In der vorliegenden Arbeit werden Untersuchungen zu amorphen Zink-Zinn-Oxid Dünnschichten beschrieben. Unter anderem wurde eine Methode zur Herstellung von Dünnschichten mit lateralem Kompositionsgradienten mittels gepulster Laserabscheidung genutzt. Die untersuchten elektrischen und optischen Eigenschaften der Dünnschichten in Abhängigkeit vom Zink-Zinn-Verhältnis werden hier dargelegt und mit den Eigenschaften von Filmen verglichen, welche keinen Kompositionsgradienten haben. Des Weiteren werden gleichrichtende Schottky-Kontakte diskutiert. Zunächst wird auf den Kontaktaufbau und die Auswahl des geeigneten Schottky-Metalls eingegangen. Dann wird die Modellierung des Stromtransports durch die Dioden vorgestellt. Mittels Defektspektroskopie gefundene Störstellenniveaus werden anschließend diskutiert. Untersuchungen an mittels gepulster Laserabscheidung ausschließlich bei Raumtemperatur gezüchteten pn-Dioden, welche die p-leitenden Materialien Zink-Kobalt-Oxid bzw. Nickeloxid beinhalten, werden dargelegt. Hierbei wird neben der Optimierung der Herstellungsparameter die Nutzung von flexiblem Polyimid als Substrat diskutiert. Die hergestellten Dioden wurden verschieden starken Verbiegungen ausgesetzt, um zu testen, ob sie grundlegend für die Anwendung in flexiblen Schaltungen geeignet sind. Im letzten Teil der Arbeit werden Untersuchungen an Sperrschicht-Feldeffekttransistoren beschrieben. Deren Gate-Struktur wird durch die vorher beschriebenen pn-Dioden realisiert. Es wird hierbei der Einfluss des Gate-Materials auf die Transistorkennlinien beschrieben. Zusätzlich werden auf den Transistoren basierende Inverterstrukturen diskutiert. Sowohl die Sperrschicht-Feldeffekttransistoren als auch die Inverter wurden außerdem auch auf flexiblen Substraten abgeschieden. Die Eigenschaften der Proben, bevor und nachdem sie mechanischem Stress durch Verbiegen ausgesetzt wurden, werden in der Arbeit verglichen.

Das Auftreten von ähnlicher Strukturen und Strukturtypen in Polyoxometallaten auf der einen Seite und metallorganischen Monoorganozinn-Sauerstoff-Verbindungen auf der anderen Seite ließ vermuten, dass es möglich sein sollte, in Monoorganozinn-Sauerstoff-Verbindungen wie dem [(RSn)12O14(OH)6] Käfigen-Ion, einzelne Zinnpositionen durch andere übergangsmetallhaltige Baugruppen zu ersetzen. In der vorliegenden Arbeit wird beschrieben, wie eine oder mehrere der Monoorganozinn-Baueinheiten im Grundgerüst des Zinn-Sauerstoff-Käfigs durch baugleiche oder andersartige Polyoxo-Übergangsmetall-Baueinheiten ersetzt werden. Der Schwerpunkt der experimentellen Arbeit liegt hierbei im Bereich der Übergangsmetalle Vanadium und Molybdän.

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

Das Ziel der Dissertation ist die Charakterisierung und Optimierung der Prozessbedingungen beim Hochgeschwindigkeitsdrahtflammspritzen. Dazu werden diagnostische Methoden wie das LDA-Verfahren, die Bewertung von Schichten und numerische Betrachtungen herangezogen. Verschiedene Spritzzusatzwerkstoffe wie Massiv- und Fülldrähte sowie hoch- und niedrigschmelzende Materialien werden verarbeitet. Zur Bewertung der Gebrauchseigenschaften erfolgen Korrosions- und Verschleißtests. Aus den Untersuchungsergebnissen resultieren Hinweise und Konzepte zur Verbesserung der Brennertechnik. Die Entwicklung eines neuen HVCW-Systems wird vorgestellt, welches Spritzpartikelgeschwindigkeiten im Überschallbereich ermöglicht, die deutlich über denen klassischer Systeme liegen. In einem gesonderten Abschnitt der Dissertation wird ein neuartiges Verfahren zur Herstellung hydrolysefähigen Materials vorgestellt. Der hergestellte Al-Sn-Werkstoff zersetzt sich in Kontakt mit Wasser unter Abgabe großer Mengen Wasserstoff in kürzester Zeit vollständig.

In vorliegender Arbeit wurden Katalysatoren für die heterogen katalysierte Selektivhydrierung von kurzkettigen alpha,beta-ungesättigten Aldehyden, im besonderen Crotonaldehyd, zu den ungesättigten Alkoholen entwickelt und optimiert. Dabei erwiesen sich SMSI-Katalysatoren (Pt/TiO2, Ir/TiO2) und bimetallische Katalysatoren (Pt-Sn/TiO2, Pt-Sn/Al2O3, Pt-Fe/TiO2) als am geeignetsten. Diese Katalysatoren wurden durch Ionenaustausch-, Incipient-Wetness-, Controlled-Surface-Reaction-Methode bzw. Immobilisierung von Pt- und Pt/Sn-Kolloiden als Präparationstechniken hergestellt. Als Einflußgrößen auf die Hydrierung wurden Metallgehalt, Dispersität, Gehalt und Oxidationsstufe des Zweitmetalls, die Titandioxid-Modifikation der Träger sowie das Desaktivierungsverhalten untersucht. Als Charakterisierungsmethoden für die Katalysatoren wurden hauptsächlich ICP-AES, N2-Physisorption, XRD, ESR, HRTEM, H2- und CO-Chemisorption sowie XPS genutzt. Die höchste Ausbeute an Crotylalkohol wurde mit 40% an einem 1,20Pt/TiO2(P*)-Kolloidkatalysator im SMSI-Zustand erreicht.

Die SME AG ist das erste Bergbauunternehmen, das seit Jahrzehnten ein neues Erzbergwerk erschließen und in Betrieb nehmen will. Traditionsreiche Bergbauunternehmen haben in der Vergangenheit neue Standorte, auf der Grundlage vorhandener Personalstrukturen, vorhandener Technik und Technologien, erschlossen. Im nachfolgenden Beitrag wird die strategische Herangehensweise der SME AG beschrieben, um zeitnah mit der Gewinnung in der Wolfram-Zinn-Lagerstätte zu beginnen.

Mittels reaktivem Magnetron-Sputtern hergestellte Indium-Zinn-Oxid-Dünnschichten wurden mit den Methoden der Röntgendiffraktometrie und Röntgenreflektometrie charakterisiert. Es konnte gezeigt werden, dass die Wahl des Arbeitspunktes bei der Schichtabscheidung erheblichen Einfluss auf Kristallitorientierung, Gitterkonstante und Größe der Schichtspannung hat. Zusätzlich wurden mittels des Langford-Verfahrens Korngröße und Mikrospannungen bestimmt. Im Rahmen der röntgenografischen Spannungsmessung zeigten sich nichtlineare Verläufe der Dehnung über sin²Ψ, die mit dem Kornwechselwirkungsmodell nach Vook und Witt erklärt werden.