abstract: Extended crystal defects often play a critical role in determining semiconductor device performance. This dissertation describes the application of transmission electron microscopy (TEM) and aberration-corrected scanning TEM (AC-STEM) to study defect clusters and the atomic-scale structure of defects in compound semiconductors. An extensive effort was made to identify specific locations of crystal defects in epitaxial CdTe that might contribute to degraded light-conversion efficiency. Electroluminescence (EL) mapping and the creation of surface etch pits through chemical treatment were combined in attempts to identify specific structural defects for subsequent TEM examination. Observations of these specimens revealed only surface etch pits, without any visible indication of extended defects near their base. While chemical etch pits could be helpful for precisely locating extended defects that intersect with the treated surface, this study concluded that surface roughness surrounding etch pits would likely mitigate against their usefulness. Defect locations in GaAs solar-cell devices were identified using combinations of EL, photoluminescence, and Raman scattering, and then studied more closely using TEM. Observations showed that device degradation was invariably associated with a cluster of extended defects, rather than a single defect, as previously assumed. AC-STEM observations revealed that individual defects within each cluster consisted primarily of intrinsic stacking faults terminated by 30° and 90° partial dislocations, although other defect structures were also identified. Lomer dislocations were identified near locations where two lines of strain contrast intersected in a large cluster, and a comparatively shallow cluster, largely constrained to the GaAs emitter layer, contained 60° perfect dislocations associated with localized strain contrast. In another study, misfit dislocations at II-VI/III-V heterovalent interfaces were investigated and characterized using AC-STEM. Misfit strain at ZnTe/GaAs interfaces, which have relatively high lattice mismatch (7.38%), was relieved primarily through Lomer dislocations, while ZnTe/InP interfaces, with only 3.85% lattice mismatch, were relaxed by a mixture of 60° perfect dislocations, 30° partial dislocations, and Lomer dislocations. These results were consistent with the previous findings that misfit strain was relaxed primarily through 60° perfect dislocations that had either dissociated into partial dislocations or interacted to form Lomer dislocations as the amount of misfit strain increased. / Dissertation/Thesis / Doctoral Dissertation Physics 2020

Anlass der vorliegenden Arbeit war die Suche nach einem geeigneten Sehnendefekt-Modell, das die Untersuchung der Wirkung moderner Therapieansätze unter Standardbedingungen ermöglicht. Die Auswertung der Literatur zeigte, dass eine große Anzahl an Sehnendefekt-Modellen mit sehr unterschiedlichen Fragestellungen sowohl an Großtieren, Kleintieren als auch Labortieren eingesetzt wurde. In der vorliegenden Arbeit wurden bekannte Sehnendefekt-Modelle mit besonderem Augenmerk auf die verwendete Methodik und das damit induzierte Schadmuster untersucht. Die umfassende Literaturauswertung mit präziser pathomorphologischer Charakterisierung der Defekte diente als entscheidende Grundlage für die Entwicklung des eigenen Tiermodells. Beim hier vorgestellten Schafmodell handelt es sich um ein Core Lesion- Modell. Es simuliert die am häufigsten beim Pferd auftretende Sehnenerkrankung und bietet die Möglichkeit der direkten intraläsionalen Injektion eines Therapeutikums. Die Core Lesion stellt ein abgeschlossenes Kompartiment dar, so dass keine Trägermaterialien nötig sind, um ein appliziertes Therapeutikum am Wirkort zu binden. Verschiedene chirurgische Zugänge und Zielsehnen wurden beim Schafmodell untersucht. Als geeignet für ein Core Lesion- Modell erwiesen sich beim Schaf die tiefe Beugesehne distal des Karpalgelenks sowie die oberflächliche Beugesehne im Bereich des Tendo calcaneus communis. Für die Induktion der Läsion wurden in Anlehnung an die von LITTLE und SCHRAMME (2006) bzw. SCHRAMME et al. (2010a) beim Pferd gezeigte Methodik unterschiedliche chirurgische Instrumente verwendet. Dabei wurden der Einsatz einer Knochenmark-Extraktionsnadel sowie verschiedene manuell oder elektrisch betriebene arthroskopische Klingen und Fräsköpfe hinsichtlich ihrer Verwendbarkeit sowie des durch sie verursachten Schadmusters miteinander verglichen. Ein manueller Instrumenteneinsatz führte zu deutlich milderen Schadmustern. Dabei kam es durch die Verwendung des Stiletts einer Knochenmark-Extraktionsnadel in einigen Bereichen zu scharfen Faserdurchtrennungen, in anderen Bereichen wurden die Kollagenfasern nur stumpf auseinander gedehnt. Der Einsatz arthroskopischer Klingen und Fräsköpfe beim Schafmodell ist nur eingeschränkt möglich. Durch die geringe Sehnengröße stehen nur sehr wenige Instrumente mit einem entsprechend kleinen Durchmesser zur Verfügung. Ein Round Burr konnte unter experimentellen Bedingungen eingesetzt werden und führte zu einer hochgradigen Schädigung des kompletten Sehnenquerschnitts. Dabei wurden die Fasern aus ihrer ursprünglichen Orientierung heraus gerissen, zumeist aber nicht vom umgebenden Gewebe abgetrennt. Ein Synovial Resector führte hingegen zu einer scharfen Faserdurchtrennung und dadurch zu einem deutlich abgegrenzten Defektbereich. Weitere Einzelheiten wie die resultierende Einblutung und das Einwandern verschiedener Entzündungszell-Spezies müssen in-vivo untersucht werden, um eine klare Empfehlung für den Einsatz der verschiedenen Instrumente formulieren zu können. Die Auswertung der vorhandenen Sehnendefekt-Modelle sowie die eigenen Ergebnisse führten zu dem Schluss, dass eine Kombination verschiedener Methoden sinnvoll sein könnte. Die Arbeit beschreibt ein sicheres, praktikables Großtiermodell für die Simulation von Core Lesions. Das Modell kann zunächst im Tierversuch eingesetzt werden, um die nach Defektinduktion ablaufenden pathophysiologischen Prozesse zu charakterisieren. Dann steht mit dem Schafmodell ein zeitgemäßes Modell für die Untersuchung verschiedener Therapiekonzepte zur Verfügung, das für die Pferdemedizin eingesetzt werden kann, sich aber auch für Untersuchungen mit humanmedizinischem Hintergrund vielversprechend zeigt. Das Modell stellt damit ein wichtiges Bindeglied zwischen Grundlagenforschung und dem klinischen Einsatz moderner Therapiekonzepte dar.