Die vorliegende Bachelorarbeit befasst sich mit der Frage über die Alltagstauglichkeit eines Elektroautos. Bekanntermaßen ist die geringe Reichweite, die ein Elektroauto fahren kann, die Hauptproblematik, welche zusätzlich von verschiedenen Faktoren beeinflusst wird. Besonders hohe Geschwindigkeiten als auch zu hohe oder zu niedrige Außentemperaturen können die Reichweite wirksam beeinträchtigen. Zur Beschreibung dieser Auswirkung wird für die Reichweite in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit ein physikbasiertes Modell verwendet. Hinzufügend wird anhand von Daten ein Regressionsmodell für die Temperaturabhängigkeit erstellt. Mithilfe dieser Modelle können Aussagen über die Nutzungsmöglichkeit von Elektroautos in den Sommer- und Wintermonaten als auch für Hochgeschwindigkeitsstraßen wie beispielsweise auf Autobahnen getroffen werden.

In this thesis, new all-printed capacitors are developed for the applications of energy storage, filter, and resonant circuits by using new dielectric material and an advanced technology. The innovative devices provide satisficing electrical performances with high breakdown voltages and capacitance densities. The main body of this thesis is divided in three parts. The first part is to introduce the fundamental background of printing technologies, electrical capacitors and printable materials. Among all the printing technologies, direct writing family is the most advantageous in the small-scale and fast production of printed electronics due to the properties of masterless processing, digital control, and print-on-demand. Both inkjet printing and ultrasonic fluid dispensing applied in this work are grouped into the direct writing family. A cross-linkable dielectric material poly(methyl methacrylate)84/(4-benzoylphenyl methacrylate)16 [P(MMA84/BPMA16)] exhibits the optimized chemical and mechanical stabilities in comparison with uncross-linked poly(methyl methacrylate) (PMMA). Poly(vinylidene fluoride-co-trifluoro ethylene) [P(VDF-TrFE)] exhibits a high dielectric constant of 16. The great advantages of both polymeric dielectrics make them ideal for printed electronics. The second part is devoted to the preparation of printed thin-film capacitors by providing four different layouts and architectures for multiple electronic applications. The printing setup, process setting and steps are summarized in detail. The following part which is the major content of this thesis is divided into two aspects: in the first aspect, the intriguing new form of continuous solution dispensing technology, ultrasonic fluid dispensing, is demonstrated as an alternative printing technology for the commonly applied ones. In comparison with the widely-used inkjet printing, continuous solution dispensing is the most advantageous in thin-film capacitor processing with metal nanoparticle and polymer dielectric inks. It enables precise pattern transfers with low surface roughness, small feature size (as small as 5 μm), and accurate positioning (5 μm resolution). Most importantly, problems due to discrete droplets and nozzle clogging in inkjet printing are avoided in continuous solution dispensing. All the inks applied for printed capacitors in this work are printed successfully with this innovating technology. Direct printing on demand and rapid switching among different inks are some other attributes of this printing technology that enable high throughput. The second aspect of this part is to characterize and evaluate the fabricated capacitors. The measured values include capacitor dimension, dielectric strength, capacitance density, energy density, charge/discharge behavior and so on. In summary, this work provides not only the use of the advantageous materials P(MMA84/BPMA16) and P(VDF-TrFE) in high-performance capacitors, but also paves the way of developing thin-film capacitors with a new continuous solution dispensing technology which makes the low-cost and high-quality manufacture of printed devices possible.

Harmonic propagation studies of public distribution networks require accurate models of aggregate residential customers (groups of customers) that simulate the harmonic emission of the multitude of household appliances in the network. Most of the present models were developed with the component-based approach, where models of individual household appliances are combined to build the model of multiple customers. This approach requires high amount of input data, like models of individual household appliances and detail information of customer behavior and device composition, which is usually not easy to acquire. However, with the increasing number of PQ-analyzers in the networks, the measurement-based approach is now more and more considered for the modeling of aggregate customers. The measurement-based approach uses measurements of the network in combination with top-down methodologies to obtain models of the aggregate customers. Compared to the component-based approach it has several advantages, like inherent consideration of the real operating changes of the individual household appliances, variation of customer behavior, effect of line impedances, cancellation and attenuation effects, etc. This thesis presents the development of a time-series stochastic model of the low-order harmonic emission of aggregate residential customers based on a top-down measurement-based approach. The model represents the daily variation of the harmonic magnitudes and phase angles. Besides, the model includes the representation of the harmonic unbalances, which is of great importance for the proper analysis of harmonic propagation in medium-voltage networks. The model is parametrized for German networks, but the methodology can be applied to find the models of other regions or countries.

In this thesis, methods for improving charge carrier mobility and deposition conditions for the solution shearing of organic semiconductors for organic field-effect transistors (OFETs) are investigated. Electrical performance for OFETs is currently still limited by the charge carrier mobility, especially when high fabrication speeds are required. In this work, adaptations are made to the solution shearing method to enhance charge carrier mobility values and to increase the deposition speed and film uniformity of semiconductor films. The solution shearing method can be easily adapted to large-scale roll-to-roll fabrication, a low-cost and high throughput fabrication process. In this work, the fabrication of OFETs with both crystalline small-molecule and donor-acceptor polymer semiconductors as the active layer is performed, and significant improvements in charge carrier mobility and film formation are achieved. Specifically, the crystalline small-molecule semiconductor TIPS-pentacene is blended with the inert dielectric polystyrene, and solution shearing parameters are optimized to obtain highly-aligned crystalline films. The thin film with optimized morphology is deposited on a very thin polymer dielectric film, demonstrating the feasibility of high-performance OFETs (effective mobility of ~1.2 cm2 V-1s-1) and an ultra-low operating voltage (~1 V) – at the time a record value. To improve crystal growth, the solution shearing method is modified to add vibrations to the liquid during the coating process. The new coating method, named “piezoshearing”, allows the application of vibrations to the liquid during deposition through the attachment of a piezo actuator to the shearing blade. The piezoshearing is implemented to enhance crystal growth during the solution shearing of crystalline materials, and tests of piezoshearing for the material 2,7-Dioctyl[1]benzothieno[3,2-b][1]benzothiophene (C8-BTBT) demonstrate that substrate coverage can be increased due to induced stick-and-slip caused by the piezoshearing. Due to the unfavorable wetting conditions of semiconducting donor-acceptor polymer solutions on the commonly used low surface energy OFET substrates, conventional solution shearing is problematic. With piezoshearing, film deposition can be significantly improved. In particular, through piezoshearing the so-called stick-and-slip instabilities are mitigated, allowing the doubling of the shearing speed, and the deposition of smooth and ultrathin films (~7 nm). In addition to enabling higher coating speeds, piezoshearing also lowers the polymer material consumption by up to ~ 70% in comparison to the conventional solution shearing method. For some materials, piezoshearing is also found to increase the charge carrier mobility in OFET devices by up to two orders of magnitude. The piezoshearing is utilized for viscous polymer solutions, which are challenging to coat, and usually, result in non-uniform films. Three donor-acceptor polymer systems were tested, and morphology changes are observed for all materials when piezoshearing is applied. For one of the polymeric solutions, an increase in crystallinity is achieved, possibly accompanied by a change in the degree of alignment of the polymer chains. For two other polymer solutions with higher molecular weight chains, very smooth films were obtained with the piezoshearing – saving 30% of material. Without the application of vibrations, such materials yield very non-uniform films, with significant thickness variations, which is unsuitable for OFET devices. In summary, this work leads to significant improvements in the solution shearing of organic semiconductor materials by adding vibrations in the kHz range to the deposition process. The effects and benefits of utilizing the piezoshearing are demonstrated, and suggestions for further improvement and studies are made.:Contents 7 1.Introduction 11 Motivation 11 Outline 12 2.Theoretical Principles of Organic Electronic Materials and Devices 13 Organic Electronics 13 Organic Semiconductors 14 Charge Transport Mechanisms in Organic Semiconductors 16 Organic Field-effect Transistors 19 Operation 19 The Metal-Semiconductor Interface 22 The Dielectric 25 Film Morphology and Charge Transport in OFETs 27 Small Molecules 27 Semicrystalline Polymers 29 3.Solution Shearing and Control of Film Morphology 33 The Solution Shearing Method 34 Capillary Flow and the Pinned Contact Line. 36 Marangoni Flow 36 Shear Flow 37 Film Formation in Solution Shearing 38 Small Molecules 38 Polymers 43 Stick-and-slip Instabilities 50 Contact Angle Hysteresis and Stick-and-slip 52 Vibration-assisted Thin-film Solution Fabrication Methods 53 Effects on a Liquid stemming from Vibration 53 Relevant Characteristics 57 Vibrations and Thin-film Formation 58 Combining the Solution Shearing and Vibrations 61 4.Experimental Methods 63 Device Fabrication 63 Substrate Preparation 63 Electrode Evaporation . 65 Piezoshearing Setup 65 Thin-film Characterization 68 Cross-Polarized Optical Microscopy 68 Grazing Incidence Wide-Angle X-ray Scattering 71 Electrical characterization 77 Characterization 77 Mobility estimation and overestimation discussion 77 5.Alignment Improvement from Blending the Small molecule TIPS- pentacene with an inert Polymer 81 Introduction 81 Optimization of film morphology for TIPS-pentacene . 82 Device Fabrication 82 Electrical Characterization .. 83 Film morphology characterization 86 Fabrication of Ultra-low-voltage Operation Devices 96 Figure of Merit of this Study 97 6.Piezoshearing of Crystalline Materials 101 Introduction 101 Piezoshearing of Pristine TIPS-pentacene 102 Film Fabrication 102 Thin-film Characterization 102 TIPS-pentacene blended with PS in Toluene: Better Performing Devices 104 Piezoshearing of C8-BTBT 105 7.Addressing Stick-and-Slip Instabilities in solution-sheared films for Introduction 109 Device Fabrication 110 The Effect of Piezoshearing on Stick-and-Slip Instabilities 111 Increasing Shearing Speed 111 Thin-film Characterization 114 Electrical Characterization 116 Energy Barriers and Overcoming them with Vibration 119 Acceleration Threshold for Mitigating Stick-and-slip 122 8.Piezoshearing of Viscous Polymer Solutions 127 Introduction 127 Device Fabrication 128 DPP4DE-TT and Film Morphology 129 DPP6DO-TT, DPP6DO-T, and Faraday Instabilities 137 Thin-film Characterization 141 Piezoshearing as a Parametric Oscillator System 145 Solid Friction 146 Viscosity 146 Transition Between Regimes 147 9.Conclusion and Outlook 149 Conclusion 149 Outlook 150

Autonomous navigation of our rough-terrain rovers implies the need of a good representation of their near surrounding. In order to archive this we fuse several of their sensors into one representation called OctoMap. But moving obstacles can produce artefacts, leading to untraversable re- gions. Furthermore the map itself is increasing in size while discovering new places. Even though we are only interested in the near surrounding of the rovers. Our approach to these problems is the usage of timestamps within the map. If a certain region was not updated within a given interval, it will be set to free space or deleted from the map. This first option is an existing solution and the second option reflects our new alternative.

An der Schnittstelle zwischen Elektrofahrzeug und dem Niederspannungsnetz nimmt die Ladesäule eine Schlüsselposition beim Ausbau von intelligenten Stromnetzen in Synergie mit der Elektromobilität ein. Durch die Entwicklung einer frequenzselektiven Stromregelung des Wechselrichters der Ladesäule wurde die Reduktion der Netzrückwirkung bei hoher Ladeleistung ermöglicht und zusätzliche Netzdienstleistungen wie Netzstützung, Phasenschieberbetrieb, Netzsymmetrierung und Oberschwingungskompensation für eine aktive Verbesserung der Netzspannungsqualität realisiert. Ein neues Verfahren zur Optimierung der Phasenregelung erzielte eine höhere Effizienz der Kompensation der Oberschwingungen der Netzspannung. Diese Funktionen wurden an einem Prototyp der intelligenten Ladesäule in einem Inselnetz praktisch erforscht.

Die vorliegende Bachelorarbeit beschäftigt sich mit der Untersuchung der Diffusionsprozesse in SiGe-Verbindungen mittels Molekulardynamiksimulationen. Für die Simulationen wird die freie Software LAMMPS verwendet in Kombination mit einem reaktiven Kraftfeld. Das Ziel der Si-mulationen ist einerseits herauszufinden, inwieweit eine Untersuchung von Diffusionsprozessen mit der heutigen Rechentechnik möglich ist, und andererseits zu untersuchen, wie gut das hier verwendete Kraftfeld die Diffusionsprozesse beschreibt. Darauf aufbauend sollen die Diffusi-onsmechanismen genauer erforscht werden. Untersuchungen der Gitterkonstante von SiGe-Systemen zeigen, dass das Temperaturverhalten von Silizium und Germanium nicht korrekt von dem verwendeten Potential wiedergegeben wird. Einerseits zeigen die Systeme kein Schmelzverhalten und andererseits ist die simulierte Gitter-konstante unabhängig von der Temperatur. Hingegen ergibt sich für die Germaniumabhängigkeit der Gitterkonstante ein linearer Verlauf, wie es in der Literatur angegeben wird. Simulationen eines Zweilagensystems, bestehend aus einer Lage Silizium und einer Lage Silizi-umgermanium, zeigen, dass die Diffusion des Germaniums in die Siliziumschicht zu langsam abläuft, um mit Molekulardynamik direkt untersucht zu werden. In weiteren Untersuchungen werden deshalb die einzelnen Diffusionsmechanismen genauer betrachtet. Die dabei ermittelten Diffusionskonstanten nehmen exponentiell, wie in der Literatur angegeben, mit der Temperatur zu. Weiterhin folgt aus den Simulationen, dass der Einbau von Germaniumatomen in Siliziumsysteme die Diffusionsmechanismen behindert. Dabei ergibt sich ein nichtlinearer Zusammenhang zwischen dem Anteil an Germaniumatomen und der Diffusi-onskonstante. Die berechneten Diffusionskonstanten können als Eingabewert für gröbere Modelle verwendet werden, wie zum Beispiel kinetic-Monte-Carlo-Simulationen.:I. ABKÜRZUNGSVERZEICHNIS II. SYMBOLVERZEICHNIS 1. EINLEITUNG 2. SIGE ALS KANALMATERIAL FÜR MOSFET-TRANSISTOREN 2.1. MOSFET IN DIGITALEN SCHALTUNGEN 2.2. KRISTALLSTRUKTUR VON SIGE-VERBINDUNGEN 2.2.1. Der Idealkristall 2.2.2. Der Realkristall 2.3. BILDUNG DES KANALS 2.3.1. Heteroepitaxie von SiGe auf Ge 2.3.2. SGOI Technologie 2.4. DIE ATOMISTISCHE DIFFUSION 3. GRUNDLAGEN DER MOLEKULARDYNAMIKSIMULATION 3.1. DAS REAXFF POTENTIAL 3.2. PHYSIKALISCHE ENSEMBLES 3.3. LAMMPS 4. SIMULATIONEN 4.1. GITTERKONSTANTE VON SIGE-VERBINDUNGEN 4.1.1. Modellsystem 4.1.2. Ergebnisse und Vergleich mit der Literatur 4.2. INTERDIFFUSION IN SIGE-HETEROSYSTEMEN 4.2.1. Modellsystem 4.2.2. Ergebnisse 4.3. EINZELSPRUNGBETRACHTUNG VON INTERSTITIALS 4.3.1. Modellsystem 4.3.2. Einzelsprungauswertung von Interstitials 4.3.3. Ergebnisse der Einzelsprungauswertung 4.4. MSD-BETRACHTUNG VON INTERSTITIALS 4.4.1. Modellsystem und Auswertemethode 4.4.2. Vergleich der MSD-Betrachtung mit der Einzelsprungbetrachtung und mit Literaturwerten 4.5. MSD-BETRACHTUNG VON LEERSTELLEN 4.5.1. Modellsystem und Auswertemethode 4.5.2. Ergebnisse und Vergleich mit Literatur 4.6. VERGLEICH DER DIFFUSION VON LEERSTELLEN UND INTERSTITIALS 5. ZUSAMMENFASSUNG UND AUSBLICKE 5.1. ZUSAMMENFASSUNG 5.2. AUSBLICKE 6. ABBILDUNGSVERZEICHNIS 7. TABELLENVERZEICHNIS 8. REFERENCES

Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Isolationszuverlässigkeit und Lebensdauermodellierung für die Gehäusekonstruktion von Halbleitersensoren. Bei den untersuchten Gehäusekonstruktionen handelt es sich insbesondere um Stromsensoren, die auf der Messung des Magnetfeldes eines stromdurchflossenen Leiters basieren. Dabei werden spannungsinduzierte Fehlermechanismen und ihre Auswirkung innerhalb des Sensors diskutiert und ein Lebensdauermodell für den Sensor beschrieben, das auf dem Fehlermechanismus der anodischen Oxidation basiert.:1 THEORETISCHE GRUNDLAGEN DER SENSORKONSTRUKTION 1.1 Grundlagen der Isolationskoordination 1.2 Grundlagen der Sensorkonzeption 1.3 Stand der Technik 1.4 Aufgaben für die Gehäuseentwicklung 2 SPANNUNGSINDUZIERTE FEHLERMECHANISMEN 2.1 Teilentladung 2.2 Dielektrischer Durchbruch 2.3 Chemische Umsetzung von Si 2.4 Migrationsmechanismen 2.5 Leckstrom 3 LEBENSDAUERMODELLIERUNG 3.1 Beschleunigte Alterung 3.2 Modellfunktion für die Lebensdauer 3.3 Lebensdauerkalkulationen

Die vorliegende Arbeit behandelt den Entwurf eines ADCs nach dem sukzessiven Approximationsverfahren (SAR). Ausgehend von den Systemanforderungen erfolgt eine Ableitung der Spezifikation des zu entwerfenden ADCs. Theoretische Betrachtungen und Highlevelsimulationen in Matlab wählen die optimale Architektur der Einzelkomponenten - kapazitives DAC Array, Komparator, Ablaufsteuerung - aus. Die Implementation selbst findet für die Analogschaltungsteile auf Transistorebene und für die digitalen Komponenten auf RT-Ebene in VHDL statt. Sie bilden die Grundlage für die Realisierung des Layouts. In dem Zusammenhang stellt die Arbeit die gängigsten Matchingmethoden für elektronische Bauelemente vor. Abschließende PEX-Simulationen (parasitic Extraction) ermitteln die statischen (INL/DNL) wie dynamischen Kennwerte (SNR) des SAR-ADCs.:Abkürzungsverzeichnis iii Formelzeichen v 1 Einleitung 1 2 Grundlagen 2 2.1 Analog/Digital-Umsetzer 2 2.1.1 Umsetzungsverfahren 2 2.1.2 Statische Kennwerte 8 2.1.3 Dynamische Kennwerte 12 2.2 Technologie 17 2.2.1 Übersicht 17 2.2.2 MOS-Transistoren 17 2.2.3 Kapazitäten 18 2.2.4 Widerstände 18 2.3 Hardwarebeschreibungssprache 19 2.3.1 Übersicht 19 2.3.2 Zustandsautomat 19 2.3.3 Look-Ahead-Ausgang 20 3 Spezifikation 21 4 ADU-Topologie 23 4.1 Vorüberlegungen 23 4.1.1 Umsetzungsverfahren 23 4.1.2 Vergleich Widerstand/Kapazität 23 4.1.3 Differenziell Vs. Single-Ended 24 4.1.4 Kapazitätsarray 25 4.2 ADC High-Level Modell 30 4.2.1 Funktionsblöcke 30 4.2.2 Matlab/Simulink 31 4.2.3 Simulation 34 4.3 Parasitäre Effekte 37 4.3.1 Substratkapazität 37 4.3.2 Komparatoroffset 39 5 Schaltungsdesign & -simulation 41 5.1 Komparator 41 5.1.1 Spezifikation 41 5.1.2 Latch 41 5.1.3 Vorverstärker 43 5.1.4 Gesamtsystem 46 5.2 Schalter 46 5.2.1 Funktionsweise 46 5.2.2 Ladungseintrag 46 5.2.3 Dimensionierung & Simulation 47 5.3 Kapazitätsarray 51 5.4 SAR-Controller 51 5.4.1 Vorüberlegung 51 5.4.2 RTL Design 52 5.4.3 Simulation 55 5.4.4 Synthese 57 5.4.5 Optimierung 59 5.5 ADC (Toplevel) 59 5.5.1 Architektur 59 5.5.2 Simulation 61 6 Layout 64 6.1 Komparator 65 6.1.1 Vorverstärker 1 65 6.1.2 Vorverstärker 2 66 6.1.3 Dynamisches Latch 66 6.2 Transmission Gates 67 6.3 Kapazitätsarray 68 6.4 SAR-Controller 70 6.5 ADC (Toplevel) 70 6.6 PEX Simulation 72 6.6.1 Statischer Test 72 6.6.2 Dynamischer Test 73 7 Zusammenfassung 74 Literaturverzeichnis 76 Bücher 76 Skripte und Schriften 76 Internetlinks 78 Abbildungsverzeichnis 79 Tabellenverzeichnis 82 Anhang 84

Diese Arbeit befasst sich mit dem Entwurf eines asynchron arbeitenden, zeitbasierten CMOS–Bildsensors mit erhöhtem Dynamikbereich und Unterdrückung zeitlich redundanter Daten. Aufgrund immer kleinerer Strukturgrößen in modernen Prozessen zur Fertigung von Halbleitern und einer gleichzeitig physikalisch bedingt immer geringeren Skalierbarkeit konventioneller Bildsensoren wird es zunehmend möglich und praktikabel, Signalverarbeitungsansätze auf Pixelebene zu implementieren. Unter Berücksichtigung dieser Entwicklungen befasst sich die folgende Arbeit mit dem Entwurf eines neuartigen CMOS–Bildsensors mit nahezu vollständiger Unterdrückung zeitlich redundanter Daten auf Pixelebene. Jedes photosensitive Element in der Matrix arbeitet dabei vollkommen autonom. Es detektiert selbständig Änderungen in der Bestrahlung und gibt den Absolutwert nur beim Auftreten einer solchen Änderung mittels asynchroner Signalisierung nach außen. Darüber hinaus zeichnet sich der entwickelte Bildaufnehmer durch einen, gegenüber herkömmlichen Bildsensoren, deutlich erhöhten Dynamikbereich und eine niedrige Energieaufnahme aus, wodurch das Prinzip besonders für die Verwendung in Systemen für den mobilen Einsatz oder zur Durchführung von Überwachungsaufgaben geeignet ist. Die Realisierbarkeit des Konzepts wurde durch die erfolgreiche Implementierung eines entsprechenden Bildaufnehmers in einem Standard–CMOS–Prozess nachgewiesen. Durch die Größe des Designs von 304 x 240 Bildelementen, die den Umfang üblicher Prototypen-Realisierungen deutlich übersteigt, konnte speziell die Anwendbarkeit im Bereich größerer Sensorfelder gezeigt werden. Der Schaltkreis wurde erfolgreich getestet, wobei sowohl das Gesamtsystem als auch einzelne Schaltungsteile messtechnisch analysiert worden sind. Die nachgewiesene Bildqualität deckt sich dabei in guter Näherung mit den theoretischen Vorbetrachtungen.