle of n type JLFETs 6.2 Fabrication of n-type JNTs 6.3 Electrical characterization 6.3.1 JNT performance evolution during processing 6.3.2 JNT performance in dependence on post growth PLA 6.3.3 Gate configuration of Ge1-xSnx JNTs 6.3.4 Influence of post fabrication FLA on Ge1-xSnx JNTs 6.4 Conclusion 7 Conclusion and future prospects References 8 Appendix 8.1 Sample list and fabrication details for Chapter 4 8.2 Extended RBS information 8.3 Extended TEM analysis for section 4.1.2 8.4 Strain calculation based on (224) RSM 8.5 Strain calculation by µ Raman 8.6 Analysis of Hall effect measurements 8.7 VEPFit and ATSUP simulations 8.8 Strain relaxation of Ge0.89Sn0.11 for section 4.1.5 8.9 COMSOL simulation of FLA temperature 8.10 ECV measurement setup 8.11 Datasheet of the SOI wafers 8.12 Sample list of Chapter 5 8.13 Calculation of the ion beam implantation parameter by SRIM 8.14 RBS simulation results for section 5.1 8.15 GI XRD and (224) XRD RSM results for section 5.1 8.16 SIMS limitations for section 5.1.4 8.17 RBS of Ge1-xSnx on SOI for section 5.2.3 8.18 Fit procedure for SOI RSM peak positions 8.19 Supporting µ Raman results for section 5.2.3 8.20 Process details for n-JNT fabrication 8.21 Flat band voltage VFB and on current Ion of JNTs 8.22 Ioff, Imax, Ion/Ioff and Imax/Ioff ratio of JNTs 8.23 Subthreshold swing SS calculation of JNTs 8.24 Threshold voltage Vth of JNTs 187 8.25 Gate configuration of Si1-x-yGeySnx JNTs 8.26 n-type transistors compared in Chapter 7 8.27 Annealing setup description

Die Fertigung zukünftiger integrierter Schaltkreise und von Produkten des Bereichs Konsumerelektronik erfordert die Anwendung von Verfahren mit reduzierter thermischer Belastung, um bereits gefertigte Bauelemente und temperaturempfindliche Materialien nicht durch nachfolgende Prozesse thermisch zu beschädigen. Das ms-Blitzlampentempern (engl. flash lamp annealing, FLA) ist ein Kurzzeittemperverfahren, bei dem nur ein oberflächennaher Bereich des Substrats für die Dauer von wenigen Millisekunden eine sehr starke Temperaturerhöhung erfährt, während das Bulkmaterial nicht bzw. nur in deutlich geringerem Maße erwärmt wird. Dadurch ermöglicht das FLA die Realisierung von thermisch aktivierten Prozessen mit einem vergleichsweise geringen thermischen Budget. In der vorliegenden Arbeit wurde der Einsatz des FLA-Verfahrens für die FLA-induzierte Abscheidung dünner Schichten, die Verbesserung von Schichteigenschaften durch das zyklische Zwischentempern der Schichten während eines Abscheideprozesses und die Rekristallisation von amorphem Silizium (a-Si) zur lokal kontrollierten Herstellung großer Si-Körner untersucht und evaluiert. Die direkte Abscheidung dünner Schichten mittels FLA wurde am Beispiel von aluminium-basierten Schichten und Rutheniumschichten untersucht. Die Realisierung der Prozesse erfolgte durch zyklisch wiederholte Anwendung des FLA's während die Substrate den jeweiligen Präkursoren ausgesetzt waren. In beiden Fällen wurde das Schichtwachstum durch den Energieeintrag des FLA's ausgelöst. Weiterhin weisen die Prozesse typische Merkmale der Atomlagenabscheidung (engl. atomic layer deposition, ALD) auf, wie zum Beispiel ein Lage-zu-Lage-Wachstum und Wachstumsraten von weniger als einem Angström pro Zyklus. Die Abscheidung der aluminiumbasierten Schichten ist zudem durch das für die ALD charakteristische selbstbegrenzende Schichtwachstum gekennzeichnet. Die erzielten Zusammenhänge zwischen Prozessparametern und Wachstumseigenschaften wie auch der Schichteigenschaften werden stets in Bezug zur Wirkung der FLA-induzierten Temperaturentwicklung auf das Schichtwachstum gesetzt und diskutiert. So werden beispielsweise substratabhängige Wachstumsraten auf die unterschiedlichen optischen Eigenschaften der verwendeten Substrate und die daraus resultierenden unterschiedlichen Temperaturen während des FLA's zurückgeführt. Die FLA-induzierte Abscheidung von Ruthenium wurde ferner als single-source-Prozess mit nur einem Präkursor realisiert. Zudem wird gezeigt, dass sich eine durch substratbegrenztes Schichtwachstum verursachte Aufwachsverzögerung durch die Anwendung derartiger FLA-induzierter Abscheideprozesse signifikant reduzieren lässt. Die Verbesserung von Schichteigenschaften durch FLA wurde am Beispiel der Aluminium-oxid-ALD (Al2O3), die bei niedrigen Prozesstemperaturen stattfand, untersucht. Das Ziel war, eine Vergrößerung der Dichte der Al2O3-Schichten zu erreichen. Zu diesem Zweck wurde das FLA in den ALD-Prozess integriert und zyklisch während der Spülpulse der ALD-Prozesssequenz ausgeführt. Vorteil dieses Ansatzes gegenüber konventionellen Temperverfahren ist, dass die Schichten bereits direkt während der Schichtwachstumsphase getempert werden können. Als Ergebnis dieser in situ Temperung wurde eine Steigerung der Dichte von Al2O3-Schichten, die bei 75 °C abgeschieden wurden, um ca. 10 % erreicht. Dieser Anstieg ist jedoch nicht auf eine gewöhnliche Verdichtung des Schichtmaterials zurückzuführen. Stattdessen implizieren die Ergebnisse, dass die zyklische FLA-Anwendung das Schichtwachstum fördert und so direkt zum Aufwachsen von Schichten mit größerer Dichte führt. Dieses unterstützte Wachstum wurde auch in Form eines um ca. 25 % größeren Massenzuwachses pro Zyklus beobachtet und es ist am ausgeprägtesten, wenn das FLA nach jedem einzelnen oder nach jedem zweiten ALD-Zyklus ausgeführt wird. Des Weiteren hatte die Anwendung des in situ FLA-Zwischentemperns eine verbesserte Schichtzusammensetzung, eine Vergrößerung des Brechungsindex, größere Dielektrizitätskonstanten sowie eine Reduzierung der Leckströme zur Folge. Die Anwendung von Wasserstoff während der FLA-Teilschritte führte zu einer nochmaligen Steigerung des Massenzuwachses und einer weiteren Verbesserung der Schichteigenschaften. Die mit dem in situ Zwischentempern erreichten Dichten wurden durch ein konventionelles Nachtempern der Al2O3-Schichten mit Temperaturen bis zu 600 °C nicht erreicht. Bezüglich der FLA-induzierten Rekristallisation von a-Si wurde die Anwendung von strukturierten Metallschichten unter der zu rekristallisierenden a-Si-Schicht untersucht. Die kleinen Metallgebiete wirken als eingebettete Mikrospiegel und führen während des FLA zu einer verstärkten Wärmeentwicklung im darüber befindlichen a-Si. Infolgedessen wird mit diesem Ansatz gezielt ein lateraler Temperaturgradient in der a-Si-Schicht erzeugt. Während der FLA-Rekristallisation in Verbindung mit einem Aufschmelzen des a-Si beginnt das Wachstum von Si-Körnern an Positionen, die durch die niedrigste Temperatur des Gradients gekennzeichnet sind und setzt sich dann durch die epitaktische Anlagerung von weiterem Material fort. Demgemäß findet die Bildung von Si-Gebieten mit großen Kristalliten in kontrollierter Art und Weise statt. Im Vergleich verschiedenster Spiegelrastertypen erwiesen sich Raster aus kreisförmigen und linienförmigen Spiegeln als die vielversprechendsten Varianten. Die entstandenen Si-Gebiete befinden sich ausschließlich in Bereichen zwischen benachbarten Spiegeln und haben ein kissenförmiges Erscheinungsbild, sie weisen Abmessungen von einigen zehn Mikrometern auf und bestehen aus Si-Körnern mit Längen von bis zu ca. 28 µm. Die Bildung einkristalliner Si-Inseln wurde im Fall eines Spiegelraster mit kreisförmigen Spiegeln festgestellt. Im Vergleich dazu führte der Einsatz von Spiegelrastern mit linienförmigen Spiegeln zur Bildung von langgestreckten Si-Kissen mit länglichen und nahezu rechteckigen Körnern. Dies wird mit dem von einer Seite ausgehenden lateralen Erstarren des geschmolzenen Si erklärt. Desweiteren zeichnet sich dieser Ansatz durch das Herausfiltern eines einzelnen Kornes und somit durch grain-filter-Eigenschaften aus. Dies ermöglicht es, Si-Körner in kontrollierter Weise an zuvor festgelegten Positionen herzustellen. Die größten derart erzeugten Si-Körner haben Abmessungen von ca. 26 x 6 µm².:Kurzfassung i Abstract iii Inhaltsverzeichnis v Abkürzungs- und Kurzzeichenverzeichnis ix Abkürzungsverzeichnis ix Kurzzeichenverzeichnis xiii 1 Einleitung 1 1.1 Trends bei der Herstellung mikroelektronischer Schaltkreise 1 1.2 Ziele der Arbeit 4 1.3 Aufbau der Arbeit 5 2 Grundlagen des ms-Blitzlampentemperns 7 2.1 Grundprinzip des ms-Blitzlampentemperns 7 2.2. Einordnung und Vergleich mit anderen Temperverfahren 9 2.3 Anwendungsgebiete des ms-Blitzlampentemperns 10 2.4 Erzeugung und Kenngrößen eines Lichtblitzes 12 2.5 Physikalische Teilprozesse 14 2.5.1 Wechselwirkungen der elektromagnetischen Strahlung mit Gasmolekülen 15 2.5.2 Reflexion und Absorption 16 2.5.3 Wärmeentwicklung und Wärmeleitung 20 2.5.4 Wärmestrahlung, Konvektion und Wärmeübergang in den Substratträger 21 2.6 Modellierung und Simulation der Temperaturverteilung 23 2.7 Temperaturentwicklung am Beispiel eines c-Si-Wafers 25 2.8 Einfluss ausgewählter Parameter auf die Temperaturentwicklung 27 2.8.1 Einfluss der Energiedichte 27 2.8.2 Einfluss der Blitzpulsdauer 29 2.8.3 Einfluss dünner Schichten 33 2.8.4 Einfluss des Substrats 35 2.8.5 Einfluss strukturierter Substrate und strukturierter Schichten 38 2.8.6 Einfluss der Substrattemperatur 39 2.8.7 Einfluss der Prozessatmosphäre 40 2.8.8 Einfluss von zyklisch wiederholten Blitzen 41 3 Experimentelle Methoden 43 3.1 Schichtmesstechniken 43 3.1.1 Spektroskopische Ellipsometrie 43 3.1.2 Röntgenphotoelektronenspektroskopie 46 3.1.3 Röntgenreflektometrie 47 3.1.4 Rasterelektronenmikroskopie 49 3.1.5 Weitere Verfahren 50 3.2 Verwendete Substrate und Methoden zur Probenherstellung 53 3.2.1 Substrate und Probenpräparation für ALD-Untersuchungen 53 3.2.2 Probenpräparation für Rekristallisations-Untersuchungen 53 3.3 Weitere experimentelle Verfahren 54 3.3.1 Thermische Nachbehandlung mittels RTA 54 3.3.2 Dekorationsätzen von Silizium mittels Secco-Ätzlösung 54 4 Blitzlampenbasierte Atomlagenabscheidung dünner Schichten 55 4.1 Grundlagen 55 4.1.1 Konventionelle Atomlagenabscheidung 55 4.1.1.1 Grundprinzip der Atomlagenabscheidung 55 4.1.1.2 Wachstumsverhalten und Temperaturfenster 57 4.1.1.3 Vorteile und Anwendungsgebiete 59 4.1.1.4 Herausforderungen und Grenzen der thermischen ALD 59 4.1.2 Energieunterstützte Atomlagenabscheidung 61 4.1.3 Grundlagen der FLA-basierten Atomlagenabscheidung 62 4.1.3.1 Grundprinzip der FLA-basierten ALD 63 4.1.3.2 Neue Möglichkeiten durch FLA-basierte ALD-Prozesse 65 4.1.3.3 Literaturüberblick – Einsatz des FLA für die direkte Abscheidung dünner Schichten 66 4.1.3.4 Literaturüberblick – Anwendung des FLA für das in situ Zwischentempern dünner Schichten während der Abscheidung mittels ALD 70 4.2 Versuchsanlage FHR Cluster DS 100x4 71 4.2.1 Aufbau der Versuchsanlage 72 4.2.2 Blitzlampenmodul und FLA-Parameter 73 4.2.3 Prozesskammer für FLA-induzierte Abscheideprozesse 74 4.3 Untersuchungen zur direkten Abscheidung dünner Schichten durch Einsatz des Blitzlampentemperns 77 4.3.1 FLA-induzierte Atomlagenabscheidung von aluminiumbasierten dünnen Schichten mit dem Präkursor Trimethylaluminium 77 4.3.1.1 Motivation 77 4.3.1.2 Experimentelle Durchführung 77 4.3.1.3 Ergebnisse und Diskussion 78 4.3.2 FLA-induzierte Abscheidung von dünnen Rutheniumschichten mit dem Präkursor CHORUS 89 4.3.2.1 Motivation 89 4.3.2.2 Experimentelle Durchführung 89 4.3.2.3 Ergebnisse und Diskussion 90 4.3.3 Zusammenfassung und Ausblick 97 4.4 Untersuchungen zum Einsatz des Blitzlampentemperns als in situ Zwischentemperung während der Al2O3-ALD bei niedrigen Abscheidetemperaturen zum Erreichen größerer Dichten 99 4.4.1 Motivation 99 4.4.2 Experimentelle Durchführung 101 4.4.2.1 Versuchsanlage, Schichtabscheidung, FLA-Teilschritt und Prozesssequenz 101 4.4.2.2 Schichtcharakterisierungen 103 4.4.3 Ergebnisse und Diskussion 103 4.4.3.1 Auswirkungen infolge der Anwendung des in situ FLA 103 4.4.3.2 Vergleich von in situ FLA und RTA 112 4.4.3.3 Anwendung des in situ FLA auf Foliensubstraten 114 4.4.4 Zusammenfassung und Ausblick 115 5 Blitzlampeninduzierte Rekristallisation von amorphem Silizium 117 5.1 Grundlagen der FLA-Rekristallisation von amorphem Silizium 117 5.1.1 Eigenschaften von amorphem, kristallinem und flüssigem Silizium 118 5.1.2 Rekristallisationsregime 120 5.1.3 Ansätze für ein kontrolliertes Kornwachstum bei der Rekristallisation von a-Si 122 5.2 Experimentelle Durchführung 125 5.2.1 Probenpräparation 125 5.2.2 Blitzlampentemperung 127 5.2.3 Probencharakterisierung 128 5.3 Ergebnisse und Diskussion 128 5.3.1 Wirkung vergrabener Metallschichten und abdeckender SiO2-Schichten bei der FLA-induzierten Rekristallisation von a-Si-Schichten 128 5.3.1.1 FLA-induzierte Rekristallisation mit 20 ms langen Lichtblitzen 128 5.3.1.2 FLA-induzierte Rekristallisation mit 2,7 ms langen Lichtblitzen 131 5.3.1.3 Simulation 132 5.3.2 FLA-induzierte Rekristallisation von a-Si mit der lokal kontrollierten Bildung von Siliziumgebieten mit großen Si-Körnern 134 5.3.2.1 Experimentelle Durchführung 134 5.3.2.2 Ergebnisse bei der Anwendung separierter a-Si-Inseln 134 5.3.2.3 Ergebnisse bei der Anwendung eingebetteter Ti-Mikrospiegel 135 5.4 Zusammenfassung und Ausblick 149 6 Zusammenfassung 151 Literaturverzeichnis 155 Abbildungsverzeichnis 173 Tabellenverzeichnis 183 Anhang 185 Veröffentlichungsverzeichnis 193 Lebenslauf 195 Danksagung 197 / The production of future integrated circuits as well as consumer electronics requires the usage of processes with reduced thermal load in order to prevent thermal damage of electronic components and thermally sensitive materials. The ms flash lamp annealing (FLA) is a short term annealing method, where only a surface near region of the substrate is strongly heated up for a duration of a few milliseconds, while the bulk material experiences no or only little heating. Due to this characteristics, FLA enables the activation of thermal processes at a comparable low thermal budget. In this work, the application of FLA for the FLA-induced deposition of thin films, the improvement of film properties by periodically annealing of films right during the deposition process as well as for the recrystallization of amorphous silicon (a-Si) with the purpose of locally controlled formation of large silicon grains has been investigated. The direct deposition of thin films by FLA has been studied using both aluminum-based films and ruthenium thin films. The processes were realized by periodically performing the FLA while the substrates were exposed to the respective precursor. In both cases the film growth was induced by the energy input provided by the FLA. Furthermore, the processes exhibited typical features of atomic layer deposition (ALD) such as layer-by-layer growth and growth rates smaller than one Angström per cycle. Moreover, the deposition of the aluminum-based films is characterized by a self-limiting film growth, clearly indicating that film growth proceeds in the ALD mode. The obtained relations between process parameters and both film growth behaviour and film properties are discussed with respect to the impact of the FLA-induced temperature development on the film growth. For example, substrate dependent growth rates are attributed to different optical properties of the different substrate materials causing different temperatures during the FLA. Moreover, the deposition of ruthenium films was realized as a single source process by using only one precursor. In addition it is demonstrated that a growth delay phase, caused by substrate inhibited film growth, can be significantly reduced by the application of such a FLA-induced deposition process. The improvement of film properties by FLA was investigated by means of low-temperature aluminum oxide ALD (Al2O3) and the aim was to achieve an increase in Al2O3 film density. For that purpose, the FLA was directly integrated into an ALD process and performed perio-dically during the purging steps of the ALD process sequence. Advantage of this approach compared to conventional annealing methods is, that films can not only be annealed subsequently to the deposition, but already right during the stage of film growth as well. As a result of this in situ annealing, a 10 % increase in density of Al2O3 films, that were grown at 75 °C substrate temperature, was achieved. However, this increase is not related to a ordinary densification of the film material. Instead the results imply that the periodical application of FLA promotes the film growth, and hence, results in direct growth of films with improved film density. This enhanced film growth was also observed by means of a 25 % increase in the mass gain per cycle and it is most pronounced when performing FLA after each single ALD cycle or after every second ALD cycle. Furthermore, the application of in situ FLA led to an improved film composition, an increase in refractive index, enhanced dielectric constants as well as reduced leakage currents. The usage of hydrogen gas during the FLA sub-steps results in a further increase of mass gain per cycle and a further improvement of film properties. The film density realized with this in situ annealing approach was not achieved by conventional post deposition annealing with temperatures up to 600 °C. With respect to the FLA-induced recrystallization of a-Si, the application of patterned metal layers below the a-Si was studied. Those metal spots act like embedded micro mirrors and lead to an enhanced heating of the a-Si above the mirrors. As a result, a lateral temperature gradient is introduced into the a-Si layer. During the FLA-triggered crystallization combined with melting of the a-Si, the growth of silicon grains starts at positions that are characterized by the lowest temperature of the gradient and then proceeds via the epitaxial regrowth from molten silicon. Due to this feature, the formation of Si regions with large Si crystals takes place in a controlled manner. When comparing various mirror patterns with respect to their suitability for this approach, mirror patterns with circular mirrors as well as line-shaped mirrors are the most promising variants. The resulting silicon islands have pillow-like shapes, are located exclusively in regions between neighboring mirrors, exhibit dimensions of a few tens of micrometers and consist of grains with sizes up to 28 µm. The formation of single-grain silicon pillow-like structures was observed for particular mirror patterns having circular mirrors. On the other hand, the application of mirror patterns with line-shaped mirrors resulted in the formation of elongated and almost rectangular silicon grains. This has been explained in terms of lateral solidification starting from one edge. Furthermore, this approach is featured by the selective filtering of a single grain, and hence, exhibits grain filter characteristics. This enables the well controlled formation of large single Si grains at predetermined positions. The largest grains realized with this approach have a size of about 26 x 6 µm².:Kurzfassung i Abstract iii Inhaltsverzeichnis v Abkürzungs- und Kurzzeichenverzeichnis ix Abkürzungsverzeichnis ix Kurzzeichenverzeichnis xiii 1 Einleitung 1 1.1 Trends bei der Herstellung mikroelektronischer Schaltkreise 1 1.2 Ziele der Arbeit 4 1.3 Aufbau der Arbeit 5 2 Grundlagen des ms-Blitzlampentemperns 7 2.1 Grundprinzip des ms-Blitzlampentemperns 7 2.2. Einordnung und Vergleich mit anderen Temperverfahren 9 2.3 Anwendungsgebiete des ms-Blitzlampentemperns 10 2.4 Erzeugung und Kenngrößen eines Lichtblitzes 12 2.5 Physikalische Teilprozesse 14 2.5.1 Wechselwirkungen der elektromagnetischen Strahlung mit Gasmolekülen 15 2.5.2 Reflexion und Absorption 16 2.5.3 Wärmeentwicklung und Wärmeleitung 20 2.5.4 Wärmestrahlung, Konvektion und Wärmeübergang in den Substratträger 21 2.6 Modellierung und Simulation der Temperaturverteilung 23 2.7 Temperaturentwicklung am Beispiel eines c-Si-Wafers 25 2.8 Einfluss ausgewählter Parameter auf die Temperaturentwicklung 27 2.8.1 Einfluss der Energiedichte 27 2.8.2 Einfluss der Blitzpulsdauer 29 2.8.3 Einfluss dünner Schichten 33 2.8.4 Einfluss des Substrats 35 2.8.5 Einfluss strukturierter Substrate und strukturierter Schichten 38 2.8.6 Einfluss der Substrattemperatur 39 2.8.7 Einfluss der Prozessatmosphäre 40 2.8.8 Einfluss von zyklisch wiederholten Blitzen 41 3 Experimentelle Methoden 43 3.1 Schichtmesstechniken 43 3.1.1 Spektroskopische Ellipsometrie 43 3.1.2 Röntgenphotoelektronenspektroskopie 46 3.1.3 Röntgenreflektometrie 47 3.1.4 Rasterelektronenmikroskopie 49 3.1.5 Weitere Verfahren 50 3.2 Verwendete Substrate und Methoden zur Probenherstellung 53 3.2.1 Substrate und Probenpräparation für ALD-Untersuchungen 53 3.2.2 Probenpräparation für Rekristallisations-Untersuchungen 53 3.3 Weitere experimentelle Verfahren 54 3.3.1 Thermische Nachbehandlung mittels RTA 54 3.3.2 Dekorationsätzen von Silizium mittels Secco-Ätzlösung 54 4 Blitzlampenbasierte Atomlagenabscheidung dünner Schichten 55 4.1 Grundlagen 55 4.1.1 Konventionelle Atomlagenabscheidung 55 4.1.1.1 Grundprinzip der Atomlagenabscheidung 55 4.1.1.2 Wachstumsverhalten und Temperaturfenster 57 4.1.1.3 Vorteile und Anwendungsgebiete 59 4.1.1.4 Herausforderungen und Grenzen der thermischen ALD 59 4.1.2 Energieunterstützte Atomlagenabscheidung 61 4.1.3 Grundlagen der FLA-basierten Atomlagenabscheidung 62 4.1.3.1 Grundprinzip der FLA-basierten ALD 63 4.1.3.2 Neue Möglichkeiten durch FLA-basierte ALD-Prozesse 65 4.1.3.3 Literaturüberblick – Einsatz des FLA für die direkte Abscheidung dünner Schichten 66 4.1.3.4 Literaturüberblick – Anwendung des FLA für das in situ Zwischentempern dünner Schichten während der Abscheidung mittels ALD 70 4.2 Versuchsanlage FHR Cluster DS 100x4 71 4.2.1 Aufbau der Versuchsanlage 72 4.2.2 Blitzlampenmodul und FLA-Parameter 73 4.2.3 Prozesskammer für FLA-induzierte Abscheideprozesse 74 4.3 Untersuchungen zur direkten Abscheidung dünner Schichten durch Einsatz des Blitzlampentemperns 77 4.3.1 FLA-induzierte Atomlagenabscheidung von aluminiumbasierten dünnen Schichten mit dem Präkursor Trimethylaluminium 77 4.3.1.1 Motivation 77 4.3.1.2 Experimentelle Durchführung 77 4.3.1.3 Ergebnisse und Diskussion 78 4.3.2 FLA-induzierte Abscheidung von dünnen Rutheniumschichten mit dem Präkursor CHORUS 89 4.3.2.1 Motivation 89 4.3.2.2 Experimentelle Durchführung 89 4.3.2.3 Ergebnisse und Diskussion 90 4.3.3 Zusammenfassung und Ausblick 97 4.4 Untersuchungen zum Einsatz des Blitzlampentemperns als in situ Zwischentemperung während der Al2O3-ALD bei niedrigen Abscheidetemperaturen zum Erreichen größerer Dichten 99 4.4.1 Motivation 99 4.4.2 Experimentelle Durchführung 101 4.4.2.1 Versuchsanlage, Schichtabscheidung, FLA-Teilschritt und Prozesssequenz 101 4.4.2.2 Schichtcharakterisierungen 103 4.4.3 Ergebnisse und Diskussion 103 4.4.3.1 Auswirkungen infolge der Anwendung des in situ FLA 103 4.4.3.2 Vergleich von in situ FLA und RTA 112 4.4.3.3 Anwendung des in situ FLA auf Foliensubstraten 114 4.4.4 Zusammenfassung und Ausblick 115 5 Blitzlampeninduzierte Rekristallisation von amorphem Silizium 117 5.1 Grundlagen der FLA-Rekristallisation von amorphem Silizium 117 5.1.1 Eigenschaften von amorphem, kristallinem und flüssigem Silizium 118 5.1.2 Rekristallisationsregime 120 5.1.3 Ansätze für ein kontrolliertes Kornwachstum bei der Rekristallisation von a-Si 122 5.2 Experimentelle Durchführung 125 5.2.1 Probenpräparation 125 5.2.2 Blitzlampentemperung 127 5.2.3 Probencharakterisierung 128 5.3 Ergebnisse und Diskussion 128 5.3.1 Wirkung vergrabener Metallschichten und abdeckender SiO2-Schichten bei der FLA-induzierten Rekristallisation von a-Si-Schichten 128 5.3.1.1 FLA-induzierte Rekristallisation mit 20 ms langen Lichtblitzen 128 5.3.1.2 FLA-induzierte Rekristallisation mit 2,7 ms langen Lichtblitzen 131 5.3.1.3 Simulation 132 5.3.2 FLA-induzierte Rekristallisation von a-Si mit der lokal kontrollierten Bildung von Siliziumgebieten mit großen Si-Körnern 134 5.3.2.1 Experimentelle Durchführung 134 5.3.2.2 Ergebnisse bei der Anwendung separierter a-Si-Inseln 134 5.3.2.3 Ergebnisse bei der Anwendung eingebetteter Ti-Mikrospiegel 135 5.4 Zusammenfassung und Ausblick 149 6 Zusammenfassung 151 Literaturverzeichnis 155 Abbildungsverzeichnis 173 Tabellenverzeichnis 183 Anhang 185 Veröffentlichungsverzeichnis 193 Lebenslauf 195 Danksagung 197

Tesis por compendio / [ES] Esta tesis doctoral presenta un estudio de compresores scroll con inyección de vapor (SCVI) para bombas de calor que operan en climas fríos o para aplicaciones de calentamiento de agua a alta temperatura. Para ello, se comparó experimentalmente un SCVI con un compresor de dos etapas de pistones (TSRC) trabajando con R-407C en condiciones extremas. La comparación se realizó en términos de eficiencias del compresor, capacidad, COP y rendimientos estacionales tanto para el modo calefacción como para el modo refrigeración. Los resultados proporcionan una idea general sobre el rango de aplicación de los compresores estudiados y sobre las diferencias en los rendimientos de los compresores. Sin embargo, se identificaron varias limitaciones en la caracterización de los compresores y en el análisis del ciclo. Esto motivó a profundizar en el estudio del ciclo de compresión de dos etapas y sus componentes. El siguiente paso fue realizar un análisis teórico de los ciclos de compresión de dos etapas para aplicaciones de calefacción, en donde se identificó a la presión intermedia y a la relación de inyección como los parámetros del sistema más influyentes sobre el COP. La presión intermedia se optimizó para dos configuraciones de inyección (tanque de separación y economizador) utilizando varios refrigerantes. Basándose en los resultados de la optimización, se propuso una correlación que permite obtener la presión intermedia óptima del ciclo, considerando la influencia del subenfriamiento a la salida del condensador. Además, se analizó la influencia del diseño de los componentes del sistema sobre el COP del ciclo. Posteriormente, el estudio se profundizó a nivel de componentes. El factor más crítico en el sistema es el rendimiento del compresor. Por lo tanto, el siguiente paso fue evaluar la influencia de varios sistemas de compresión con inyección de vapor sobre el COP. Se tomaron en cuenta tres tecnologías de compresores, un SCVI, un TSRC y un compresor scroll de dos etapas (TSSC). Estas tecnologías de compresores fueron caracterizadas y modeladas para estudiar su rendimiento. Para ello, se propuso una nueva metodología para caracterizar compresores scroll con inyección de vapor. Esta metodología permite evaluar el rendimiento del compresor independientemente del mecanismo de inyección que se utiliza en el ciclo. Se identificó una correlación lineal entre la relación de inyección de refrigerante y la relación de compresión intermedia. Esta correlación se utiliza para determinar el flujo másico de inyección en función de la presión intermedia. Posteriormente, se propuso un modelo semi-empírico de compresores scroll y una metodología para extender dicho modelo para compresores scroll con inyección de vapor. Los modelos fueron ajustados y validados usando datos experimentales de cuatro compresores scroll trabajando con R-290 y un SCVI trabajando con R-407C. Finalmente, se comparó un SCVI con dos compresores de dos etapas, un TSSC y un TSRC, trabajando en condiciones extremas. Se optimizó la relación de volúmenes de los compresores de dos etapas. Los resultados muestran que, en las condiciones nominales de funcionamiento (Te=-15 °C, Tc=50 °C), la relación de volúmenes óptima del TSSC es 0.58, y del TSRC es 0.57. El TSSC consigue un COP 6% mayor que el SCVI y un COP 11.7% mayor que el TSRC. Bajo un amplio rango de condiciones de operación, el SCVI presenta una mejor eficiencia y COP para relaciones de presión inferiores a 5. Para relaciones de presión más altas, el TSSC presenta mejor rendimiento y consigue una temperatura de descarga más baja. Se concluye que el SCVI es una solución fácil de implementar, desde el punto de vista del mecanizado, y que permite extender el mapa de trabajo de los compresores de una etapa. Sin embargo, los resultados muestran que la compresión en dos etapas consigue mejorar en mayor medida el COP del ciclo y la capacidad, con una mayor redu / [CA] Aquesta tesi doctoral presenta un estudi de compressors scroll amb injecció de vapor (SCVI) per a bombes de calor que operen en climes freds o per a aplicacions d'escalfament d'aigua a alta temperatura. Per a això, es va comparar experimentalment un SCVI amb un compressor de dues etapes de pistons (TSRC) treballant amb R-407C en condicions extremes. La comparació es va realitzar en termes d'eficiències del compressor, capacitat, COP i rendiments estacionals tant per al mode calefacció com per al mode refrigeració. Els resultats proporcionen una idea general sobre el rang d'aplicació dels compressors estudiats i sobre les diferències en els rendiments dels compressors. No obstant això, es van identificar diverses limitacions en la caracterització dels compressors i en l'anàlisi del cicle. Això va motivar a aprofundir en l'estudi del cicle de compressió de dues etapes i els seus components. El següent pas va ser realitzar una anàlisi teòrica dels cicles de compressió de dues etapes per a aplicacions de calefacció, on es va identificar la pressió intermèdia i la relació d'injecció com els paràmetres del sistema més influents sobre el COP. La pressió intermèdia es va optimitzar per a dues configuracions d'injecció (tanc de separació i economitzador) utilitzant diversos refrigerants. Basant-se en els resultats de l'optimització, es va proposar una correlació que permet obtindre la pressió intermèdia òptima del cicle, considerant la influència del subrefredament a l'eixida del condensador. A més, es va analitzar la influència del disseny dels components del sistema sobre el COP del cicle. Posteriorment, l'estudi es va aprofundir a nivell de components. El factor més crític en el sistema és el rendiment del compressor. Per tant, el següent pas va ser avaluar la influència de diversos sistemes de compressió amb injecció de vapor sobre el COP. Es van prendre en compte tres tecnologies de compressors, un SCVI, un TSRC i un compressor scroll de dues etapes (TSSC). Aquestes tecnologies de compressors van ser caracteritzades i modelades per a estudiar el seu rendiment. Per a això, es va proposar una nova metodologia per a caracteritzar compressors scroll amb injecció de vapor. Aquesta metodologia permet avaluar el rendiment del compressor independentment del mecanisme d'injecció que s'utilitza en el cicle. Es va identificar una correlació lineal entre la relació d'injecció de refrigerant i la relació de compressió intermèdia. Aquesta correlació s'utilitza per a determinar el flux màssic d'injecció en funció de la pressió intermèdia. Posteriorment, es va proposar un model semi-empíric de compressors scroll i una metodologia per a estendre aquest model per a compressors scroll amb injecció de vapor. Els models van ser ajustats i validats utilitzant dades experimentals de quatre compressors scroll treballant amb R-290 i un SCVI treballant amb R-407C. Finalment, es va comparar un SCVI amb dos compressors de dues etapes, un TSSC i un TSRC, treballant en condicions extremes. Es va optimitzar la relació de volums dels compressors de dues etapes. Els resultats mostren que, en les condicions nominals de funcionament (Te=-15 °C, Tc=50 °C), la relació de volums òptima del TSSC és 0.58, i del TSRC és 0.57. El TSSC aconsegueix un COP 6% major que el SCVI i un COP 11.7% major que el TSRC. Sota un ampli rang de condicions d'operació, el SCVI presenta una millor eficiència i COP per a relacions de pressió inferiors a 5. Per a relacions de pressió més altes, el TSSC presenta millor rendiment i aconsegueix una temperatura de descàrrega més baixa. Es conclou que el SCVI és una solució fàcil d'implementar, des del punt de vista del mecanitzat, i que permet estendre el mapa de treball dels compressors d'una etapa. No obstant això, els resultats mostren que la compressió en dues etapes aconsegueix millorar en major mesura el COP del cicle i la capacitat, amb una major reducció de la / [EN] This Ph.D. thesis presents a study of scroll compressors with vapor-injection (SCVI) for heat pumps operating in cold climates or in high-temperature water heating applications. To do so, firstly, an SCVI was experimentally compared with a two-stage reciprocating compressor (TSRC) working with R-407C under extreme conditions. The comparison was made in terms of compressor efficiencies, capacity, COP, and seasonal COP, both for heating and cooling modes. The results give a general idea about the application range of the studied compressors and the differences in the compressors' performance. Nevertheless, several restrictions in the compressors' characterization and the cycle analysis were identified. This motivated us to deepen in the study of the two-stage compression cycle and its components. The next step was performing a theoretical analysis of two-stage compression cycles for heating applications, where the intermediate pressure and the injection ratio were identified as the most influential system parameters on the COP. The intermediate pressure was optimized for two vapor-injection configurations (flash tank and economizer) using several refrigerants. Based on the optimization results, a correlation was proposed that allows obtaining the optimal intermediate pressure of the cycle, considering the influence of the subcooling at the condenser outlet. In addition, a theoretical analysis of the influence of the design of the system components on the COP of the cycle was performed. Once the thermodynamic analysis of the two-stage cycle was carried out, the study was deepened at the component level. The most critical factor in the system is the compressor performance. Hence, the next step was evaluating the influence of several compression systems with vapor-injection on the COP. Three compressor technologies were taken into account, an SCVI, a TSRC and a two-stage scroll compressor (TSSC). These compressor technologies were characterized and modeled in order to study their performance. To do so, a new methodology to characterize SCVI was proposed. This methodology allows evaluating the compressor performance independently of the injection mechanism used in the cycle. A linear correlation was identified between the refrigerant injection ratio and the intermediate compression ratio. This correlation is used to determine the injection mass flow as a function of the intermediate pressure. Then, a semi-empirical model of scroll compressors and a methodology to extend the model for scroll compressors with vapor-injection was proposed. The models were adjusted and validated using experimental data from four scroll compressors working with R-290 and an SCVI compressor working with R-407C. Finally, an SCVI was compared with two two-stage compressors, a TSSC, and a TSRC, working in extreme conditions. The displacement ratio of the two-stage compressors was optimized. Results show that, at the nominal operating conditions (Te=-15 °C, Tc=50 °C), the optimal displacement ratio of the TSSC is 0.58, and of the TSRC is 0.57. The TSSC achieves 6% larger COP than the SCVI and 11.7% larger COP than the TSRC. Under a wide range of operating conditions, the SCVI presents a better efficiency and COP for pressure ratios below 5. For higher-pressure ratios, the TSSC presents better performance and achieves lower discharge temperature. It is concluded that the SCVI is an easy solution to implement from the point of view of machining, which allows extending the working map of the single-stage compressors. However, the results show that the two-stage compression technology gets further improve the COP of the cycle and the capacity, with a greater reduction of the discharge temperature operating under extreme conditions. / I thank the financial support provided by the Secretaría de Educación Superior, Ciencia, Tecnología e Innovación (SENESCYT) of Ecuador, through the international scholarship program for postgraduate studies “Convocatoria Abierta 2013 Segunda Fase, Grant No 2015-AR37665”. / Tello Oquendo, FM. (2019). Study of scroll compressors with vapor-injection for heat pumps operating in cold climates or in high-temperature water heating applications [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/120473 / Compendio

Rhodopsin ist der Photorezeptor der Stäbchenzellen in der Retina von Vertebraten und wird als Prototyp für die gesamte Gruppe der GPCRs beforscht. Trifft ein Photon auf das Protein, so wird der über eine Schiffbase kovalent gebundene Chromophor von seiner 11-cis- in die All-trans-Konfiguration isomerisiert und setzt infolgedessen den Aktivierungsprozess in Gang. Dieser mündet in der aktiven Rezeptorkonformation, die das G-Protein Transducin aktivieren kann und dadurch eine Kaskade weiterer Aktivierungsschritten einleitet, die letztlich ein Nervensignal verursachen. Das Ziel dieser Arbeit war die Aufklärung der späten Aktivierungsschritte und ihrer Ursache-Wirkungs-Beziehungen. Zu diesem Zweck wurden Blitzlichtphotolyse, Elektronenspinresonanz (EPR) mit Spinlabeling (SDSL), UV/vis-Spektroskopie, FTIR-Spektroskopie und Fluoreszenzspektroskopie angewandt. Kinetische Messungen wurden unter identischen Bedingungen durchgeführt, um die Abfolge der mit den unterschiedlichen Techniken zugänglichen Aktivierungsschritte aufzuklären. Nach der Bildung des absorptionsspektroskopisch definierten Meta-II-Zustands bewegt sich die Helix TM6 in einem späteren Schritt als ganzes nach außen und markiert damit den Übergang von Meta-IIa zu Meta-IIb. Dadurch wird die bis dahin in der Membran verborgene D(E)RY-Region für das Umgebungsmedium zugänglich und nimmt ohne Zeitverzögerung ein Proton auf, wodurch der Meta-IIb*H+-Zustand gebildet wird. Die verfügbaren Daten sprechen dafür, dass das D(E)RY-Motiv bei der Aktivierung des Transducins sowohl die Alpha- als auch die Gamma-Untereinheit desselben bindet. Die Bindung von zu Transducin-Abschnitten analogen Peptiden kann dann erfolgen, wenn die Helix TM6 im nach außen bewegten Zustand ist, und führt zur Abgabe von bis zu zwei Protonen vom aktivierten Rhodopsin. Sowohl das D(E)RY- und das NPxxY(x)5,6F-Motiv als auch die beiden Zustände Meta-IIb und Meta-IIb*H+ könnten relevant für den sequenziellen Transducin-Aktivierungsmechanismus sein. / Rhodopsin is the photoreceptor in the rod cells of the vertebrate retina. It is considered as a prototype of the whole group of GPCRs. Upon absorption of a photon the chromophore, which is covalently bound through a Schiff base, is isomerized from its 11-cis into the all-trans configuration. This initiates the activation process and finally results in the active receptor conformation which is capable of activating the G protein transducin and thereby triggers a cascade of further activation steps which finally cause a nerve signal. The aim of this work was the clarification of the late activation steps and their cause-and-effect chain. For this purpose flash photolysis, electron paramagnetic resonance (EPR) with spin labeling (SDSL), UV/vis spectroscopy, FTIR spectroscopy and fluorescence spectroscopy were applied. Kinetic measurements were executed under identical conditions in order to elucidate the sequence of activation steps, which are accessible with the different techniques. After formation of the spectroscopically defined Meta-II state helix TM6 moves outward as a rigid body, thereby marking the transition from Meta-IIa to Meta-IIb. Therefore the D(E)RY region, which is until then buried in the membrane, gets accessible to the surrounding solution. It consequently takes up a proton without delay, thus forming the Meta-IIb*H+ state. Available data argue for the D(E)RY motif binding both the Alpha and the Gamma subunit of transducin during activation of the latter. The binding of peptides which are analogous to sections of transducin is possible when helix TM6 is in the outward position. It causes the release of up to two protons from the activated rhodopsin. Both the D(E)RY motif and the NPxxY(x)5,6F motif as well as both the states Meta-IIb and Meta-IIb*H+ are potentially relevant for the sequential transducin activation mechanism.

In the modern world constant technological development affects all parts of human life, including the education process. Less than half a century ago data used to be stored on huge calculating machines, which could only process the amount of information equal to several book pages, but now our pocket digital devices are capable of more than personal computers. Technological progress has also affected information-communcation technologies, which have developed from radio broadcasting to television, and then to modern Internet streaming services. These technologies were widely included into the education process, with special educational broadcasts, television shows, then pc language learning assisting applications were developed, then a wide availability of digital pocket devices gave way to language learning mobile applications, such as Quizlet, a program that assists in learning foreign language vocabulary through flash-card technology. Effectiveness of the usage of this application in learning foreign languages has been proven in many research works [49] [58] [67] [72], but there were no studies of effectiveness of using this application in the conditions of secondary education establishments, and proof of effectiveness of such education approach could help to integrate this application into educational process. The relevance of the research is based on further digitalization of educational process, popularization of mobile and hybrid education, necessity to try Quizlet application in the conditions of secondary education establishment. The purpose of the research is to study theoretical and practical aspects of using information-communication technologies in teaching high-school students foreign vocabulary. / В современном мире постоянное развитие технологий влияет на все сферы человеческой жизни, в том числе и на образовательный процесс. Меньше полувека назад данные хранились на громоздких вычислительных машинах и обрабатывали объём информации, равный нескольким книжным страницам, однако сейчас наши мобильные устройства способны на гораздо большее, чем большие стационарные компьютеры. Технологический прогресс также затронул и информационно-коммуникационные технологии, прошедшие долгий путь от средств радиосвязи до телевидения, а затем до Интернет-стриминговых сервисов. Данные технологии широко интегрировались в образовательную систему, создавались специальные обучающие радиопередачи, телепрограммы, затем появились компьютерные приложения, помогающие осваивать иностранные языки, широкое распространение мобильных устройств дало начало мобильным образовательным программам, таким как Quizlet, программы, обучающей лексике с использованием технологий флеш-карточек. Эффективность использования данного приложения для изучения лексики была доказана множество раз во многих исследованиях [49] [58] [67] [72], однако при использовании элементов мобильного обучения с данным онлайн-сервисом при обучении учащихся среднеобразовательных учреждений не проводились, доказательство эффективности подобного обучения помогло бы интегрировать данное приложение в образовательный процесс. Актуальность исследования обусловлена дальнейшей цифровизацией процесса образования, популяризацией гибридного и мобильного обучения, необходимостью апробации приложения Quizlet в реалиях общеобразовательного учреждения. Целью работы является изучение теоретических и практических аспектов использования информационно-коммуникационных технологий в обучении старшеклассников иноязычной лексике.

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Mirrors and Vanities is a multi-modal collection which showcases the diversity of working in long and short storytelling forms. Featured in this thesis are fiction, nonfiction, graphic narrative, and screenplay. Using unconventional approaches to storytelling in order to achieve emotional resonance with the audience while maintaining high standards for craft, these stories and essays explore the costs inherent to the subtle nuances of interpersonal relationships. The fiction focuses on the complications of characters keeping secrets. A husband discovers the truth behind his wife’s miscarriage. A girl visits her fiancé in purgatory. A boy crosses a line and loses his best friend. Meanwhile, the nonfiction centers on self-discovery and gender roles associated with power struggles. A schizophrenic threatens to ruin my mother’s wedding. I rediscover my relationship with my father through food writing. Sword-work teaches me to fail and succeed at making martial art. The title work of the thesis is a collaged story highlighting the tribulations of a physicist fixated on recovering his lost love by manipulating the multiverse. The multi-modal format implicates the nebulosity of physics theories and how different aspects of the narrative can be presented in various formats to best suit the nature of the storytelling. Through the interactions of characters in mundane and extraordinary circumstances, the works in this thesis examine the consequences of choice, the contrast between reality and expectation, coming of age, and the Truth of narrative.

La thermographie infrarouge est une méthode largement employée pour la caractérisation des propriétés thermophysiques des matériaux. L’avènement des diodes laser pratiques, peu onéreuses et aux multiples caractéristiques, étendent les possibilités métrologiques des caméras infrarouges et mettent à disposition un ensemble de nouveaux outils puissants pour la caractérisation thermique et le contrôle non desturctif. Cependant, un lot de nouvelles difficultés doit être surmonté, comme le traitement d’une grande quantité de données bruitées et la faible sensibilité de ces données aux paramètres recherchés. Cela oblige de revisiter les méthodes de traitement du signal existantes, d’adopter de nouveaux outils mathématiques sophistiqués pour la compression de données et le traitement d’informations pertinentes. Les nouvelles stratégies consistent à utiliser des transformations orthogonales du signal comme outils de compression préalable de données, de réduction et maîtrise du bruit de mesure. L’analyse de sensibilité, basée sur l’étude locale des corrélations entre les dérivées partielles du signal expérimental, complète ces nouvelles approches. L'analogie avec la théorie dans l'espace de Fourier a permis d'apporter de nouveaux éléments de réponse pour mieux cerner la «physique» des approches modales.La réponse au point source impulsionnel a été revisitée de manière numérique et expérimentale. En utilisant la séparabilité des champs de température nous avons proposé une nouvelle méthode d'inversion basée sur une double décomposition en valeurs singulières du signal expérimental. Cette méthode par rapport aux précédentes, permet de tenir compte de la diffusion bi ou tridimensionnelle et offre ainsi une meilleure exploitation du contenu spatial des images infrarouges. Des exemples numériques et expérimentaux nous ont permis de valider dans une première approche cette nouvelle méthode d'estimation pour la caractérisation de diffusivités thermiques longitudinales. Des applications dans le domaine du contrôle non destructif des matériaux sont également proposées. Une ancienne problématique qui consiste à retrouver les champs de température initiaux à partir de données bruitées a été abordée sous un nouveau jour. La nécessité de connaitre les diffusivités thermiques du matériau orthotrope et la prise en compte des transferts souvent tridimensionnels sont complexes à gérer. L'application de la double décomposition en valeurs singulières a permis d'obtenir des résultats intéressants compte tenu de la simplicité de la méthode. En effet, les méthodes modales sont basées sur des approches statistiques de traitement d'une grande quantité de données, censément plus robustes quant au bruit de mesure, comme cela a pu être observé. / Infrared thermography is a widely used method for characterization of thermophysical properties of materials. The advent of the laser diodes, which are handy, inexpensive, with a broad spectrum of characteristics, extend metrological possibilities of infrared cameras and provide a combination of new powerful tools for thermal characterization and non destructive evaluation. However, this new dynamic has also brought numerous difficulties that must be overcome, such as high volume noisy data processing and low sensitivity to estimated parameters of such data. This requires revisiting the existing methods of signal processing, adopting new sophisticated mathematical tools for data compression and processing of relevant information.New strategies consist in using orthogonal transforms of the signal as a prior data compression tools, which allow noise reduction and control over it. Correlation analysis, based on the local cerrelation study between partial derivatives of the experimental signal, completes these new strategies. A theoretical analogy in Fourier space has been performed in order to better understand the «physical» meaning of modal approaches.The response to the instantaneous point source of heat, has been revisited both numerically and experimentally. By using separable temperature fields, a new inversion technique based on a double singular value decomposition of experimental signal has been introduced. In comparison with previous methods, it takes into account two or three-dimensional heat diffusion and therefore offers a better exploitation of the spatial content of infrared images. Numerical and experimental examples have allowed us to validate in the first approach our new estimation method of longitudinal thermal diffusivities. Non destructive testing applications based on the new technique have also been introduced.An old issue, which consists in determining the initial temperature field from noisy data, has been approached in a new light. The necessity to know the thermal diffusivities of an orthotropic medium and the need to take into account often three-dimensional heat transfer, are complicated issues. The implementation of the double singular value decomposition allowed us to achieve interesting results according to its ease of use. Indeed, modal approaches are statistical methods based on high volume data processing, supposedly robust as to the measurement noise.