Thermische TaN ALD mit den Präkursoren TBTDET und TBTEMT, NH3 als zweiten Reaktanten und Ar als inertes Spülgas ist untersucht worden. Als Messverfahren zur Bewertung ist zeitlich aufgelöste in-situ spektroskopische Ellipsometrie mit einer Datenerfassungsrate von 0,86 Datenpunkte/s, sowie in-vacuo XPS und AFM verwendet worden. Es konnten sehr glatte homogene geschlossene TaN-Dünnschichten mit einem Ta:N-Verhältnis von 0,6, -Verunreinigungen von ca. 5 at.% (TBTDET) bzw. 9 at.% (TBTEMT) und einem GPC von ca. 0,6 nm/Zyklus im linearen Wachstumsbereich hergestellt werden. Eine O3-Vorbehandlung einer SiO2-Oberfläche beschleunigt die initiale Phase der TaN-Abscheidung. Die abgeschiedenen TaN-Schichten zeigen sich sehr reaktiv auf O2.:1. Einleitung 1 I. Theorie 4 2. Anwendungsfelder von TaN & Ru-ALD-Dünnschichten 5 2.1. Anwendungsfelder von TaN ALD Dünnschichten 5 2.2. Anwendungsfelder von Ru ALD Dünnschichten 5 2.3. TaN/Ru-Schichtstapel als Cu-Diffusionsbarriere 6 3. Atomlagenabscheidung (ALD) 8 3.1. Idealisiertes Grundprinzip der ALD 8 3.2. Mögliche Nichtidealitäten eines ALD-Prozesses 10 3.3. Klassifikation von ALD-Prozessen 12 3.4. TaN-Abscheidung mithilfe eines thermischen TBTDET bzw. TBTEMT und NH3-Prozesses 13 3.5. Ru-Abscheidung mithilfe eines ALD-Prozesses 16 4. Grundlagen von Schichtcharakterisierungsmethoden 17 4.1. Spektroskopische Ellipsometrie (SE) 17 4.2. Röntgenphotonenelektronenspektroskopie (XPS) 19 4.3. Rasterkraftmikroskopie im nicht-Kontakt-Modus (non-contact AFM) 20 4.4. Vierspitzenprober (4PP) 21 II. Praxis 23 5. Experimentelle Methodik 24 5.1. ALD-Reaktor mit in-situ Ellipsometer und in-vacuo XPS und AFM/STM 24 5.1.1. Prozesskammer 24 5.1.2. In-situ Ellipsometer und in-vakuo Messtechnik 24 5.1.3. Bei ALD TaN-Prozessen verwendete Parameter 25 5.2. ALD-Reaktor mit Blitzlampenfeld für Blitz-ALD 26 5.3. Vorgehensweise bei der in-situ Ellipsometrie 27 5.3.1. Übersicht 27 5.3.2. Details zur Datenerfassung 29 5.3.3. Details zur optischen Modellierung 32 5.3.4. Datennachbearbeitung: Erstellung von ALD-Zyklus-Wachstums Diagrammen 40 5.3.5. Datennachbearbeitung: Extrahierung von Parametern aus ALDZyklus-Wachstums Diagrammen 41 5.3.6. Fehlerbetrachtung 43 5.4. Vorgehensweise bei XPS-Experimenten 43 5.5. Weitere verwendete ex-situ Messtechniken 45 5.6. O2-Aufnahme einer abgeschiedenen TaN-Schicht 46 6. Thermische ALD TaN Schichtuntersuchungen an iSE-ALD-Anlage 47 6.1. O3-Vorbehandlung 47 6.1.1. Einführung 47 6.1.2. Auswirkungen auf natives und thermisches SiO2 47 6.1.3. Temperatureinfluss 49 6.2. Analyse mithilfe von Präkursor TBTDET abgeschiedener thermischer ALD TaN Dünnschichten 50 6.2.1. Verwendete Prozessparameter 50 6.2.2. Initialer (heterogener) Wachstumsbereich 51 6.2.3. Linearer (homogener) Wachstumsbereich 52 6.2.4. CVD-Verhalten von TBTDET bei 160 und 210 C 55 6.2.5. Nachbehandlungen (Tempern und O2-Aufnahme) 56 6.2.6. Fazit 58 6.3. Analyse mithilfe von Präkursor TBTEMT abgeschiedener thermischer ALD TaN Dünnschichten 58 6.3.1. Initialer (heterogener) Wachstumsbereich 58 6.3.2. Linearer (homogener) Wachstumsbereich 60 6.3.3. Nachbehandlung mit O2 64 6.3.4. Fazit 64 6.4. Vergleich der Präkursoren TBTDET & TBTEMT für die thermische TaN-ALD 66 6.4.1. Einführung 66 6.4.2. Vergleich XPS-Ergebnisse & O2-Aufnahme 68 6.4.3. Vergleich iSE-Ergebnisse 68 6.4.4. Vergleich AFM-Ergebnisse 70 6.4.5. Fazit 70 7. Prozessentwicklung an Flash-ALD-Anlage 72 7.1. Einführung 72 7.2. Temperaturvariation 73 7.3. Pulszeitvariationen 74 7.4. Eigenzersetzung von TBTEMT (CVD-Abscheidung) 77 7.5. Zusammenfassung zur Prozessentwicklung 78 7.6. Erste Ergebnisse zum Blitzeinfluss 78 7.6.1. Einführung 78 7.6.2. Rauheit (AFM-Ergebnisse) 79 7.6.3. chemische Zusammensetzung(XPS-Ergebnisse) 80 8. Zusammenfassung und Ausblick 82 III. Anhang 84 A. XPS-Ergebnis von O2-Nachbehandlung mit Präkursor TBTEMT 85 Literaturverzeichnis 86 / Thermal ALD with the precursors TBTDET and TBTEMT, NH3 as the second reactant and Ar as inert purging gas was studied. For measuring purposes time-resolved in-situ spectroscopic ellipsometry with an data acquisition rate of 0,86 data points/s, in-vacuo XPS and AFM was used. It was possible to deposit very smmoth homogenous closed TaN thin films with a Ta:N rate of about 0,6, contaminations of 5 at.% (TBTDET) and 9 at.% (TBTEMT), respectively, and a GPC of about 0,6 nm/Zyklus. An O3 pretreatment of a SiO2 surface accelerated the initial phase of the TaN atomic layer deposition (ALD) deposition. These TaN-Schichten were very reactiv against O2.:1. Einleitung 1 I. Theorie 4 2. Anwendungsfelder von TaN & Ru-ALD-Dünnschichten 5 2.1. Anwendungsfelder von TaN ALD Dünnschichten 5 2.2. Anwendungsfelder von Ru ALD Dünnschichten 5 2.3. TaN/Ru-Schichtstapel als Cu-Diffusionsbarriere 6 3. Atomlagenabscheidung (ALD) 8 3.1. Idealisiertes Grundprinzip der ALD 8 3.2. Mögliche Nichtidealitäten eines ALD-Prozesses 10 3.3. Klassifikation von ALD-Prozessen 12 3.4. TaN-Abscheidung mithilfe eines thermischen TBTDET bzw. TBTEMT und NH3-Prozesses 13 3.5. Ru-Abscheidung mithilfe eines ALD-Prozesses 16 4. Grundlagen von Schichtcharakterisierungsmethoden 17 4.1. Spektroskopische Ellipsometrie (SE) 17 4.2. Röntgenphotonenelektronenspektroskopie (XPS) 19 4.3. Rasterkraftmikroskopie im nicht-Kontakt-Modus (non-contact AFM) 20 4.4. Vierspitzenprober (4PP) 21 II. Praxis 23 5. Experimentelle Methodik 24 5.1. ALD-Reaktor mit in-situ Ellipsometer und in-vacuo XPS und AFM/STM 24 5.1.1. Prozesskammer 24 5.1.2. In-situ Ellipsometer und in-vakuo Messtechnik 24 5.1.3. Bei ALD TaN-Prozessen verwendete Parameter 25 5.2. ALD-Reaktor mit Blitzlampenfeld für Blitz-ALD 26 5.3. Vorgehensweise bei der in-situ Ellipsometrie 27 5.3.1. Übersicht 27 5.3.2. Details zur Datenerfassung 29 5.3.3. Details zur optischen Modellierung 32 5.3.4. Datennachbearbeitung: Erstellung von ALD-Zyklus-Wachstums Diagrammen 40 5.3.5. Datennachbearbeitung: Extrahierung von Parametern aus ALDZyklus-Wachstums Diagrammen 41 5.3.6. Fehlerbetrachtung 43 5.4. Vorgehensweise bei XPS-Experimenten 43 5.5. Weitere verwendete ex-situ Messtechniken 45 5.6. O2-Aufnahme einer abgeschiedenen TaN-Schicht 46 6. Thermische ALD TaN Schichtuntersuchungen an iSE-ALD-Anlage 47 6.1. O3-Vorbehandlung 47 6.1.1. Einführung 47 6.1.2. Auswirkungen auf natives und thermisches SiO2 47 6.1.3. Temperatureinfluss 49 6.2. Analyse mithilfe von Präkursor TBTDET abgeschiedener thermischer ALD TaN Dünnschichten 50 6.2.1. Verwendete Prozessparameter 50 6.2.2. Initialer (heterogener) Wachstumsbereich 51 6.2.3. Linearer (homogener) Wachstumsbereich 52 6.2.4. CVD-Verhalten von TBTDET bei 160 und 210 C 55 6.2.5. Nachbehandlungen (Tempern und O2-Aufnahme) 56 6.2.6. Fazit 58 6.3. Analyse mithilfe von Präkursor TBTEMT abgeschiedener thermischer ALD TaN Dünnschichten 58 6.3.1. Initialer (heterogener) Wachstumsbereich 58 6.3.2. Linearer (homogener) Wachstumsbereich 60 6.3.3. Nachbehandlung mit O2 64 6.3.4. Fazit 64 6.4. Vergleich der Präkursoren TBTDET & TBTEMT für die thermische TaN-ALD 66 6.4.1. Einführung 66 6.4.2. Vergleich XPS-Ergebnisse & O2-Aufnahme 68 6.4.3. Vergleich iSE-Ergebnisse 68 6.4.4. Vergleich AFM-Ergebnisse 70 6.4.5. Fazit 70 7. Prozessentwicklung an Flash-ALD-Anlage 72 7.1. Einführung 72 7.2. Temperaturvariation 73 7.3. Pulszeitvariationen 74 7.4. Eigenzersetzung von TBTEMT (CVD-Abscheidung) 77 7.5. Zusammenfassung zur Prozessentwicklung 78 7.6. Erste Ergebnisse zum Blitzeinfluss 78 7.6.1. Einführung 78 7.6.2. Rauheit (AFM-Ergebnisse) 79 7.6.3. chemische Zusammensetzung(XPS-Ergebnisse) 80 8. Zusammenfassung und Ausblick 82 III. Anhang 84 A. XPS-Ergebnis von O2-Nachbehandlung mit Präkursor TBTEMT 85 Literaturverzeichnis 86

Manifestations of aggressive driving, such as tailgating, speeding, or swearing, are not trivial offenses but are serious problems with hazardous consequences—for the offender as well as the target of aggression. Aggression on the road erases the joy of driving, affects heart health, causes traffic jams, and increases the risk of traffic accidents. This work is aimed at developing a technology-driven solution to mitigate aggressive driving according to the principles of Persuasive Technology. Persuasive Technology is a scientific field dealing with computerized software or information systems that are designed to reinforce, change, or shape attitudes, behaviors, or both without using coercion or deception. Against this background, the Driving Feedback Avatar (DFA) was developed through this work. The system is a visual in-car interface that provides the driver with feedback on aggressive driving. The main element is an abstract avatar displayed in the vehicle. The feedback is transmitted through the emotional state of this avatar, i.e., if the driver behaves aggressively, the avatar becomes increasingly angry (negative feedback). If no aggressive action occurs, the avatar is more relaxed (positive feedback). In addition, directly after an aggressive action is recognized by the system, the display is flashing briefly to give the driver an instant feedback on his action. Five empirical studies were carried out as part of the human-centered design process of the DFA. They were aimed at understanding the user and the use context of the future system, ideating system ideas, and evaluating a system prototype. The initial research question was about the triggers of aggressive driving. In a driver study on a public road, 34 participants reported their emotions and their triggers while they were driving (study 1). The second research question asked for interventions to cope with aggression in everyday life. For this purpose, 15 experts dealing with the treatment of aggressive individuals were interviewed (study 2). In total, 75 triggers of aggressive driving and 34 anti-aggression interventions were identified. Inspired by these findings, 108 participants generated more than 100 ideas of how to mitigate aggressive driving using technology in a series of ideation workshops (study 3). Based on these ideas, the concept of the DFA was elaborated on. In an online survey, the concept was evaluated by 1,047 German respondents to get a first assessment of its perception (study 4). Later on, the DFA was implemented into a prototype and evaluated in an experimental driving study with 32 participants, focusing on the system’s effectiveness (study 5). The DFA had only weak and, in part, unexpected effects on aggressive driving that require a deeper discussion. With the DFA, this work has shown that there is room to change aggressive driving through Persuasive Technology. However, this is a very sensitive issue with special requirements regarding the design of avatar-based feedback systems in the context of aggressive driving. Moreover, this work makes a significant contribution through the number of empirical insights gained on the problem of aggressive driving and wants to encourage future research and design activities in this regard. / Aggressives Fahren, egal ob Drängeln, Rasen oder Fluchen, ist kein Kavaliersdelikt, sondern ein ernstzunehmendes Problem mit schwerwiegenden Folgen—sowohl für den Täter als auch für das Opfer. Es nimmt die Freude am Fahren, beeinträchtigt die Herzgesundheit, verursacht Stau und erhöht das Unfallrisiko. Ziel dieser Arbeit war es daher nach den Prinzipien persuasiver Technologie (engl. Persuasive Technology) eine technische Lösung zu entwickeln, die aggressives Fahren verringert. Als persuasiv werden Systeme bezeichnet, die ein bestimmtes Verhalten oder eine bestimmte Einstellung ihres Nutzers verstärken, verändern oder formen, ohne dabei Zwang auf ihn auszuüben oder ihn zu täuschen. Vor diesem Hintergrund wurde im Rahmen dieser Arbeit der sogenannte Driving Feedback Avatar (DFA) entwickelt. Das System ist eine visuelle Benutzerschnittstelle im Fahrzeug, die dem Fahrer Rückmeldung zu bestimmten aggressiven Verhaltensweisen gibt. Hauptelement ist ein abstrakter Avatar, der in einem Display angezeigt wird. Das Feedback selbst wird durch den emotionalen Zustand dieses Avatars vermittelt. Verhält sich der Fahrer aggressiv, wird er zunehmend wütender (negatives Feedback). Legt der Fahrer hingegen keine aggressiven Verhaltensweisen an den Tag, zeigt sich der Avatar nach und nach entspannter (positives Feedback). Darüber hinaus erhält der Fahrer ein sofortiges Feedback, indem das Display kurz aufblinkt, direkt nachdem eine aggressive Handlung vom System erkannt wurde. Zur Entwicklung des Systems wurden, unter Einsatz menschenzentrierter Forschungsmethoden, insgesamt fünf empirische Studien durchgeführt. Diese dienten dazu, den Nutzer und den Nutzungskontext des zukünftigen Systems zu verstehen, Ideen für mögliche Systeme zu entwickeln und die finale Lösung anhand eines Prototypens zu evaluieren. Zunächst stand dabei die Forschungsfrage im Raum, welche Auslöser für aggressives Fahren es heute gibt. In einer Fahrerstudie auf öffentlicher Straße berichteten dazu 34 Teilnehmer während der Fahrt von ihren Emotionen und deren Auslösern (Studie 1). Die zweite Forschungsfrage ergründete Maßnahmen zur Bewältigung von Aggression im Alltag. Hierzu wurden 15 Experten, die sich beruflich mit der Behandlung von aggressiven Personen befassen, interviewt (Studie 2). Insgesamt konnten so 75 Auslöser aggressiven Fahrens und 34 Maßnahmen zur Regulierung von Aggression im Allgemeinen abgeleitet werden. Inspiriert von diesen Erkenntnissen, entwickelten 108 Teilnehmer in einer Reihe von Workshops mehr als 100 Ideen, wie Aggression beim Fahren, unter Einsatz von Technologie, verringert werden könnte (Studie 3). Basierend auf diesen Ideen, entstand das Konzept des DFA. In einer Onlineumfrage mit 1.047 deutschen Teilnehmern wurde das Konzept evaluiert, um eine erste Bewertung der Wahrnehmung des Systems zu erhalten (Studie 4). Später wurde der DFA prototypisch umgesetzt und dessen Effektivität in einer Fahrerstudie unter experimentellen Bedingungen untersucht (Studie 5). Es zeigte sich, dass das System nur schwache und in Teilen auch unerwartete Effekte hat, die eine eingehende Diskussion verlangen. Diese Arbeit hat gezeigt, dass es möglich ist, aggressives Fahren mit Hilfe persuasiver Technologie zu beeinflussen. Jedoch ist dies ein sehr sensibles Vorhaben, das besondere Anforderungen an das Design Avatar-basierter Feedbacksysteme im Kontext aggressiven Fahrens stellt. Darüber hinaus leistet diese Arbeit vor allem aufgrund der gewonnenen empirischen Erkenntnisse rund um das Problem aggressiven Fahrens einen wichtigen Beitrag für Wissenschaft und Praxis und will zu weiteren Forschungs- und Designaktivitäten anregen.

Thermische TaN ALD mit den Präkursoren TBTDET und TBTEMT, NH3 als zweiten Reaktanten und Ar als inertes Spülgas ist untersucht worden. Als Messverfahren zur Bewertung ist zeitlich aufgelöste in-situ spektroskopische Ellipsometrie mit einer Datenerfassungsrate von 0,86 Datenpunkte/s, sowie in-vacuo XPS und AFM verwendet worden. Es konnten sehr glatte homogene geschlossene TaN-Dünnschichten mit einem Ta:N-Verhältnis von 0,6, -Verunreinigungen von ca. 5 at.% (TBTDET) bzw. 9 at.% (TBTEMT) und einem GPC von ca. 0,6 nm/Zyklus im linearen Wachstumsbereich hergestellt werden. Eine O3-Vorbehandlung einer SiO2-Oberfläche beschleunigt die initiale Phase der TaN-Abscheidung. Die abgeschiedenen TaN-Schichten zeigen sich sehr reaktiv auf O2. / Thermal ALD with the precursors TBTDET and TBTEMT, NH3 as the second reactant and Ar as inert purging gas was studied. For measuring purposes time-resolved in-situ spectroscopic ellipsometry with an data acquisition rate of 0,86 data points/s, in-vacuo XPS and AFM was used. It was possible to deposit very smmoth homogenous closed TaN thin films with a Ta:N rate of about 0,6, contaminations of 5 at.% (TBTDET) and 9 at.% (TBTEMT), respectively, and a GPC of about 0,6 nm/Zyklus. An O3 pretreatment of a SiO2 surface accelerated the initial phase of the TaN atomic layer deposition (ALD) deposition. These TaN-Schichten were very reactiv against O2.

Im Rahmen des ZIM-geförderten Vorhabens „Rezirkulationsgebläse-Entwicklung für die Brennstoffzellen-Technologie“ (REZEBT) wurde die Entwicklung eines neuartigen aktiven Wasserstoff-Rezirkulationsgebläses für die Anodenseite einer Brennstoffzelle bis TRL4 vorangetrieben. Das vorgestellte Gebläse besteht im Wesentlichen aus einem schnelldrehenden Turboverdichter, welcher mit einem sogenannten Medienspaltmotor angetrieben wird. Der Medienspaltmotor zeichnet sich dadurch aus, dass er das Medium durch den Spalt zwischen Rotor und Stator fördert, wodurch gänzlich auf dynamische Dichtungen verzichtet werden kann und das Medium selbst zur Kühlung genutzt werden kann. Bauartbedingt kann bei diesem permanent-erregten Synchronmotor (sensorlos) auf eine aufwändige Konstruktion und teure Produktionsprozesse verzichtet werden. Diese Veröffentlichung beschreibt den Prozess und die Herausforderungen der Auslegung sowie den Aufbau des Anodenrezirkulationsgebläses (ARG). Die Funktionsfähigkeit wurde mittels eines Prototypen demonstriert.