In EFG-Silizium wird Kohlenstoff weit über der Gleichgewichtslöslichkeit im Gitter eingebaut. In dünnen Bereichen der EFG-Bänder wird dabei mehr gelöster Kohlenstoff inkooperiert. Im EFG-Material liegen 4 · 10^17At/cm^3 Kohlenstoff in ausgeschiedener Form vor. Dabei bildet sich zum Einen in einigen Zwillingskorngrenzen eine monoatomare Schicht SiC aus, zum Anderen bilden sich Präzipitate, die kleiner als 60nm sind und kaum Spannungen in der Siliziummatrix erzeugen. Es wird vermutet, dass es sich um atomare Agglomerate aus wenigen Atomen Kohlenstoff und interstitiellen Siliziumatomen handelt. Diese Präzipitate verschlechtern die elektrischen Eingeschaften im Ausgangsmaterial. Durch eine veränderte Spülgaszusammensetzung (Zugabe von CO oder CO_2) während der Züchtung bilden sich Präzipitate größer als 60nm im Volumen der EFG-Bänder. Dadurch verbessert sich der Wirkungsgrad der gefertigten Solarzellen, verglichen mit den herkömmlichen EFG-Zellen.

In this thesis, a comprehensive study of the electrical properties of carbon-hydrogen (CH) complexes in silicon (Si) and silicon-germanium (SiGe) alloys is presented. These complexes form by the reaction of residual carbon impurities with hydrogen that is introduced either by wet chemical etching or a dc hydrogen plasma. The complexes were detected and characterized by the deep level transient spectroscopy (DLTS), Laplace DLTS, and minority carrier transient spectroscopy (MCTS) technique. With this approach, properties like the activation enthalpy for carrier emission, the capture cross section, the charge state, and the thermal stability of the complexes were determined. The composition of the complexes was derived from the analysis of their depth profiles in samples with different impurity concentrations. Using these methods, eight carbon-hydrogen related defect levels (E42, E65, E75, E90, E90', E262, H50, H180) and one hydrogen related level (E150) were detected in Si, SiGe alloys and Ge. Hydrogen plasma treatment at temperatures around 373 K introduces four dominant traps in Si at about Ec-0.06 eV (E42), Ec-0.52 eV (E262), Ev+0.33 eV (H180), and Ev+0.08 eV (H50). E42 and E262 are shown to be two charge states of the same defect. The characteristic field dependence of their emission rate links E42 with the double acceptor level and E262 with the single acceptor level of a CH complex. By comparison of their properties with calculations they are assigned to the anti-bonding configuration of the CH complex (CH_1AB). H180 was previously suggested to be the donor state of the CH_1AB configuration. This hypothesis could not be confirmed. Instead, it is shown that H180 exhibits a barrier for hole capture of about 53 meV, which hinders the reliable determination of its charge state from the field dependence of the emission rate. However, its activation enthalpy is in reasonable agreement with the predicted level position of the acceptor state of the CH_T configuration of CH, where H sits on the tetrahedral interstitial (T) position next to carbon. Therefore, H180 is tentatively assigned to CH_T. H50 is reported for the first time and it appears with concentrations close to the detection limit of the DLTS technique (~1E11 cm^-3). This complicates the determination of its charge state. Nevertheless, theory predicts the acceptor level of the CH_2AB configuration at about Ev+0.07 eV, which is remarkably close to the experimental value of H50. Therefore, H50 is tentatively assigned to the acceptor level of CH_2AB. In contrast, hydrogenation of silicon by wet chemical etching introduces three dominant levels at Ec-0.11 eV (E65), Ec-0.13 eV (E75), and Ec-0.16 eV (E90). Previously, E90 was contradictorily assigned by different authors to the donor and to the acceptor state of the bond-centered configuration of the CH complex (CH_1BC). In this work, this contradiction is resolved. It is shown that two different defect levels (E90 and E90') appear in the DLTS spectra at about 90 K in samples with a low oxygen concentration (< 1E17 cm^-3). The acceptor state of the CH_1BC configuration (E90) can be observed directly after hydrogenation by wet chemical etching or a dc hydrogen plasma treatment at temperatures below 373 K. In contrast, the donor state of a CH_n complex (E90', Ec-0.14 eV), that involves more than one hydrogen atom, is formed by a reverse bias annealing of samples with a net donor concentration of Nd > 1E15 cm^-3. By comparison with theory it is concluded that n > 2. In samples with a high oxygen concentration (> 1E17 cm^-3) E65 and E75 are dominant. Both levels belong to the CH_1BC configuration disturbed by a nearby oxygen atom. The appearance of two levels is the result of two inequivalent positions of the oxygen atom in respect to the CH bond. E42, E90, E262, and H180 are also investigated in diluted SiGe alloys to analyze the influence of alloying on their electrical properties. The presence of Ge atoms in the closest environment of the defects leads to the appearance of additional defect levels close to those observed in pure Si. The relative concentration of these additional defects is in agreement with models of the proposed defect structure of E42, E90, E262, and H180. An increase of the Ge content in SiGe alloys leads to a shift of the defect levels in the band gap of SiGe. An extrapolation of this shift predicts the appearance of E90 and E262 also in pure Ge. A hydrogen related level E150 (Ec-0.31 eV) is indeed observed in hydrogenated n-type Ge. Its concentration is significantly higher after hydrogen plasma treatment than after wet chemical etching. It is shown that E150 contains a single hydrogen atom and involves an unknown impurity, most likely carbon, oxygen, or silicon. E150 represents a reasonable candidate for a CH complex in Ge. / In dieser Arbeit werden die elektrischen Eigenschaften von Kohlenstoff-Wasserstoff-Komplexen in Silizium (Si) und Silizium-Germanium-Legierungen (SiGe) studiert. Diese Komplexe bilden sich durch Reaktion von Kohlenstoff-Verunreinigungen mit Wasserstoff, welcher durch nasschemisches Ätzen oder eine Wasserstoffplasma-Behandlung eingebracht wird. Der Nachweis und die Charakterisierung der Defekte erfolgte mit den Methoden der Kapazitätstransientenspektroskopie (DLTS), Laplace DLTS und der Minoritätsladungsträgertransientenspektroskopie (MCTS). Damit wurden Eigenschaften wie die Aktivierungsenergie der Ladungsträgeremission, die Einfangquerschnitte, der Ladungszustand und die thermische Stabilität der Komplexe bestimmt. Die Zusammensetzung der Komplexe wurde durch eine Analyse der Tiefenprofile ermittelt, welche in Proben mit verschiedenen Verunreinigungskonzentrationen gemessen wurden. Mit diesen Methoden wurde acht Kohlenstoff-Wasserstoff-korrelierte Defektniveaus (E42, E65, E75, E90', E90, E262, H50, H180) in Si und SiGe und ein Wasserstoff-korreliertes Niveau in Ge nachgewiesen. Eine Wasserstoffplasma-Behandlung bei Temperaturen um 373 K erzeugt vier dominante Defektniveaus in Si bei Ec-0.06 eV (E42), Ec-0.52 eV (E262), Ev+0.33 eV (H180) und Ev+0.08 eV. Es wird gezeigt, dass E42 und E262 zwei Ladungszustände desselben Defektes sind. Die charakteristische Feldabhängigkeit der Emissionsrate zeigt, dass E42 der Doppel-Akzeptor- und E262 der Einfach-Akzeptor-Zustand eines CH-Komplexes ist. Durch Vergleich der beobachteten Eigenschaften mit theoretischen Berechnungen werden beide Niveaus der antibindenden Konfiguration des CH-Komplexes (CH_1AB) zugeordnet. Das Niveau H180 wurde in der Literatur bisher mit dem Donator-Zustand der CH_1AB-Konfiguration in Verbindung gebracht. Diese Hypothese konnte nicht bestätigt werden. Es wird gezeigt, dass H180 eine Barriere für den Löchereinfang von etwa 53 meV besitzt, was die Bestimmung des Ladungszustandes aus der Feldabhängigkeit der Emissionsrate erschwert. Die Aktivierungsenergie von H180 stimmt jedoch befriedigend mit der berechneten Aktivierungsenergie des Akzeptorzustandes der CH_T-Konfiguration überein, bei der H auf der T-Zwischengitterposition sitzt. Daher wird H180 vorläufig dem CH_T-Komplex zugeordnet. Das Niveau H50, welches zum ersten Mal hier beschrieben wird, wird nur mit sehr geringen Konzentrationen nachgewiesen. Dies erschwert die Bestimmung des Ladungszustandes. Die Aktivierungsenergie von H50 stimmt jedoch auffallend gut mit dem von der Theorie vorhergesagten Akzeptorniveau von CH_2AB (Ev+0.07 eV) überein. Daher wird H50 vorrübergehend CH_2AB zugeordnet. Das Einbringen von Wasserstoff in Silizium durch nasschemisches Ätzen führt zu drei dominanten Defektniveaus bei Ec-0.11 eV (E65), Ec-0.13 eV (E75) und Ec-0.16 eV (E90). E90 wurde bisher widersprüchlich von verschiedenen Autoren dem Donatorzustand und dem Akzeptorzustand der bindungszentrierten Konfiguration (CH_1BC) des CH-Komplexes zugeordnet. Dieser Widerspruch konnte aufgelöst werden. Es wird gezeigt, dass in Silizium mit niedrigem Sauerstoffanteil (< 1E17 cm^-3) zwei verschiedene Defektniveaus (E90 und E90') bei etwa 90 K in den DLTS-Spektren erscheinen, welche nur mit der Laplace DLTS-Technik aufgelöst werden können. Der Akzeptorzustand der CH_1BC-Konfiguration kann direkt nach nasschemischem Ätzen oder einer Wasserstoffplasma-Behandlung bei 373 K beobachtet werden. Im Gegensatz dazu wird durch eine Sperrspannungs-Temperung in Proben mit einer Donatorkonzentration von Nd > 1E15 cm^-3 der Donatorzustand eines CH_n-Komplexes (E90', Ec-0.14 eV), welcher mehr als ein Wasserstoffatom enthält, gebildet. Durch Vergleich mit theoretischen Berechnungen wird n > 2 geschlussfolgert. Die Niveaus E65 und E75 sind in Proben mit einem hohen Sauerstoffanteil (> 1E17 cm^-3) dominant. Beide Niveaus gehören zu einer durch ein O-Atom verzerrten CH_1BC-Konfiguration. Das Auftreten von zwei Niveaus wird durch zwei nicht-äquivalente Positionen des O-Atoms bezüglich der CH-Bindung erklärt. Die Eigenschaften von E42, E90, E262 und H180 wurden ebenfalls in verdünnten SiGe-Legierungen untersucht. Es wird gezeigt, dass Ge-Atome in der direkten Umgebung der Defekte zusätzliche Defektniveaus erzeugen, die in der Bandlücke nahe zu den Si-Defektniveaus liegen und von durch Ge-Atomen verzerrten Defekten stammen. Die beobachteten relativen Konzentrationen dieser Ge-korrelierten Niveaus kann mit Modellen der atomaren Struktur der Defekte erklärt werden. Eine Verschiebung der Defektniveaus proportional zum Ge-Anteil in der Legierung wurde beobachtet. Eine Extrapolation dieser Verschiebung legt den Schluss nahe, dass E90 und E262 auch in reinem Ge beobachtbar sein sollten. Tatsächlich wurde ein Wasserstoff-korrelierter Defekt E150 (Ec-0.31 eV) in n-Typ Germanium beobachtet. Die Konzentration von E150 ist nach einer Wasserstoffplasma-Behandlung wesentlich höher als nach nasschemischen Ätzen. Es wird gezeigt, dass E150 ein einzelnes Wasserstoffatom und ein noch unbekanntes Verunreinigungsatom enthält, höchstwahrscheinlich Kohlenstoff, Sauerstoff oder Silizium. Damit ist E150 ein sehr wahrscheinlicher Kandidat für einen CH-Komplex in Germanium.

Elektrochemische Doppelschichtkondensatoren (engl. Electrochemical Double-Layer Capacitors, EDLCs) stellen eine zunehmend wichtige Technologie auf dem Markt der elektrischen Energiespeicher dar. Sie zeichnen sich durch die Aufnahmefähigkeit großer Energiemengen, eine hohe Langzeitstabilität und ein schnelles Ansprechverhalten aus. Diese Eigenschaften sind Gründe, weshalb EDLCs als Speicherbausteine für Energierück-gewinnungssysteme oder zur Stabilisierung der Stromversorgung in diversen elektronischen Bauelementen eingesetzt werden. Die Aufnahme der Energie erfolgt über Ladungsseparation von Elektrolytionen an der Elektrodenoberfläche. Die Kapazität der Speicherfähigkeit wird dabei maßgeblich vom Betrag der Elektrodenoberfläche und dem Abstand der Elektrolytionen zur Oberfläche der Elektrode bestimmt (bei gleichbleibendem Elektrolyten). In der gegenwärtigen Forschung werden neue Elektrodenmaterialien entwickelt, um über deren Systemeigenschaften, wie Leitfähigkeit und Porosität, die Leistungsfähigkeit der Doppelschichtkondensatoren weiter zu optimieren. Gängige Komponenten für Elektroden in diesen Bauelementen stellen Kohlenstoffmaterialien dar, da diese chemisch inert und zumeist kostengünstig in der Produktion sind. In der vorliegenden Arbeit sollte die Eignung der Materialklasse der Siliziumoxykarbid-abgeleiteten Kohlenstoffe (engl. Silicon Oxycarbide-Derived Carbons, SiOCDCs) für die Anwendung in elektrochemischen Doppelschichtkondensatoren untersucht werden. Die SiOCDCs wurden über die Pyrolyse (700 – 1500 °C) und Chlorierung (700 – 1000 °C) eines kohlenstoffreichen Polysilsesquioxans mit der theoretischen Zusammensetzung C6H5SiO3/2 erzeugt. Dabei zeigte sich, dass sowohl die porösen Eigenschaften als auch die Leitfähigkeit innerhalb der erhaltenen Kohlenstoffmaterialien stark von der Synthesetemperatur abhängen. Somit konnten reine Kohlenstoffe mit spezifischen Oberflächen bis zu 2400 m2 g-1 und Porenvolumina von 1,9 cm3 g-1 synthetisiert werden. Im Verlauf der Arbeit wurde eine geeignete Methode zur Verarbeitung der erzeugten Oxykarbid-abgeleiteten Kohlenstoffe zu Elektroden evaluiert, um eine elektrochemische Charakterisierung vorzunehmen. Ein vielversprechender Ansatz stellt die vollkommen trockene Umsetzung der SiOCDCs zu freistehenden Elektrodenschichten dar. Dieses Verfahren nutzt die Verreibung der Aktivkomponente mit einem geringen Anteil (5 Gew.-%) eines Bindemittels (Polytetrafluorethylen, PTFE) aus, um flexible und selbsttragende Elektrodenfolien zu erzeugen. Die Vorteile dieses Prozesses gegenüber anderen Verarbeitungsarten liegen darin, dass aufwendige Trocknungsverfahren während der Elektrodenherstellung entfallen und die Schichtdicken der resultierenden Folien unmittelbar eingestellt werden können. Während der Untersuchung der unterschiedlichen Elektrodensysteme im organischen Elektrolyten (1 M Tetraethylammoniumtetrafluoroborat-Lösung in Acetonitril) konnten spezifische Kapazitäten von bis zu 120 F g-1 gemessen werden. Des Weiteren zeigte sich der Einfluss der Kohlenstoffstruktur innerhalb der Aktivmaterialien auf die elektrochemischen Resultate. So konnte festgestellt werden, dass eine zunehmende Graphitisierung im Kohlenstoff, welche mit einer steigenden Mesoporosität im SiOCDC einherging, zu einer verbesserten Leitfähigkeit innerhalb der EDLC-Elektroden führte, aber auch eine Verringerung der spezifischen Kapazität bedeutete. Die Verringerung der Widerstände im System weitete erheblich den Bereich der nutzbaren Arbeitsfrequenzen und die Strombelastbarkeit des Elektrodenmaterials aus. So bestand die Möglichkeit ein mesoporöses Kohlenstoffmaterial zu synthetisieren, welches mit einer maximalen Arbeitsfrequenz von 8 Hz einen Wert zeigte, der zwei Größenordnungen über der Arbeitsfrequenz eines kommerziell erhältlichen Standards (Aktivkohle YP-50F) lag. Dieses exzellente Ansprechverhalten bildet die Grundlage für den Einsatz in Hochleistungsspeichersystemen. Des Weiteren offenbarte sich, dass die trocken prozessierten Elektroden das Potential für eine hohe Langzeitstabilität besitzen, da je nach Elektrodensystem ein Erhalt von 94% der Ursprungskapazität über 10.000 Lade-/Entladezyklen beobachtet werden konnte. Die Modifikation der Elektrodenmaterialien mittels CO2-Aktivierung und eine damit verbundene Erhöhung der spezifischen Oberfläche führten zu einer Verbesserung der spezifischen Kapazität der Aktivkomponenten um bis zu 33%. Zusammenfassend bleibt zu erwähnen, dass poröse Oxykarbid-abgeleitete Kohlenstoffe erfolgreich über die Chlorierung von keramischen Vorläuferverbindungen synthetisiert werden konnten. Die Kohlenstoffmaterialien zeigten nach der Prozessierung zu freistehenden und flexiblen Elektrodenfilmen vielversprechende Eigenschaften bei der Nutzung in elektrochemischen Doppelschichtkondensatoren, wie hohe spezifische Kapazitäten, gute Langzeitstabilitäten und hohe Arbeitsfrequenzen bei Lade- und Entladevorgängen.

Die semiaride Steppe der Inneren Mongolei (China) ist ein gefährdetes Ökosystem. Der Wandel vom traditionellen nomadischen Lebensstil hin zur konventionellen Landwirtschaft überlastet die Steppe und führt zu Degradierung und Desertifikation. Besonders die intensive Beweidung belastet die weiten Grasflächen und mindert deren natürliches Potential Kohlen-stoff (C) im Boden zu speichern. Um den Einfluss unterschiedlicher Beweidungsintensitäten auf die semiaride Steppe zu untersuchen, wurden im Rahmen des Projektes Matter fluxes in grasslands of Inner Mongolia as influenced by stocking rate (MAGIM) das Einzugsgebiet des Xilin Flusses in der Inneren Mongolei von 2004 bis 2009 untersucht. Dafür wurden u. a. meteorologische und Eddykovarianz-Messungen an definierten Standorten durchgeführt. Ziel dieser Messungen war es, die Unterschiede im Energiehaushalt und den Kohlendioxid- und Wasserflüssen (CO2- und H2O-Flüsse) für die dominanten Steppenarten und unter verschiedenen Beweidungsintensitäten zu erfassen. Die Schließung der Energiebilanz ergab eine Schließungslücke von 10 – 30% in Abhängigkeit der meteorologischen Bedingungen, wobei die Lücke unter feuchten Bedingungen kleiner ist. Die gemessenen CO2- und H2O-Flüsse sind klein im Vergleich zu Grasländern in den gemäßigten Zonen und reagieren sensitiv auf Veränderungen der Einflussfaktoren. Dabei ist die Evapotranspiration (ET) eng an den eingehenden Niederschlag (P) gekoppelt und über längere Zeiträume wie ein Jahr entspricht ET dem P (ET: 185,7 mm a-1 bis 242 mm a-1; P: 138 mm a-1 bis 332 mm a-1). Die Jahressummen für den Nettoökosystemaustausch (NEE) reichen von -10,7 g C m-2 a-1 (2005) bis -67,5 g C m-2 a-1 (2007) für die unbeweidete Steppe und charakterisieren diese als eine leichte Nettosenke für atmosphärisches CO2. Grundsätzlich zeigt die unbeweidete Steppe eine höherer C-Sequestrierung (maximale C-Sequestrierung im Mittel -0,06 g C m-2 s-1) als die beweidete Steppe (maximale C-Sequestrierung im Mittel -0,02 g C m-2 s-1). Die Messergebnisse zeigen, dass die Steppe unter trockenen Verhältnissen zur CO2-Quelle wird, unter erhöhten Niederschlagsbedingungen zur CO2-Senke und die Beweidung die C-Sequestrierung des Ökosystems unter beiden Bedingungen einschränkt. Im Vergleich der beiden Steppenarten (Leymus chinensis und Stipa grandis) konnte für Leymus chinensis eine höhere Trockentoleranz beobachtet werden. Diese führt zu einer höheren C-Sequestrierung unter trockeneren Verhältnissen. Unabhängig von der Steppenart sind die wichtigsten Einflüsse auf das Ökosystem die Bodenfeuchte, die vom eingehenden P abhängt, die Temperatur (T) und die Beweidung. Diese Faktoren können dabei nicht unabhängig voneinander betrachtet werden. Der Einfluss durch die Beweidung beeinflusst das Ökosystem nachhaltig, wobei die Intensität und die Dauer (Jahre) der Beweidung entscheidend sind, da nicht nur die oberirdische Biomasse reduziert wird, sondern gleichzeitig die Bodeneigenschaften. Um die Sensitivität auf den CO2- und H2O-Austausch der semiariden Steppe über die Messungen hinaus abzuschätzen, wurden Simulationen mit den Modellen BROOK90 und DAILYDAYCENT (DDC) durchgeführt. Beide Modelle konnten gut an die Bedingungen der semiariden Steppe angepasst werden, wobei die Übereinstimmung zwischen der gemessenen und modellierten ET für BROOK90 besser war (r2 = 0,7) als für DDC (r2= 0,34). Beide Modelle konnten gut die Dynamik der ET-Messungen wiedergeben. Die Sensitivitätsanalyse hat gezeigt, dass die Beziehung zwischen P und ET entscheidend für das Ökosystem ist und sich Änderungen in der T nur zum Ende und Beginn der Vegetationsperiode auf den Wasseraustausch auswirken. DDC konnte sehr gut den gemessenen CO2-Austausch simulieren. Die Ergebnisse zeigen die Sensitivität gegenüber den klimatischen Faktoren T, P und der Beweidung. Die CO2-Flüsse werden durch hohe Beweidungsintensitäten so stark minimiert, dass andere Einflussfaktoren dahinter zurücktreten. Bei leichten Beweidungsintensitäten wirkt sich dagegen besonders der P auf die Austauschprozesse aus. Die DDC-Ergebnisse zeigen, dass unter den derzeitigen Bedingungen der bodenorganische Kohlenstoff (SOC) verringert wird, also C aus dem Boden freigesetzt wird. Auch unter unbeweideten Verhältnissen steigt der SOC nicht wieder auf das Ausgangsniveau (von vor der Beweidung) an. Die Ergebnisse zeigten, dass die C-Sequestrierung der Steppe nur erhöht werden kann, wenn der P steigt, die T in einem Optimumbereich (+/- 2°C) bleibt und die Beweidung minimiert wird. Die Messungen und Modellergebnisse zeigen, dass der Niederschlag der limitierende Faktor der semiariden Steppe ist. P bestimmt die Bodenfeuchte, diese wiederum beeinflusst das Pflanzenwachstum und somit den CO2- und H2O-Austausch der Pflanzen. Die Beweidung strapaziert das Ökosystem und reduziert dadurch die CO2- und H2O-Flüsse und verändert die Bodeneigenschaften nachhaltig. Unabhängig von der klimatischen Entwicklung, ist die derzeitige überwiegend hohe Beweidungsintensität der Steppe eine Belastung für das Ökosystem und schränkt das Pflanzenwachstum langfristig ein, was u. a. die Desertifikation begünstigt. / Semiarid grasslands in Inner Mongolia (China) are degrading. The change from the traditional Nomadic lifestyle to conventional agriculture stresses the semiarid grasslands and increases desertification. In particular, intense grazing of the semiarid grasslands reduces their potential of storing carbon (C) in the soil. In the project Matter fluxes in grasslands of Inner Mongolia as influenced by stocking rate (MAGIM) a team of scientists researched the catchment area of the Xilin River to investigate impacts of different grazing intensities on semiarid grasslands. Meteorological and eddy covariance measurements took place from 2004 to 2009. The aim of the measurements was to examine the energy balance and the exchange of the carbon dioxide (CO2) and water (H2O) fluxes of the dominant grasslands in Inner Mongolia under different grazing intensities. The energy balance could be closed by 70 – 90% depending on the driving factors. The energy balance shows a smaller gap for moist conditions. The CO2 und H2O fluxes in the study area are much smaller than in temperate grasslands and show a high sensitivity towards the driving factors. Evapotranspiration (ET) is closely connected to the precipitation (P) and over longer periods of a year or more, ET nearly matches P (ET: 185.7 mm a-1 to 242 mm a-1; P: 138 mm a-1 to 332 mm a-1). The annual net ecosystem exchange (NEE) of ungrazed grassland ranges from -10.7 g C m-2 a-1 (2005) to -67.5 g C m-2 a-1 (2007), which makes the grassland a small CO2-sink. Overall, ungrazed grassland shows higher C sequestration (averaged maximum -0.06 g C m-2 s-1) than grazed grassland (averaged maximum -0.02 g C m-2 s-1). The measurements show the semiarid grassland as a CO2-source under dry conditions and as a CO2-sink under moist conditions, while grazing decreases the C sequestration for both climatic conditions. A comparison of the two dominant steppe types (Leymus chinensis and Stipa grandis) showed a higher tolerance for Leymus chinensis under dry conditions, which resulted in higher C sequestration for this vegetation. Besides the steppe type, the main driving factors are P, temperature (T) and grazing. These factors can not only be considered in isolation, but cross correlation needs to get considered as well. Grazing affects the sustainability of the ecosystem, with an increasing impact due to grazing intensity and duration (years). The impact of grazing influences the vegetation directly and shows indirect impacts for the soil properties. Simulations with the models BROOK90 and DAILYDAYCENT (DDC) enable a sensitivity analysis of CO2 and H2O fluxes of the semiarid grassland. Both models performed well, but BROOK90 showed a better fit to observed ET (r2 = 0.7) than DDC (r2= 0.34). Both models simulated the dynamics of the measured ET well. The sensitivity analysis showed a close relationship between P und ET and a smaller impact on ET due to a change in T. DDC performs well in the simulation of CO2 exchange dynamics of the semiarid grassland. The results show for high grazing intensities a decreasing influence of the other driving factors. A change in P has an influence on CO2 and H2O fluxes under low grazing intensities. The results also show a decrease in soil organic carbon (SOC) as grazing intensity increases (under current climatic conditions). An increase in SOC could only be achieved under an increase in P, an optimum T and low grazing intensities. The measurements and results of the simulations indentify P as the main driving factor controlling the CO2 and H2O fluxes in the semiarid grassland. P influences the soil moisture and this influences plant growth, which governs the CO2 and H2O exchange of the vegetation. Grazing decreases the CO2 and H2O exchange and affects the soil properties in the long term. Besides climate change, the current high grazing intensities of the semiarid grassland have a negative impact on the ecosystem, decreasing plant growth and increasing desertification.

Es werden die physikalischen Grundlagen zur inelastischen Streuung mittelschneller Elektronen im Hinblick auf die Untersuchung des Energieverlustes beschrieben. Die instrumentellen Grundlagen der Energieverlust-Spektroskopie unter besonderer Berücksichtigung des Einsatzes in Transmissionselektronenmikroskopen werden erläutert. Der Einfluß des erfaßsten Streuwinkelbereichs wird diskutiert. Es werden Möglichkeiten zur Auswertung von Energieverlustmessungen im Bereich der Interbandübergangs- und Plasmonanregungen sowie im Bereich der Anregung von tieferliegenden (Rumpf-)Zuständen angegeben. Zur Anwendung der Elektronen-Energieverlust-Spektroskopie werden einige Beispiele angeführt. Von Messungen an ionengestützt abgeschiedenen Kohlenstoff- und Kohlenstoff-Stickstoff-Schichten werden Aussagen zur elektronischen und atomaren Struktur abgeleitet. Diese Ergebnisse werden unter Berücksichtigung relevanter Strukturmodelle und Abscheideparameter diskutiert. Aus Untersuchungen von Bornitridschichten wird eine vertikale Schichtung von kubischem Bornitrid über hexagonal koordiniertem verifiziert. Die Streuphase des bei der Ionisation des Al-1s-Zustandes entstehenden Sekundärelektrons bei der Rückstreuung an den nächsten Nachbarn wird durch Untersuchung der kantenfernen Feinstruktur bestimmt. Weitere Untersuchungen kantennaher Feinstrukturen an einer amorphen SiCrAl-Schicht sowie an Kohlenstoffschichten werden vorgestellt. Mögliche Einflüsse kovalenter Bindungen auf die Ergebnisse werden dabei diskutiert. Schließlich werden räumlich hochauflösende Energieverlustmessungen vorgestellt, die zum Nachweis etwa 2 nm dicker Vanadiumoxidschichten auf Rutilkristalliten führten.

Die Bildung von CoSi$_{2}$ bei der Festphasenreaktion duenner Co-Schichten mit Si(001)-Substraten bei verschiedenen Herstellungsverfahren wird elektronenmikroskopisch untersucht. Die Ergebnisse koennen mit RBS- und XRD-Resultaten korreliert werden. Praeparationsmethoden elektronentransparenter Proben werden erlaeutert. Die gebildeten Silicidschichten werden in bezug auf die enthaltenen Phasen und Orientierungsbeziehungen ihrer Kristallite untereinander und zum Si-Substrat charakterisiert. Es wird gezeigt, dass die Reaktion von Co-Schichten mit Si$_{1-x}$C$_{x}$-Substraten (x <= 0.005) zu einem mit wachsendem Kohlenstoffgehalt steigenden Anteil epitaktischer Kristallite in der gebildeten CoSi$_{2}$-Schicht fuehrt. Die Ursache dafuer wird in der durch den Kohlenstoff behinderten Co-Diffusion gesehen. Die Rolle des Kohlenstoffs bei Diffusionsvorgaengen in Si wird diskutiert. Die Festphasenreaktion der Metall-Doppelschichtsysteme Co/Ti und Co/Hf auf Si(001)-Substraten mit dem Ziel der Epitaxie von CoSi$_{2}$ wird in bezug auf die unterschiedliche Wirkung der Zwischenschichtmetalle Ti und Hf, als Bildner einer Co-Diffusionsbarriere, untersucht. Es werden eine CoSi-Zwischenphase mit Vorzugsorientierungen ihrer Kristallite und die Nukleation des angestrebten epitaktischen CoSi$_{2}$ an der CoSi/Si-Grenzflaeche nachgewiesen. Die hoehere Qualitaet der epitaktischen CoSi$_{2}$-Schichten aus dem Co/Ti/Si-System wird auf eine effektivere Diffusionsbarriere zurueckgefuehrt, welche eine hoehere CoSi$_{2}$-Nukleationstemperatur bewirkt. Die gefundene Silicid-Phasensequenz wird unter thermodynamischen, kinetischen und strukturellen Gesichtspunkten diskutiert. / The formation of CoSi$_{2}$ by solid phase reaction using different methods is analysed by means of electron microscopy. The results correspond to RBS and XRD measurements. A description of the sample preparation for transmission electron microscopy is given. The formed silicide films are characterized with respect to the contents of different phases and the orientation relations between their crystallites and between them and the Si-substrate. For the reaction of Co films with Si$_{1-x}$C$_{x}$-substrates (x <= 0.005) it is shown that a rising carbon concentration of the Si-substrates leads to an increasing content of epitaxial crystallites in the CoSi$_{2}$-films formed. The reason for this is supposed to be the limitation of the Co diffusion caused by the carbon. The role played by carbon in diffusion processes in Si is discussed. The solid phase reaction of the metallic bi-layers Co/Ti and Co/Hf with Si(001)-substrates aimed at CoSi$_{2}$ epitaxy is analysed concerning the different effects produced by Ti and Hf as barrier-forming film materials. An intermediately appearing CoSi-phase with preferred orientations of its crystallites and the nucleation of the epitaxial CoSi$_{2}$, aimed at, at the CoSi/Si-interface were found. The higher quality of the epitaxial CoSi$_{2}$ obtained in the Co/Ti/Si-system is attributed to a more effective diffusion barrier in this film system, causing a higher CoSi$_{2}$ nucleation temperature. The found sequence of silicide phases is discussed taking into consideration thermodynamical, kinetical and structural aspects.

Poröse Kohlenstoffmaterialien zeichnen sich durch hohe spezifische Oberflächen und Porenvolumina, eine gute elektrische Leitfähigkeit sowie hohe mechanische und chemische Stabilität aus. Sie werden in Anwendungen wie der Gasspeicherung oder der elektrochemischen Energiespeicherung eingesetzt. Besondere Aufmerksamkeit erfährt momentan die Energiespeicherung, unter anderem durch die fortschreitende Verbreitung der Elektromobilität. Als besonders effizient haben sich elektrochemische Energiespeichermaterialien, zum Beispiel für Doppelschichtkondensatoren (EDLCs) und Batterien, herausgestellt. Ein vielversprechendes Batteriesystem ist die Lithium-Schwefel-Batterie (LiS-Batterie). Mit diesem System können wesentlich höhere gravimetrische Energiedichten als mit Lithium-Ionen-Batterien erreicht werden. Poröser Kohlenstoff stellt aufgrund der hohen Porosität, der guten elektrischen Leitfähigkeit und der chemischen Beständigkeit ein ideales Elektrodenmaterial für die Anwendung sowohl in EDLCs als auch in LiS-Batterien dar. Bei den im industriellen Maßstab am häufigsten eingesetzten Aktivkohlen ist nachteilig, dass während der Synthese nur begrenzte Kontrolle über das Porensystem vorhanden ist. Zudem sind die Poren oft flaschenhalsartig, was zu einer schlechten Zugänglichkeit des Porensystems führt und dadurch den Stofftransport limitiert. Eine verbesserte Kontrolle über das Porennetzwerk bieten das Templatverfahren oder die Synthese von Kohlenstoffen aus Carbiden. Diese Methoden ermöglichen es zudem, Poren unterschiedlicher Größe, das heißt, ein hierarchisches Porensystem, einzubringen. Dies ist vorteilhaft für Prozesse, in denen sowohl eine hohe Adsorptionskapazität als auch ein schneller Stofftransport notwendig sind. Die meisten dieser Synthesen haben die Nachteile, dass sie komplex sind und viel Abfall produzieren. Eine vergleichbar neue Methode zur Herstellung von hierarchischen Kohlenstoffen ist die Synthese von Kroll-Kohlenstoffen über eine reduktive Carbochlorierung. Dieses Verfahren ist dem Schlüsselschritt des Kroll-Prozesses zur Herstellung von Titan nachempfunden. Dafür werden oxidische Nanopartikel mit Kohlenstoff beschichtet und durch Behandlung mit heißem Chlorgas in Kohlenstoff überführt. Diese Synthese ermöglicht neben der Kontrolle der Mesoporengröße über die Größe der Nanopartikel gleichzeitig die Einbringung von Mikroporen durch das Ätzen von Kohlenstoff während der Carbochlorierung, sodass in wenigen Syntheseschritten ein hierarchisches Porensystem generiert werden kann. In dieser Arbeit wurde untersucht, ob sich der Ansatz der Carbochlorierung auf weitere Systeme übertragen lässt. Durch postsynthetische Aktivierung wurde die Porosität von Kroll-Kohlenstoff unter Erhalt der Porenstruktur gesteigert. So war es möglich, Kohlenstoffe mit spezifischen Oberflächen von mehr als 2700 m²/g und Porenvolumina von 3 cm³/g zu synthetisieren. Die Mesoporenstruktur konnte aufrechterhalten werden, während sowohl der Anteil von Meso- als auch Mikroporen erhöht werden konnte. Aktivierter Kroll-Kohlenstoff wurde in EDLCs als Elektrodenmaterial untersucht. Mit 1 M Schwefelsäure als Elektrolyt konnten spezifische Kapazitäten von 160 F/g über galvanostatische Lade-/Entlademessungen erreicht werden, wobei bei hohen Lade-/Entladeströmen von 10 A/g noch 87 % der Maximalkapazität abgerufen werden konnten. Weiterhin wurde der Frage nachgegangen, ob mittels Carbochlorierung geordnete mesoporöse Kohlenstoffe synthetisiert werden können. Dafür wurden sowohl Harttemplat- als auch Weichtemplatmethoden eingesetzt. Im Harttemplatverfahren war es möglich, geordneten mesoporösen Kohlenstoff DUT-118 zu synthetisieren.7 DUT-118 weist eine höhere spezifische Oberfläche und ein höheres Porenvolumen im Vergleich zu Kohlenstoff auf, der über das klassische „Nanocasting“ hergestellt wird. Durch die Carbochlorierung kann zudem der Mikroporenanteil des Materials im Vergleich zur klassischen Templatentfernung gesteigert werden, was durch Präadsorptionsexperimente mit n-Nonan nachgewiesen wurde. In einer weichtemplatgestützten Synthese konnte geordneter mesoporöser Kohlenstoff DUT-119 aus Oxid/Kohlenstoff-Kompositen mittels Carbochlorierung synthetisiert werden. DUT-119 verfügt über eine spezifische Oberfläche von über 2200 m²/g, ein Porenvolumen von mehr als 2 cm³/g und ein hierarchisches Porensystem. Aufgrund des hierarchischen Mikro-/Mesoporensystems ist DUT-119 hervorragend als Kathodenmatrix in LiS-Batterien geeignet. Besonders hervorzuheben ist die geringe Menge an eingesetztem Elektrolyt von nur 5 μL/mgSchwefel. Die gefertigte Zelle ist über 50 Zyklen stabil und verfügt über eine herausragende Flächenkapazität von 3,7 mAh/cm² nach 50 Zyklen. Verstärkt im Fokus der Forschung stehen Kohlenstoffe, welche mit Heteroatomen dotiert sind. Durch Dotierung können die Eigenschaften der Kohlenstoffe hinsichtlich Polarität oder elektrochemischer Eigenschaften optimiert werden.8,9 Deshalb wurde untersucht, ob über die Carbochlorierung stickstoffdotierter Kohlenstoff synthetisiert werden kann. Dafür wurde ein metallorganisches Netzwerk (MOF) zu Kroll-Kohlenstoff DUT-127 umgesetzt. In Abhängigkeit von der Synthesetemperatur von 600–900 °C konnten spezifische Oberflächen von 1450–2750 m²/g und Porenvolumina zwischen 0,8 und 2 cm³/g erreicht werden. Da das eingesetzte MOF Aminogruppen enthielt, sind in DUT-127 Stickstoffdotierungen vorhanden, was zu einer verringerten Hydrophobie führt. DUT-127 wurde als Elektrodenmaterial in EDLCs eingesetzt. Mit 1 M Schwefelsäure konnten spezifische Kapazitäten von 165 F/g, ermittelt über galvanostatische Lade-/Entlademessungen, erreicht werden. Besonders bei hohen Lade-/Entladeströmen von 12,5 A/g konnten über 90 % der maximalen Kapazität abgerufen werden. Weiterhin ist die hohe Arbeitsfrequenz von über 25 Hz hervorzuheben. Beides wird durch die gute Benetzbarkeit, das ausgeprägte Transportporensystem sowie die geringe Partikelgröße ermöglicht. Der große Vorteil der Synthese von Kroll-Kohlenstoffen über die Carbochlorierung ist der Verzicht auf Lösemittel während der Templatentfernung. Wünschenswert ist es, zukünftig ebenfalls die Synthese der Präkursoren und Template möglichst lösemittelfrei zu gestalten. Die Porenstruktur (Textur) eines porösen Materials bestimmt in großem Maße die Leistungsfähigkeit in einer bestimmten Anwendung. Deshalb wird der exakten Charakterisierung des Porensystems viel Aufmerksamkeit gewidmet. Neben Methoden wie der Gasadsorption sind bildgebende Verfahren ein wichtiges Hilfsmittel, um Informationen über Porengröße, -geometrie und -konnektivität zu erhalten. In einem ersten „Proof of Concept“ wurden die Porensysteme nanoporöser Materialien mit definierter Porenstruktur durch Röntgenmikroskopie untersucht. Dabei konnten Poren bis zu einer Größe von etwa 60 nm aufgelöst werden. Weiterhin war es möglich, aus den aufgenommenen Bilderserien Rekonstruktionen zu erstellen, wodurch Einblicke in das Innere des Partikels möglich wurden. Für die erfolgreiche Rekonstruktion einer Bilderserie ist es notwendig, dass diese optimal ausgerichtet ist. Aufgrund der hohen Uniformität der untersuchten Proben ist dies ein anspruchsvoller Prozess, der noch weiter optimiert werden muss. Dadurch könnten weitere Einblicke in die untersuchten Proben, beispielsweise durch eine quantitative Diskussion der Porosität, gewonnen werden.

In this thesis, a comprehensive study of the electrical properties of carbon-hydrogen (CH) complexes in silicon (Si) and silicon-germanium (SiGe) alloys is presented. These complexes form by the reaction of residual carbon impurities with hydrogen that is introduced either by wet chemical etching or a dc hydrogen plasma. The complexes were detected and characterized by the deep level transient spectroscopy (DLTS), Laplace DLTS, and minority carrier transient spectroscopy (MCTS) technique. With this approach, properties like the activation enthalpy for carrier emission, the capture cross section, the charge state, and the thermal stability of the complexes were determined. The composition of the complexes was derived from the analysis of their depth profiles in samples with different impurity concentrations. Using these methods, eight carbon-hydrogen related defect levels (E42, E65, E75, E90, E90', E262, H50, H180) and one hydrogen related level (E150) were detected in Si, SiGe alloys and Ge. Hydrogen plasma treatment at temperatures around 373 K introduces four dominant traps in Si at about Ec-0.06 eV (E42), Ec-0.52 eV (E262), Ev+0.33 eV (H180), and Ev+0.08 eV (H50). E42 and E262 are shown to be two charge states of the same defect. The characteristic field dependence of their emission rate links E42 with the double acceptor level and E262 with the single acceptor level of a CH complex. By comparison of their properties with calculations they are assigned to the anti-bonding configuration of the CH complex (CH_1AB). H180 was previously suggested to be the donor state of the CH_1AB configuration. This hypothesis could not be confirmed. Instead, it is shown that H180 exhibits a barrier for hole capture of about 53 meV, which hinders the reliable determination of its charge state from the field dependence of the emission rate. However, its activation enthalpy is in reasonable agreement with the predicted level position of the acceptor state of the CH_T configuration of CH, where H sits on the tetrahedral interstitial (T) position next to carbon. Therefore, H180 is tentatively assigned to CH_T. H50 is reported for the first time and it appears with concentrations close to the detection limit of the DLTS technique (~1E11 cm^-3). This complicates the determination of its charge state. Nevertheless, theory predicts the acceptor level of the CH_2AB configuration at about Ev+0.07 eV, which is remarkably close to the experimental value of H50. Therefore, H50 is tentatively assigned to the acceptor level of CH_2AB. In contrast, hydrogenation of silicon by wet chemical etching introduces three dominant levels at Ec-0.11 eV (E65), Ec-0.13 eV (E75), and Ec-0.16 eV (E90). Previously, E90 was contradictorily assigned by different authors to the donor and to the acceptor state of the bond-centered configuration of the CH complex (CH_1BC). In this work, this contradiction is resolved. It is shown that two different defect levels (E90 and E90') appear in the DLTS spectra at about 90 K in samples with a low oxygen concentration (< 1E17 cm^-3). The acceptor state of the CH_1BC configuration (E90) can be observed directly after hydrogenation by wet chemical etching or a dc hydrogen plasma treatment at temperatures below 373 K. In contrast, the donor state of a CH_n complex (E90', Ec-0.14 eV), that involves more than one hydrogen atom, is formed by a reverse bias annealing of samples with a net donor concentration of Nd > 1E15 cm^-3. By comparison with theory it is concluded that n > 2. In samples with a high oxygen concentration (> 1E17 cm^-3) E65 and E75 are dominant. Both levels belong to the CH_1BC configuration disturbed by a nearby oxygen atom. The appearance of two levels is the result of two inequivalent positions of the oxygen atom in respect to the CH bond. E42, E90, E262, and H180 are also investigated in diluted SiGe alloys to analyze the influence of alloying on their electrical properties. The presence of Ge atoms in the closest environment of the defects leads to the appearance of additional defect levels close to those observed in pure Si. The relative concentration of these additional defects is in agreement with models of the proposed defect structure of E42, E90, E262, and H180. An increase of the Ge content in SiGe alloys leads to a shift of the defect levels in the band gap of SiGe. An extrapolation of this shift predicts the appearance of E90 and E262 also in pure Ge. A hydrogen related level E150 (Ec-0.31 eV) is indeed observed in hydrogenated n-type Ge. Its concentration is significantly higher after hydrogen plasma treatment than after wet chemical etching. It is shown that E150 contains a single hydrogen atom and involves an unknown impurity, most likely carbon, oxygen, or silicon. E150 represents a reasonable candidate for a CH complex in Ge. / In dieser Arbeit werden die elektrischen Eigenschaften von Kohlenstoff-Wasserstoff-Komplexen in Silizium (Si) und Silizium-Germanium-Legierungen (SiGe) studiert. Diese Komplexe bilden sich durch Reaktion von Kohlenstoff-Verunreinigungen mit Wasserstoff, welcher durch nasschemisches Ätzen oder eine Wasserstoffplasma-Behandlung eingebracht wird. Der Nachweis und die Charakterisierung der Defekte erfolgte mit den Methoden der Kapazitätstransientenspektroskopie (DLTS), Laplace DLTS und der Minoritätsladungsträgertransientenspektroskopie (MCTS). Damit wurden Eigenschaften wie die Aktivierungsenergie der Ladungsträgeremission, die Einfangquerschnitte, der Ladungszustand und die thermische Stabilität der Komplexe bestimmt. Die Zusammensetzung der Komplexe wurde durch eine Analyse der Tiefenprofile ermittelt, welche in Proben mit verschiedenen Verunreinigungskonzentrationen gemessen wurden. Mit diesen Methoden wurde acht Kohlenstoff-Wasserstoff-korrelierte Defektniveaus (E42, E65, E75, E90', E90, E262, H50, H180) in Si und SiGe und ein Wasserstoff-korreliertes Niveau in Ge nachgewiesen. Eine Wasserstoffplasma-Behandlung bei Temperaturen um 373 K erzeugt vier dominante Defektniveaus in Si bei Ec-0.06 eV (E42), Ec-0.52 eV (E262), Ev+0.33 eV (H180) und Ev+0.08 eV. Es wird gezeigt, dass E42 und E262 zwei Ladungszustände desselben Defektes sind. Die charakteristische Feldabhängigkeit der Emissionsrate zeigt, dass E42 der Doppel-Akzeptor- und E262 der Einfach-Akzeptor-Zustand eines CH-Komplexes ist. Durch Vergleich der beobachteten Eigenschaften mit theoretischen Berechnungen werden beide Niveaus der antibindenden Konfiguration des CH-Komplexes (CH_1AB) zugeordnet. Das Niveau H180 wurde in der Literatur bisher mit dem Donator-Zustand der CH_1AB-Konfiguration in Verbindung gebracht. Diese Hypothese konnte nicht bestätigt werden. Es wird gezeigt, dass H180 eine Barriere für den Löchereinfang von etwa 53 meV besitzt, was die Bestimmung des Ladungszustandes aus der Feldabhängigkeit der Emissionsrate erschwert. Die Aktivierungsenergie von H180 stimmt jedoch befriedigend mit der berechneten Aktivierungsenergie des Akzeptorzustandes der CH_T-Konfiguration überein, bei der H auf der T-Zwischengitterposition sitzt. Daher wird H180 vorläufig dem CH_T-Komplex zugeordnet. Das Niveau H50, welches zum ersten Mal hier beschrieben wird, wird nur mit sehr geringen Konzentrationen nachgewiesen. Dies erschwert die Bestimmung des Ladungszustandes. Die Aktivierungsenergie von H50 stimmt jedoch auffallend gut mit dem von der Theorie vorhergesagten Akzeptorniveau von CH_2AB (Ev+0.07 eV) überein. Daher wird H50 vorrübergehend CH_2AB zugeordnet. Das Einbringen von Wasserstoff in Silizium durch nasschemisches Ätzen führt zu drei dominanten Defektniveaus bei Ec-0.11 eV (E65), Ec-0.13 eV (E75) und Ec-0.16 eV (E90). E90 wurde bisher widersprüchlich von verschiedenen Autoren dem Donatorzustand und dem Akzeptorzustand der bindungszentrierten Konfiguration (CH_1BC) des CH-Komplexes zugeordnet. Dieser Widerspruch konnte aufgelöst werden. Es wird gezeigt, dass in Silizium mit niedrigem Sauerstoffanteil (< 1E17 cm^-3) zwei verschiedene Defektniveaus (E90 und E90') bei etwa 90 K in den DLTS-Spektren erscheinen, welche nur mit der Laplace DLTS-Technik aufgelöst werden können. Der Akzeptorzustand der CH_1BC-Konfiguration kann direkt nach nasschemischem Ätzen oder einer Wasserstoffplasma-Behandlung bei 373 K beobachtet werden. Im Gegensatz dazu wird durch eine Sperrspannungs-Temperung in Proben mit einer Donatorkonzentration von Nd > 1E15 cm^-3 der Donatorzustand eines CH_n-Komplexes (E90', Ec-0.14 eV), welcher mehr als ein Wasserstoffatom enthält, gebildet. Durch Vergleich mit theoretischen Berechnungen wird n > 2 geschlussfolgert. Die Niveaus E65 und E75 sind in Proben mit einem hohen Sauerstoffanteil (> 1E17 cm^-3) dominant. Beide Niveaus gehören zu einer durch ein O-Atom verzerrten CH_1BC-Konfiguration. Das Auftreten von zwei Niveaus wird durch zwei nicht-äquivalente Positionen des O-Atoms bezüglich der CH-Bindung erklärt. Die Eigenschaften von E42, E90, E262 und H180 wurden ebenfalls in verdünnten SiGe-Legierungen untersucht. Es wird gezeigt, dass Ge-Atome in der direkten Umgebung der Defekte zusätzliche Defektniveaus erzeugen, die in der Bandlücke nahe zu den Si-Defektniveaus liegen und von durch Ge-Atomen verzerrten Defekten stammen. Die beobachteten relativen Konzentrationen dieser Ge-korrelierten Niveaus kann mit Modellen der atomaren Struktur der Defekte erklärt werden. Eine Verschiebung der Defektniveaus proportional zum Ge-Anteil in der Legierung wurde beobachtet. Eine Extrapolation dieser Verschiebung legt den Schluss nahe, dass E90 und E262 auch in reinem Ge beobachtbar sein sollten. Tatsächlich wurde ein Wasserstoff-korrelierter Defekt E150 (Ec-0.31 eV) in n-Typ Germanium beobachtet. Die Konzentration von E150 ist nach einer Wasserstoffplasma-Behandlung wesentlich höher als nach nasschemischen Ätzen. Es wird gezeigt, dass E150 ein einzelnes Wasserstoffatom und ein noch unbekanntes Verunreinigungsatom enthält, höchstwahrscheinlich Kohlenstoff, Sauerstoff oder Silizium. Damit ist E150 ein sehr wahrscheinlicher Kandidat für einen CH-Komplex in Germanium.

The new generation of three roll mills is able to monitor occurring process loads while dispersion. This paper focuses on the interpretation of the gathered data to find criteria quantifying the dispersion state online. The aim is process time reduction. We used impedance spectroscopy to identify the dispersion state and correlated it with the occurring process loads. The dispersion process of a wide spectrum of carbon based nano particles, namely carbon black, single walled carbon nanotubes, multi walled carbon nanotubes, a few-layer graphene powder, electrochemically exfoliated graphite and a functionalized electrochemically exfoliated graphite was investigated. The filler content was varied along the material’s electrical percolation threshold. The criteria found led to a reduction of processing time and revealed the prevalent mechanisms during dispersion.

Ziel der Arbeit ist die theoretische Analyse von Kohlenstoff-Clustern der Größe 100 - 500 Atome. Die experimentellen Beobachtungen sind bei dieser geringen Anzahl der Atome schwierig. Anderseits sind Kenntnisse über solche Cluster sehr wichtig, z.B. für die Keimbildung von Diamant auf Substraten, oder für die Kohlenstoff-Nanotechnologie (Fullerene, Nanotubes), oder für strukturelle Defekte in Kohlenstoff-Systemen. Es wurden gekrümmte Grenzflächen im Diamant simuliert. Zuerst mit einem empirischen Potential. Es wurde danach eine Methode entwickelt, bei der die schwach gestörten Gebiete einem empirischen Potential gehorchen, und die stark gestörten Gebiete, wo eine genaue Berechnung erforderlich ist, durch eine quantenmechanische Näherung beschrieben wurden. Somit kann man mit guter Genauigkeit große Systeme, bestehend aus einigen 10 (hoch)4 Atomen, simulieren, bei denen nur lokal quantenmechanische Methoden erforderlich sind. Mit diesem Hybrid-Code wurden weiterhin Diamantkeime auf Silizium gerechnet. Es wurden Aussagen bezüglich der Stabilität des Diamants auf dem Siliziumsubstrat, der kritischen Keimgröße, der Änderungen, die der Keim erfährt, gemacht. Ein anderes Gebiet ist die molekulardynamische Simulation bezüglich der Stabilität und des Transformationsverhaltens von Kohlenstoff-Nanoteilchen. Es wurden als »Rohstoffe» sowohl Diamant- und Graphitkristalle sphärischer, ellipsoidischer oder quadratischer Form benutzt, als auch amorpher Kohlenstoff. Es wurde demonstriert, daß sich Diamant unter höherer Temperatur und Bestrahlung in Kohlenstoffzwiebeln transformiert. Es wurde der innere Kern, bestehend aus zwei Schalen, der Kohlenstoffzwiebel simuliert. Es wurde, nach meinem Wissen, zum ersten Mal gezeigt, daß zwischen den Schalen der Kohlenstoffzwiebel Quer-Verbindungen (cross-links) existieren. Diese waren von den Experimentatoren vermutet worden. Sie bilden die Initiatoren der Diamantkeime der Kohlenstoffzwiebel bei ihrer ohne äußeren Druck möglichen Transformation in Diamant. Die Zentren der Kohlenstoffzwiebeln befinden sich bereits in der Entstehung der Zwiebel unter einem Selbstdruck. Bei den größeren Kohlenstoffzwiebeln beträgt der experimentell bestimmte Abstand zwischen den Schalen von außen nach innen von 3.34 Å bis 2.2 Å. Anlagen: nano1.mpg (91,8 MB); nano2.mpg (131 MB) Nutzung: Referat Informationsvermittlung der SLUB / The scope of this work is the analysis of carbon clusters of about 100 - 500 atoms. The experimental studies are at such small clusters heavy. Knowledges about thus clusters are very important, for example in the field of the nucleation of diamond on substrates, or for the carbon nano-technology (fullerene, nanotubes), or for local defects in carbon systems. There were simulated curved interfaces in diamond. Firstly with an empirical potential. Than I developed a method, in wich the defects and the structure around them are treated by a quantum mechanical algorithm and the rest with a near to ideal structure with an empirical potential. So, it is possible an accurate calculation of great systems of about 10 (high)4 atoms on wich only locally quantum mechanical methods are necessary. With this hybrid-code diamond nuclei on silicon substrate were simulated. The stability of the diamond nuclei on the silicon substrate, the critical radius of the nuclei and the changes of the nuclei during his transformation was investigated. Another field of investigations is the molecular dynamics simulation of free carbon clusters. The initial structures had spherical, ellipsoidical or square form and consists of diamond and graphite or a free form in the case of amorphous carbon. It was demonstrated that diamond transforms at higher temperatures and under irradiation in carbon onions. The genesis of the nucleus of a carbon onion with two shells was here for the first time simulated. The existence of the cross-links between the shells of a carbon onion was demonstrated. These existence was expected from the experimentators. The cross-links are the initiators of the transformation of carbon onions to diamond. The center of carbon onions is under self-pressure, because the distance between the outer shells is about 3.34 Å and between the inner shells about 2.2 Å. Appendix: nano1.mpg (91,8 MB); nano2.mpg (131 MB) Usage: Referat Informationsvermittlung/ SLUB