Techn. University, Diss., 2003--Dresden.

Lüneburg, University, Diss., 2003. / Dateien im PDF-Format.

Chemnitz, Techn. Univ., Diss., 2002.

Bibliographische Beschreibung und Referat Dani, Ines "ECR-Plasmadiagnostik im System Ar-H2-N2-TMS und Charakterisierung der entstehenden SiCxNy:H-Schichten" Technische Universität Chemnitz, Institut für Physik, Dissertation, 2002 (102 Seiten, 62 Abbildungen, 17 Tabellen, 74 Literaturstellen) In den letzten Jahren wurde im Rahmen der Entwicklung neuartiger Hartstoffschichten verstärkt das System Si-C-N untersucht. Das am häufigsten zur Herstellung genutzte Verfahren ist die chemische Gasphasenabscheidung (CVD). Plasmagestützte CVD-Verfahren bieten die Möglichkeit, auch bei geringen Substrattemperaturen Schichten mit guten mechanischen Eigenschaften herzustellen. Der Abscheideprozess ist jedoch sehr komplex und bis heute nicht vollständig verstanden. Eine Optimierung erfolgt daher meist nach dem trial-and-error-Prinzip, was aber durch die Vielzahl an frei wählbaren Parametern sehr zeitaufwendig ist. Der Zusammenhang zwischen äußeren, regelbaren Parametern und inneren Entladungsparametern ist die Grundlage für ein besseres Verständnis der Plasmachemie und der Schichtwachstumsprozesse in einem molekularem Nichtgleichgewichtsplasma. Da beschichtende Plasmen besonders hohe Anforderungen an die verwendeten Diagnostikverfahren stellen, ist es in den meisten Fällen nicht möglich, die primär für die Schichtbildung interessanten Teilchen zu beobachten. Nur aus der Kombination sich ergänzender Verfahren können elementare Prozesse der Schichtbildung bestimmt werden. Aus ihrer Kenntnis ergibt sich die Möglichkeit einer gezielten Beeinflussung von Schichteigenschaften auf der Basis physikalisch relevanter Größen. In dieser Arbeit wird die Herstellung von amorphen SiCxNy:H-Schichten mit einem ECR-plasmagestützten CVD-Verfahren untersucht. Als Precursor wird dabei Tetramethylsilan (TMS) genutzt. Das vorrangig zur Bestimmung von Teilchenzahldichten eingesetzte Verfahren ist die optische Emissionsspektroskopie. Eine Weiterentwicklung der Aktinometrie ermöglicht die Bestimmung absoluter Teilchenzahldichten unter Beschichtungsbedingungen. Unter Zugrundelegung des Korona-Modells und der Nutzung publizierter Ratenkoeffizienten werden die Grundzustandsdichten von atomarem Wasserstoff, CH und Silicium berechnet. Die Überprüfung der Methode anhand von Argon zeigt eine ausgezeichnete Übereinstimmung zwischen den optisch bestimmten und den gaskinetisch berechneten Teilchenzahldichten. Die Verfälschung der berechneten Teilchenzahldichten durch dissoziative Anregung von H durch H2 ist in einem Plasma mit H2-Zugabe nicht zu vernachlässigen. Dagegen ist der Einfluss dissoziativer Anregung aus TMS auf H, CH und Si sehr gering. Die Teilchenzahldichten von Si und CH sind bei konstantem TMS-Fluss von der Elektronendichte abhängig, bei steigendem TMS-Fluss kommt es in Abhängigkeit von der jeweiligen Elektronendichte zu einer Sättigung. Die Teilchenzahldichte von atomarem Wasserstoff steigt linear mit dem TMS-Fluss. Eine Abscheidung mit hoher Rate ist nur durch Si-haltige Precursorfragmente mit kleinen Massenzahlen möglich. Als Maß für die Entstehung dieser Fragmente können die Teilchenzahldichten von Si bzw. CH genutzt werden.

Bibliographische Beschreibung und Referat Dani, Ines "ECR-Plasmadiagnostik im System Ar-H2-N2-TMS und Charakterisierung der entstehenden SiCxNy:H-Schichten" Technische Universität Chemnitz, Institut für Physik, Dissertation, 2002 (102 Seiten, 62 Abbildungen, 17 Tabellen, 74 Literaturstellen) In den letzten Jahren wurde im Rahmen der Entwicklung neuartiger Hartstoffschichten verstärkt das System Si-C-N untersucht. Das am häufigsten zur Herstellung genutzte Verfahren ist die chemische Gasphasenabscheidung (CVD). Plasmagestützte CVD-Verfahren bieten die Möglichkeit, auch bei geringen Substrattemperaturen Schichten mit guten mechanischen Eigenschaften herzustellen. Der Abscheideprozess ist jedoch sehr komplex und bis heute nicht vollständig verstanden. Eine Optimierung erfolgt daher meist nach dem trial-and-error-Prinzip, was aber durch die Vielzahl an frei wählbaren Parametern sehr zeitaufwendig ist. Der Zusammenhang zwischen äußeren, regelbaren Parametern und inneren Entladungsparametern ist die Grundlage für ein besseres Verständnis der Plasmachemie und der Schichtwachstumsprozesse in einem molekularem Nichtgleichgewichtsplasma. Da beschichtende Plasmen besonders hohe Anforderungen an die verwendeten Diagnostikverfahren stellen, ist es in den meisten Fällen nicht möglich, die primär für die Schichtbildung interessanten Teilchen zu beobachten. Nur aus der Kombination sich ergänzender Verfahren können elementare Prozesse der Schichtbildung bestimmt werden. Aus ihrer Kenntnis ergibt sich die Möglichkeit einer gezielten Beeinflussung von Schichteigenschaften auf der Basis physikalisch relevanter Größen. In dieser Arbeit wird die Herstellung von amorphen SiCxNy:H-Schichten mit einem ECR-plasmagestützten CVD-Verfahren untersucht. Als Precursor wird dabei Tetramethylsilan (TMS) genutzt. Das vorrangig zur Bestimmung von Teilchenzahldichten eingesetzte Verfahren ist die optische Emissionsspektroskopie. Eine Weiterentwicklung der Aktinometrie ermöglicht die Bestimmung absoluter Teilchenzahldichten unter Beschichtungsbedingungen. Unter Zugrundelegung des Korona-Modells und der Nutzung publizierter Ratenkoeffizienten werden die Grundzustandsdichten von atomarem Wasserstoff, CH und Silicium berechnet. Die Überprüfung der Methode anhand von Argon zeigt eine ausgezeichnete Übereinstimmung zwischen den optisch bestimmten und den gaskinetisch berechneten Teilchenzahldichten. Die Verfälschung der berechneten Teilchenzahldichten durch dissoziative Anregung von H durch H2 ist in einem Plasma mit H2-Zugabe nicht zu vernachlässigen. Dagegen ist der Einfluss dissoziativer Anregung aus TMS auf H, CH und Si sehr gering. Die Teilchenzahldichten von Si und CH sind bei konstantem TMS-Fluss von der Elektronendichte abhängig, bei steigendem TMS-Fluss kommt es in Abhängigkeit von der jeweiligen Elektronendichte zu einer Sättigung. Die Teilchenzahldichte von atomarem Wasserstoff steigt linear mit dem TMS-Fluss. Eine Abscheidung mit hoher Rate ist nur durch Si-haltige Precursorfragmente mit kleinen Massenzahlen möglich. Als Maß für die Entstehung dieser Fragmente können die Teilchenzahldichten von Si bzw. CH genutzt werden.

The physical properties of glycerophospholipids (GPLs) are not only determined by the head group (HG), but also by their fatty acid (FA) chains, which affect their distribution and function within membranes in the cell. Understanding the microheterogenity of lipid membranes on a molecular level requires qualitative and quantitative characterization of individual lipids and identification of their FA moieties. The aim of my study was to introduce the new technology of multiple precursor ion scanning (MPIS) on a QSTAR Pulsar time-of-flight mass spectrometer (QqTOF) to analyze lipids. Detailed information on fatty acid composition of individual GPL molecules could be obtained in parallel with conventional profiling of lipid classes, and this could be done by direct analysis of total lipid extracts. This method was termed Fatty Acid Scanning (FAS) and Head Group Scanning HGS, respectively. In this way the molecular GPL composition of total lipid extracts could be charted in a single analysis accurately and rapidly at a low picomole concentration level. Furthermore, combining FAS and HGS together with ion trap MS3 analysis allowed complete charting of the molecular composition of PCs, including quantification of their positional isomers, thus providing a detailed and comprehensive characterization of molecular composition of the pool of PCs. Development of the Lipid Profiler software allowed full automation and rapid processing of complex data, including identification and quantification of molecular GPLs. This approach was evaluated by preliminary applications. First, the molecular composition of PCs of total lipid extracts of MDCK cells and of human red blood cells (RBC) could accurately be charted. Significant presence of positional isomers was observed increasing the total number of individual PC species close to one hundred. Secondly, the molecular PC and SM species distribution in detergent resistant membranes (DRMs) prepared by Triton X-100 DRMs were analyzed and were found to be enriched in distinct GPLs. The distribution in PCs and SMs of Triton X-100 DRMs of RBC were compared with those of the DRMs of MDCK cells. Finally, combining the use of a 96 well plate and a robotic system demonstrated that these analyses can be automated and analyzed with high throughput. This system we termed Shotgun Lipidomics. Taken together, this mass spectrometric methodology provides rapid and detailed insight into the distribution of the molecular GPLs of membranes and membrane sub-fractions.

The physical properties of glycerophospholipids (GPLs) are not only determined by the head group (HG), but also by their fatty acid (FA) chains, which affect their distribution and function within membranes in the cell. Understanding the microheterogenity of lipid membranes on a molecular level requires qualitative and quantitative characterization of individual lipids and identification of their FA moieties. The aim of my study was to introduce the new technology of multiple precursor ion scanning (MPIS) on a QSTAR Pulsar time-of-flight mass spectrometer (QqTOF) to analyze lipids. Detailed information on fatty acid composition of individual GPL molecules could be obtained in parallel with conventional profiling of lipid classes, and this could be done by direct analysis of total lipid extracts. This method was termed Fatty Acid Scanning (FAS) and Head Group Scanning HGS, respectively. In this way the molecular GPL composition of total lipid extracts could be charted in a single analysis accurately and rapidly at a low picomole concentration level. Furthermore, combining FAS and HGS together with ion trap MS3 analysis allowed complete charting of the molecular composition of PCs, including quantification of their positional isomers, thus providing a detailed and comprehensive characterization of molecular composition of the pool of PCs. Development of the Lipid Profiler software allowed full automation and rapid processing of complex data, including identification and quantification of molecular GPLs. This approach was evaluated by preliminary applications. First, the molecular composition of PCs of total lipid extracts of MDCK cells and of human red blood cells (RBC) could accurately be charted. Significant presence of positional isomers was observed increasing the total number of individual PC species close to one hundred. Secondly, the molecular PC and SM species distribution in detergent resistant membranes (DRMs) prepared by Triton X-100 DRMs were analyzed and were found to be enriched in distinct GPLs. The distribution in PCs and SMs of Triton X-100 DRMs of RBC were compared with those of the DRMs of MDCK cells. Finally, combining the use of a 96 well plate and a robotic system demonstrated that these analyses can be automated and analyzed with high throughput. This system we termed Shotgun Lipidomics. Taken together, this mass spectrometric methodology provides rapid and detailed insight into the distribution of the molecular GPLs of membranes and membrane sub-fractions.

In this work, a new method for mass determination of single low-charged particles in the sub-picogram regime is developed. It opens applications to chemical physics and surface science via determination of growth rates. The method combines the well-known electrodynamic quadrupole ion trap in a UHV-chamber and fourier transformation of scattered light. The achieved mass resolution of down to $10^{-4}$ at 100 fg mass on a time scale of ten seconds allows a resolution of a few percent of the mass of an adsorbed monolayer and to determine growth rates down to one molecule per second on a time scale of one day. The observation of temperature dependent sticking coefficients results in the measures of the energy of an adsorption barrier. Observation of discrete steps in the rate gives information about the density of molecules in an ordered layer. Temperature dependent desorption data gives the binding energy. The dependence of these observables on the controllable curvature and charge of the substrate's surface is measurable. The first part of this dissertation consists of a description of the common theory of the quadrupole ion trap with the completion of not widely known, newly introduced, contributions to the trapping potential. These contributions lead to systematic shifts in the mass determination. In particular the influence of the inhomogenity of the electrical field, that is used for compensating the gravitational force, is investigated analytically and corroborated experimentally. It is assumed, that the particle's finite size effects in a further shift. In the experimental part initial demonstrative measurements are presented: the time-resolved adsorption of fullerene, anthracene and NO on silica spheres with 500nm diameter has been measured at room temperature. In addition the secondary electron yield of in-situ prepared particles during irradiation with monoenergetic electrons has been determined by analyzing the distribution of change of the number of elementary charges by single events of charging.

In this work, a new method for mass determination of single low-charged particles in the sub-picogram regime is developed. It opens applications to chemical physics and surface science via determination of growth rates. The method combines the well-known electrodynamic quadrupole ion trap in a UHV-chamber and fourier transformation of scattered light. The achieved mass resolution of down to $10^{-4}$ at 100 fg mass on a time scale of ten seconds allows a resolution of a few percent of the mass of an adsorbed monolayer and to determine growth rates down to one molecule per second on a time scale of one day. The observation of temperature dependent sticking coefficients results in the measures of the energy of an adsorption barrier. Observation of discrete steps in the rate gives information about the density of molecules in an ordered layer. Temperature dependent desorption data gives the binding energy. The dependence of these observables on the controllable curvature and charge of the substrate's surface is measurable. The first part of this dissertation consists of a description of the common theory of the quadrupole ion trap with the completion of not widely known, newly introduced, contributions to the trapping potential. These contributions lead to systematic shifts in the mass determination. In particular the influence of the inhomogenity of the electrical field, that is used for compensating the gravitational force, is investigated analytically and corroborated experimentally. It is assumed, that the particle's finite size effects in a further shift. In the experimental part initial demonstrative measurements are presented: the time-resolved adsorption of fullerene, anthracene and NO on silica spheres with 500nm diameter has been measured at room temperature. In addition the secondary electron yield of in-situ prepared particles during irradiation with monoenergetic electrons has been determined by analyzing the distribution of change of the number of elementary charges by single events of charging.