Es werden neue Erkenntnisse über Borphosphat und Borophosphate der Haupt- und Nebengruppenmetalle vorgestellt. Neben Hydrothermalsynthesen und Feststoffreationen, die üblicherweise zur Synthese von Borophosphaten angewendet werden, haben insbesondere die solvothermalen Experimente mit Alkoholen bzw. Alkohol-Wasser-Mischungen zu neuen Ergebnissen geführt. Es wurden neue Borophosphate und Borat-Phosphate in den Systemen MxOy–B2O3–P2O5(–H2O) (M = K+, Rb+, Mg2+, Sc3+, Pr3+, Sm3+, In3+) dargestellt, weitere Verbindungen enthalten neben Mg2+ weitere Kationen der Haupt- und Nebengruppenmetalle (Ca, Sr, Ba, Mn, Fe, Co, Zn). Darüberhinaus gelang die Darstellung bislang unbekannter Scandium- und Lanthanphosphate(III) sowie von sauren Alkalimetall-Scandiumphosphaten(V). Aus Synthesen in Gegenwart von Ethylendiamin und Diazabizyklooktan wurden ferner zwei neue templatierte Scandiumphosphate mit porösen Gerüststrukturen erhalten. Die Kristallstrukturen aller Verbindungem wurden rötgenographisch anhand von Einkristallaufnahmen oder Pulverdaten aufgeklärt. Die Charakterisierung der Präparate erfolgte mit Röntgenpulverdiffraktometrie, EDX- und Elementaranalysen sowie durch Schwingungsspektroskopie und thermische Stabilitätsuntersuchungen. Zur Klassifizierung von (Metallo)borophosphaten wird eine Struktursystematik vorgeschlagen, welche Borophosphate und Metalloborophosphate entsprechend ihrer anionischen Teilstrukturen hierarchisch klassifiziert und in Analogie zur Terminologie der Silikate (nach Liebau) beschreibt. In Anlehnung an bestehende Konzepte für Boratminerale geht das Klassifizierungsschema dabei von einfachen Oligomeren aus. In einer struktursystematischen Übersicht wurden alle bis dato bekannten (Metallo)Borophosphate hierarchisch klassifiziert und sind in einer Übersicht vorgestellt. Beobachtete Verknüpfungsregeln und der Einfluss der Zusammensetzung B:P auf die Dimensionalität und die Verknüpfungsmuster der anionischen Teilstruktur werden diskutiert.

ATP Synthase is the fundamental means of cellular energy production in animals, plants, and almost all microorganisms. In order to understand the mechanism of ATP catalysis, critical amino acid residues involved in Pi binding have to be identified. The αVISIT-DG sequence at the interface of α/β subunits that contains residues from 345-351 is highly conserved and αAsp-350 has been chosen because of its negative charge side chain and its close proximity (~2.8 Å) to the known phosphate binding residue αArg-376. The mutant's αD350R, αD350Q, αD350A, αR376A/D, and αG351R/A/D were generated by site directed mutagenesis and several biochemical assays were performed on them to understand the role played by the amino acid residues in Pi binding. Biochemical results suggest that αD350 may be involved in catalysis of ATP synthase and play an important role in Pi binding, whereas αG351 may be involved only in the structural integrity.

Sc(AlxNi1-x)2 is a pseudobinary C14 Laves phase and a potential interstitial hydrogen storage material or anode in a Ni-MH battery. A previous study showed that Sc1Al1Ni1 can store hydrogen reversibly; both interstitially and trough decomposition into ScH2 and AlNi. It is also known that the exact composition is very important for the hydrogen storage properties of pseudobinary Laves phases. This thesis work is aimed at synthesising Sc(AlxNi1-x)2 and study the effect of the Ni/Al ratio on the hydrogen absorption/desorption process as well as the interstitial storage capacity. Compositions with high nickel content had the highest capacity (at least 0.67wt% for ScAl0.66Ni1.34) and ones with high aluminium content had the lowest total storage capacity (0wt% for ScAl1.28Ni0.62). The former composition was also shown to absorb and desorb hydrogen during multiple cycles. Desorption of interstitial hydrogen from ScAl0.66Ni1.34 requires 4.6kJ/mol in activation energy.

This report has investigated the ethical issues associated with mining or processing of materials that make them considered as controversial. For each material, the main areas of use and the top producing countries are analysed, followed by social and/or environmental issues as well as potential problems in the future. In total, 13 materials are discussed, of which most are minerals. The overall issues, that are recurring throughout the report and are important to be aware of are: child labor, low safety standards, mining activity resulting in deforestation or harming biodiversity, mining processes that affect communities (e.g. because of large water consumption) and the risks associated with widespread illegal mining. The report also provides research about organisations and initiatives that aim to affect the problems, and gives a brief view over tools that can be used to increase awareness of these issues.

The temperature and/or entropy of electrically polarisable materials can be altered by changing electric field E. Research into this electrocaloric (EC) effect has focussed on increasing the size of the EC effects, with the long-term aim of building a cooler with an EC material at its heart. Materials and experimental methods are briefly reviewed. A ‘resetting’ indirect route to isothermal entropy change ∆S for hysteretic first-order transitions is described. An indirect route to adiabatic temperature change ∆T, without the need for field-resolved heat capacity data, is also described. Three temperature controllers were built: a cryogenic probe for 77-420 K with ∼5 mK resolution, a high-temperature stage with vacuum enclosure for 295-700 K with ∼15 mK resolution, and a low-temperature stage for 120-400 K with electrical access via micropositioners. Automation enables dense datasets to be compiled. Single crystals of inorganic salts (NH4)2SO4 , KNO3 and NaNO2 were obtained. Applying 380 kV cm−1 across (NH4)2SO4 , it was found that |∆S| ∼ 20 J K−1 kg−1 and |∆T | ∼ 4 K, using the indirect method near the Curie temperature TC = 223 K. Without the ‘resetting’ indirect method, |∆S| ∼ 45 J K−1 kg−1 would have been spuriously found. Preliminary indirect measurements on KNO3 and NaNO2 give |∆S| ∼ 75 J K−1 kg−1 for ∆E ∼ 31 kV cm−1 near TC = 400 K and |∆S| ∼ 14 J K−1 kg−1 for ∆E ∼ 15 kV cm−1 near TC = 435 K, respectively. A cation-ordered PbSc0.5Ta0.5O3 ceramic showing a nominally first-order transition at 295 K was obtained. The Clausius-Clapeyron phase diagram is revealed via indirect measurements where |∆S| ∼ 3.25 J K−1 kg−1 and |∆T | ∼ 2 K, and direct measurements where |∆T | ∼ 2 K. Clamped samples show broadening of the field-induced transition. Epitaxial, ∼64 nm-thick SrTiO3 films were grown by pulsed laser deposition on NdGaO3 (001) substrates with a La0.67Sr0.33MnO3 bottom electrode. The indirect method gives |∆S| ∼ 8 J K−1 kg−1 and |∆T | ∼ 3.5 K near 180 K with |∆E| = 780 kV cm−1. Finite element modelling (FEM) was used to optimise the geometry of multilayered capacitors (MLCs) for EC cooling. Intrinsic cooling powers of 25.9 kW kg−1 are predicted for an optimised MLC based on PVDF-TrFE with Ag electrodes.

In der Arbeit wurden die zwei ternären Oxide GdScO3 und AlTiOx strukturell und elektrisch charakterisiert und in laterale AlGaN/GaN-MISHEMTs integriert. GdScO3 wächst hexagonal und epitaktisch bei einer Abscheidung mittels PLD bei 700°C auf einer AlGaN/GaN Heterostruktur auf. Die demonstrierten MISHEMTs zeigen einen deutlich verringerten Gate-Leckstrom. Zeit- und beleuchtungsabhängige Drain-Strom Messungen im ausgeschaltetem Transistor weisen allerdings auf photoinduzierte Trapzustände mit langer Lebensdauer im Oxid hin, die den Drain-Leckstrom limitieren. Die AlTiOx Mischoxide wurden mittels ALD abgeschieden. Dabei wurde die Stöchiometrie über das Zyklenverhältnis zwischen Al2O3 und TiO2 variiert. Es konnte gezeigt werden, dass der Brechungsindex, die Permittivität, die Bandlücke und das Bandalignment zum GaN über die Stöchiometrie eingestellt werden können. Durch die Implementierung eines high-k last Prozesses konnten schaltbare MISHEMTs prozessiert werden. Durch die Simulation der Bandstruktur konnten die Einsatzspannungsverschiebung und ein Maximum des Drain-Stroms im ausgeschaltetem Zustand über die Ermittlung der Barrierendicke für Elektronen erklärt werden. Für eine Passivierung mit TiO2 wurde ein um 2,5 Größenordnungen reduzierter Drain-Leckstrom bei gleichzeitig nur minimal verschobener Einsatzspannung gemessen.:Inhaltsverzeichnis 1 Einleitung 7 2 Grundlagen 9 2.1 Der III-V Halbleiter Galiumnitrid . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 2.2 Der Hetero-Feldeffekttransisor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 2.3 Performance Einschränkungen am unpassivierten HFET . . . . . . . . 14 2.4 Gatedielektrika für MISHEMTs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 2.4.1 Verwendete Dielektrika . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 2.4.2 Limitationen in MISHEMTs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 2.5 Atomlagenabscheidung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 2.5.1 Der ALD-Prozess . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 2.5.2 Abscheidung ternärer Verbindungen . . . . . . . . . . . . . . . . 27 3 Charakterisierungsmethoden 31 3.1 Kapazitäts-Spannungs-Messungen an MIS-Kondensatoren . . . . . . . . 31 3.2 Photo-assisted Kapazitäts-Spannungsmessungen . . . . . . . . . . . . . 34 3.3 Messungen am Transistor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35 4 Probenherstellung 39 4.1 Atomlagenabscheidung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39 4.2 Prozessoptimierung am HFET . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43 4.2.1 Mesa-Ätzung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46 4.2.2 Formierung der ohmschen Kontakte . . . . . . . . . . . . . . . . 47 4.3 Strukturierung der Oxide . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50 5 Gadoliniumscandiumoxid 53 5.1 Strukturelle Charakterisierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53 5.2 PhotoCV-Messungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55 5.3 MISHEMT mit GdScO3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57 5.4 Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64 6 Aluminium-Titanoxid Mischschichten 65 6.1 Voruntersuchungen am TiO2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65 6.2 Strukturelle Charakterisierung an AlTiOx . . . . . . . . . . . . . . . . 67 6.2.1 Stöchiometrie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68 6.2.2 Kristallisationsverhalten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70 6.3 Bestimmung des Bandalignments . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72 6.3.1 UV/Vis Messungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72 6.3.2 Röntgenphotoelektronenspektroskopie . . . . . . . . . . . . . . . 74 6.3.3 Bandalignment zum GaN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77 6 Inhaltsverzeichnis 6.4 Elektrische Charakterisierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79 6.4.1 CV-Messungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79 6.4.2 IV-Messungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81 6.4.3 PhotoCV-Messungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82 6.5 Zusammenfassung der AlTiOx Charakterisierung . . . . . . . . . . . . . 86 6.6 MISHEMTs mit AlTiOx . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88 6.6.1 high-k first MISHEMTs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88 6.6.2 High-k last MISHEMTs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89 6.7 Einordnung der Transistorergebnisse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94 7 Zusammenfassung 99 Anhang 103 Abkürzungsverzeichnis 111 Symbolverzeichnis 113 Abbildungsverzeichnis 115 Tabellenverzeichnis 121 Literatur 123 Publikationen 141 Danksagung 143