Die kontinuierliche Skalierung der planaren MOSFETs war in den vergangenen 40 Jahren der Schlüssel, um die Bauelemente immer kleiner und leistungsfähiger zu gestalten. Hinzu kamen Techniken zur mechanischen Verspannung, Verfahren zur Kurzzeitausheilung, die in-situ-dotierte Epitaxie und neue Materialien, wie das High-k-Gateoxid in Verbindung mit Titannitrid als Gatemetall. Jedoch erschwerten Kurzkanaleffekte und eine zunehmende Streuung der elektrischen Eigenschaften die Verkleinerung der planaren Transistoren erheblich. Somit gelangten die planaren MOSFETs mit der aktuellen 28 nm-Technologie teilweise an die Grenzen ihrer Funktionalität. Diese Arbeit beschäftigt sich daher mit der Integration von Multi-Gate-Transistoren auf Basis einer 22 nm-Technologie, welche eine bessere Steuerfähigkeit des Gatekontaktes aufweisen und somit die Fortführung der Skalierung ermöglichen. Zudem standen die Anforderungen eines stabilen und kostengünstigen Herstellungsprozesses als Grundvoraussetzung zur Übernahme in die Volumenproduktion stets mit im Vordergrund. Die Simulationen der Tri-Gate-Transistoren stellten dabei den ersten Schritt hin zu einer Multi-Gate-Technologie dar. Ihre Prozessabfolge unterscheidet sich von den planaren Transistoren nur durch die Formierung der Finnen und bietet damit die Möglichkeit eines hybriden 22 nm-Prozesses. Am Beispiel der Tri-Gate-Transistoren wurden zudem die Auswirkungen der Kristallorientierung, der mechanischen Verspannung und der Überlagerungseffekte es elektrischen Feldes auf die Leistungsfähigkeit von Multi-Gate-Strukturen analysiert. Im nächsten Schritt wurden Transistoren mit vollständig verarmten Kanalgebieten untersucht. Sie weisen aufgrund einer niedrigen Kanaldotierung eine Volumeninversion, eine höhere Ladungsträgerbeweglichkeit und eine geringere Anfälligkeit gegenüber der zufälligen Dotierungsfluktuation auf, welche für leistungsfähige Multi-Gate-Transistoren entscheidende Kriterien sind. Zu den betrachteten Varianten zählen die planaren ultradünnen SOI-MOSFETs, die klassischen FinFETs mit schmalen hohen Finnen und die vertikalen Nanowire-Transistoren. Anschließend wurden die Vor- und Nachteile der verschiedenen Transistorstrukturen für eine mittel- bis langfristige industrielle Nutzung betrachtet. Dazu erfolgte eine Analyse der statistischen Schwankungen und eine Skalierung hin zur 14 nm-Technologie. Eine Zusammenfassung aller Ergebnisse und ein Ausblick auf die mögliche Übernahme der Konzepte in die Volumenproduktion schließen die Arbeit ab. / Within the past 40 years the continuous scaling of planar MOSFETs was key to shrink the devices and to improve their performance. Techniques like mechanical stressing, rapid thermal annealing and in-situ doped epitaxial growing as well as novel materials, such as high-k-gate-oxide in combination with titanium nitride as metal-gate, has been introduced. However, short-channel-effects and increased scattering of electrical proper-ties significantly complicate the scaling of planar transistors. Thus, the planar MOSFETs gradually reached their limits of functionality with the current 28 nm technology node. For that reason, this work focuses on integration of multi-gate transistors based on a 22 nm technology, which show an improved gate control and allow a continuous scaling. Furthermore, the requirements of a stable and cost-efficient process as decisive condition for mass fabrication were always taken into account. The simulations of the tri-gate transistors present the first step toward a multi-gate technology. The process sequence differs from the planar one solely by a fin formation and offers the possibility of a hybrid 22 nm process. Also, the impact of crystal orientation, mechanical stress and superposition of electrical fields on the efficiency of multi-gate structures were analyzed for the tri-gate transistors. In a second step transistors with fully depleted channel regions were studied. Due to low channel doping they are showing a volume inversion, a higher carrier mobility and a lower sensitivity to random doping fluctuations, which are essential criteria for powerful multi-gate transistors. Reviewed structure variants include planar ultra-thin-body-SOI-MOSFETs, classic FinFETs with a tall, narrow fins and vertical nanowire transistors. Then advantages and disadvantages of the considered transistor structures have been observed for a medium to long term industrial use. For this purpose, an analysis of statistical fluctuations and the scaling-down to 14 nm technology was carried out. A summary of all results and an outlook to the transfer of concepts into mass fabrication complete this work.

Proximity scaling (i.e., multidimensional scaling and related methods) is a versatile statistical method whose general idea is to reduce the multivariate complexity in a data set by employing suitable proximities between the data points and finding low-dimensional configurations where the fitted distances optimally approximate these proximities. The ultimate goal, however, is often not only to find the optimal configuration but to infer statements about the similarity of objects in the high-dimensional space based on the the similarity in the configuration. Since these two goals are somewhat at odds it can happen that the resulting optimal configuration makes inferring similarities rather difficult. In that case the solution lacks "clusteredness" in the configuration (which we call "c-clusteredness"). We present a version of proximity scaling, coined cluster optimized proximity scaling (COPS), which solves the conundrum by introducing a more clustered appearance into the configuration while adhering to the general idea of multidimensional scaling. In COPS, an arbitrary MDS loss function is parametrized by monotonic transformations and combined with an index that quantifies the c-clusteredness of the solution. This index, the OPTICS cordillera, has intuitively appealing properties with respect to measuring c-clusteredness. This combination of MDS loss and index is called "cluster optimized loss" (coploss) and is minimized to push any configuration towards a more clustered appearance. The effect of the method will be illustrated with various examples: Assessing similarities of countries based on the history of banking crises in the last 200 years, scaling Californian counties with respect to the projected effects of climate change and their social vulnerability, and preprocessing a data set of hand written digits for subsequent classification by nonlinear dimension reduction. (authors' abstract) / Series: Discussion Paper Series / Center for Empirical Research Methods

Chemnitz, Techn. Univ., Diplomarb., 2004.

During embryogenesis, a single cell gives rise to a multi-cellular embryo through successive rounds of cell division. As cells become smaller, cellular organelles adapt their sizes accordingly. The size of the mitotic spindle—the microtubule-based structure controlling these divisions—is particularly important as it determines the distance over which chromosomes are segregated. To perform its function properly, spindle size scales with cell size. However, we still lack a mechanistic understanding of the underlying microtubule-based processes that regulate spindle scaling. In this thesis, I combined quantitative microscopy and laser ablation in zebrafish embryos and Xenopus laevis egg extract encapsulated in oil droplets. My measurements revealed the influence of microtubule length dynamics, transport, and nucleation on cell size-dependent spindle scaling. Strikingly, I discovered a hierarchical regulation of spindle size. In large cells, microtubule nucleation exclusively scales spindle size relative to cell size by changing the number of microtubules within the spindle. In small cells, microtubule dynamics fine-tune spindle size by modulating microtubule length. To understand the mechanism of spindle scaling, I proposed a theoretical model based on a limiting number of microtubule nucleators and microtubule-associated proteins that regulate microtubule length. The transition from nucleation- to dynamics-based scaling requires that microtubule number and the number of microtubule-associated proteins that promote microtubule growth scale differently with cell size. This can be achieved by sequestering an inhibitor of microtubule nucleation to the cell membrane, which is consistent with my measurements of microtubule nucleation. The differential regimes of spindle scaling modulated by microtubule nucleation and dynamics imply a gradual change in spindle architecture, which may ensure faithful chromosome segregation by spindles of all sizes.

The investigations of the clues for the optimum construction and optimum operation management, that is working point dependent regulation of the active power and reactive power, of a twice fed asynchronous generators by his application in wind power station with regard to the maximum efficiency in the fully and partial load range. The representation of an asynchronous generator by field-oriented regulation is suggested by a simplistic equivalent circuit diagram. The method of the calculation of the rated value of the rotor current components for different working conditions is shown, and the space vector modulation of these rated values with the help of a 4 quadrant converter is valued. A Scaling of the general machine design of a twice fed asynchronous generator for wind power station with following analysis with the help of Finite element method of the electromagnetic and thermal fields in the cross section of the asynchronous generator is carried out. The optimum operation management of the wind power station is investigated. / Die Untersuchungen der Anhaltspunkte für die optimale Auslegung und optimale Betriebsführung, das heißt arbeitspunktabhängige Regelung der Wirk- und Blindleistungen, eines doppelt gespeisten Asynchrongenerators bei seinem Einsatz in Windkraftanlage bezüglich des maximalen Wirkungsgrades im Voll- und Teillastbereich. Die Darstellung eines Asynchrongenerators bei Feldorientierter Regelung wird durch ein vereinfachtes Ersatzschaltbild vorgeschlagen. Die Methode zur Berechnung der Sollwerte der Rotorstromkomponenten für verschiedene Betriebszustände wird dargestellt, und die Raumzeigermodulation dieser Sollwerte mit Hilfe eines 4-Quadranten-Stromrichters bewertet. Eine Skalierung des allgemeinen Maschinenentwurfes eines doppelt gespeisten Asynchrongenerators für Windkraftanlage mit anschließender Analyse anhand Finite-Elemente-Methode der elektromagnetischen und thermischen Felder im Querschnitt des Asynchrongenerators wird durchgeführt. Die optimale Betriebsführung der Windkraftanlage wird untersucht.

The investigations of the clues for the optimum construction and optimum operation management, that is working point dependent regulation of the active power and reactive power, of a twice fed asynchronous generators with regard to the maximum efficiency in the fully and partial load range by his application in wind power station. The representation of an asynchronous generator by field-oriented regulation is suggested by a simplistic equivalent circuit diagram. The method of the calculation of the rated value of the rotor current components for different working conditions is shown, and the space vector modulation of these rated values with the help of a 4 quadrant converter is valued. A Scaling of the general machine design of a twice fed asynchronous generator for wind power station with following analysis with the help of Finite element method of the electromagnetic and thermal fields in the cross section of the asynchronous generator is carried out. The optimum operation management of the wind power station is investigated. / Die Untersuchungen der Anhaltspunkte für die optimale Auslegung und optimale Betriebsführung, das heißt arbeitspunktabhängige Regelung der Wirk- und Blindleistungen, eines doppelt gespeisten Asynchrongenerators bezüglich des maximalen Wirkungsgrades im Voll- und Teillastbereich bei seinem Einsatz in Windkraftanlage. Die Darstellung eines Asynchrongenerators bei Feldorientierter Regelung wird durch ein vereinfachtes Ersatzschaltbild vorgeschlagen. Die Methode zur Berechnung der Sollwerte der Rotorstromkomponenten für verschiedene Betriebszustände wird dargestellt, und die Raumzeigermodulation dieser Sollwerte mit Hilfe eines 4-Quadranten-Stromrichters bewertet. Eine Skalierung des allgemeinen Maschinenentwurfes eines doppelt gespeisten Asynchrongenerators für Windkraftanlage mit anschließender Analyse anhand Finite-Elemente-Methode der elektromagnetischen und thermischen Felder im Querschnitt des Asynchrongenerators wird durchgeführt. Die optimale Betriebsführung der Windkraftanlage wird untersucht.

This contribution discusses scaling aspects of individually gated nanowire Schottky junctions which are essential parts of reconfigurable field effect transistors (RFETs). The applicability of the screening (or natural) length theory in relation to the carrier transport is discussed first. Various geometrical parameters of the device were investigated to find the optimal structure in terms of performance. For this purpose, electrostatic properties and the dynamic behavior of the RFET were studied. Finally the increase in performance due to an additional substitution of the silicon by germanium is analyzed.

Die Berücksichtigung der flächenhaften bodenhydraulischen Variabilität gilt bei der Modellierung von Wasser- und Stofftransportprozessen als problematisch. Dies liegt vorrangig an ihrer Erfassung, die kosten- und zeitintensiv ist. Die vorliegende Arbeit untersucht verschiedene Messstrategien, die zur Abbildung der flächenhaften Bodenhydraulik mit wenigen, einfach zu bestimmenden und physikalisch begründeten Bodenparametern führen. Die Vorgehensweise erfolgt mit der Anwendung eines Ähnlichkeitskonzeptes, das die Böden in bodenhydraulisch ähnliche Klassen unterteilt. Innerhalb einer Klasse kann die Variabilität der Retentions- und hydraulischen Leitfähigkeitcharakteristik auf einen freien Parameter (Skalierungsparameter) reduziert werden. Die Analyse der Zusammenhänge zwischen Boden- und Skalierungsparametern führt letztendlich zu den geeigneten Parametern die eine flächenhafte Abbildung möglich machen. Diese Untersuchungen bilden die Grundlage für die weitere Entwicklung eines stochastischen Modellansatzes, der die Variabilität der Bodenhydraulik bei der Modellierung des Bodenwassertransportes im Feldmaßstab berücksichtigen kann. An Hand von drei Datensätzen unterschiedlicher Skalenausbreitung konnte dieses Konzept angewendet werden. Die Ergebnisse zeigen, dass die Beschreibung der hydraulischen Variabilität nur für die vertikale (Profil) nicht aber für die flächenhafte Ausbreitung mit einfachen Bodenparametern möglich ist. Mit einer ersten Modellanwendung konnte gezeigt werden, dass über die Variabilität der Bodenparameter Trockenrohdichte und Tongehalt auch die Variabilität der Bodenhydraulik und damit die Berechnung des Bodenfeuchteverlaufs am Standort darstellbar ist. / The consideration of the spatial variability of the unsaturated soil hydraulic characteristics still remains an unsolved problem in the modelling of the water and matter transport in the vadose zone. This can be mainly explained by the rather cumbersome measurement of this variability, which is both, time-consuming and cost-intensive. The presented thesis analyses various measurement strategies which aim at the description of the soil-hydraulic heterogeneity by a small number of proxy-parameters, which should be easily measurable and still have a soil-physical meaning. The developed approach uses a similarity concept, which groups soils into similar soil hydraulic classes. Within a class, the variability of the retention and hydraulic conductivity curves can be explained by a single parameter (scaling parameter). The analysis of the correlation between the soil parameters and the scaling parameters can eventually indicate which soil parameters can be used for describing the soil hydraulic variability in a given area. This investigation forms the basis for the further development of a stochastic model, which can integrate the soil-hydraulic variability in the modelling of the soil water transport. Three data sets, all covering different scales, were subsequently used in the application of the developed concept. The results show that depth development of the soil-hydraulic variability in a soil profile can be explained by a single soil parameter. Contrarily, the explanation of the horizontal variability of the soil-hydraulic properties was not possible with the given data sets. First model applications for a soil profile showed that including the variability of the soil parameters bulk density and clay fraction in the water transport simulations could describe the variability of the soil-hydraulic variability and thus, the dynamics of the soil water content at the investigated profile.

Als Konsequenz der besonderen Aufmerksamkeit nach der Veröffentlichung der Ergebnisse der ersten PISA-Studie, wurden auf unterschiedlichen Ebenen des deutschen Schulsystems evaluatorische Prozesse implementiert. In Deutschland fußen solche Messungen von Erträgen des Bildungssystems auf von der Konferenz aller Kultusminister (KMK) beschlossenen Bildungsstandards, die als Kompetenzstufenmodelle für die Messung operationalisiert wurden. Mit den Vergleichsarbeiten etablierte sich in Deutschland ein Verfahren, das die Ergebnisse solcher Messungen primär schulischen Rezipienten zur Verfügung stellt. Damit sich der intendierte Nutzen von Unterrichtsentwicklung realisiert, muss Validität im Sinne Kanes vorausgesetzt werden. Die vorliegende Arbeit untersucht dazu drei Aspekte des Validitätsarguments. Dies sind zum Ersten mit der Nutzungsperspektive eng verbundene psychometrische Anforderungen an das Instrument. Das vierte Kapitel untersucht dazu methodische Aspekte, welche als grundlegend für die Validität angesehen werden. Es werden Gewissheiten formuliert und in Frage gestellt, die für die Testkonstruktion, aber insbesondere für die Weiterarbeit mit den Testergebnissen in der Schule essentiell sind. Der Validität von Testwertinterpretationen über mehr als einen Messzeitpunkt widmet sich das fünfte Kapitel. Wegen der Art und Weise der Verknüpfung der Messskalen haben die Ergebnisse letztlich aber Relevanz für die Interpretation jeder Einzelmessung. Der dritte Aspekt von Nutzungsvoraussetzung wird im wohl meistzitierten Nutzungsmodell für die Vergleichsarbeiten von Helmke als technische Übermittlung der Rezeption untergeordnet und ist ein Element konsequenzieller Validität. Der Abruf von Rückmeldungen ist so trivial wie grundlegend und doch findet sich dazu im deutschsprachigen Raum nur eine einzige Veröffentlichung mit relevanten Daten. Die vorliegende Untersuchung ermöglicht erstmals einen dezidierten Einblick in diesen Aspekt der Nutzung von Vergleichsarbeiten. / As a consequence of the special attention following the release of the results of the first PISA-Study, evaluative processes were implemented at multiple different levels of the German educational system. In Germany, these empirical measurement of results are based on educational standards determined by the Standing Conference of the Ministers of Education and Cultural Affairs of the Länder in Germany, which were operationalized for the measurements as competence level models. With the Vergleichsarbeiten, a process was established in Germany that continues these measurements of competency outcomes, but whose results are primarily made available to recipients in schools. To realize the intended use of data-based lesson as well as school development, validity in Kane’s sense is required. For that reason, this paper examines three aspects of the validity argument. On one hand, these are psychometric requirements for the instrument, which are highly dependend on the intended use. In this regard, the fourth chapter examines methodical aspects seen as fundamental for validity. Certainties are defined and questioned, that are essential for test construction, but also especially for working with the test results in lesson development. The fifth chapter is concerned with the validity of test result interpretations spanning multiple measurement times, but because of the way the scales of measurement are connected, the results end up being relevant to the interpretation of singular measurements as well. The third aspect is an element of consequentional validity which, as \emph{technical transmission}, is subordinated to reception, in the most cited usage model for the Vergleichsarbeiten by Helmke. The download of Feedback is as trivial as it is fundamental, yet (at least in the German-speaking world) only a single publication with relevant data can be found. This examination allows, for the first time, a dedicated look into this aspect of the Vergleicharbeiten’s usage.

Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wird eine Tight-Binding-Formulierung der Korringa-Kohn-Rostoker-Greenschen-Funktionsmethode vorgestellt. Dabei werden mittels eines geeignet gewählten Referenzsystems abgeschirmte Strukturkonstanten konstruiert. Es werden die Vorteile und Grenzen dieser Transformation des Formalismus diskutiert. Es wird gezeigt, daß der numerische Aufwand zur erechnung der Elektronenstruktur von Systemen mit langgestreckter Elementarzelle linear mit der Systemgröße wächst. Damit ist eine Behandlung von Systemen mit 500 und mehr Atomen pro Elementarzelle möglich. Anhand von umfangreichen Testrechnungen kann demonstriert werden, daß das neue Verfahren bezüglich seiner Genauigkeit mit dem traditionellen KKR-Verfahren vergleichbar ist. Es werden Anwendungen zur Berechnung der Elektronenstruktur sowie zur Zwischenlagenaustauschkopplung von Co/Cu(100)-Vielfachschichten vorgestellt. / A newly developed ab initio tight-binding-formulation of the Korringa-Kohn-Rostoker-Green's function method for layered systems is presented. Screened structure constants are calculated by means of a repulsive reference system. Advantages and limits of this transformation of the formalism are discussed in detail. The numerical effort for self consistent electronic structure calculations of systems with a large prolonged supercell scales linearly with the system size. Systems with up to 500 atoms per unit cell can be treated easily. The accuracy of the new method is of the same order as the traditional KKR method. Applications to electronic structure calculations and magnetic interlayer exchange coupling in Co/Cu(100) multilayers are presented.