Structurally well-defined graphene nanoribbons (GNRs) have emerged as highly promising materials for the next-generation nanoelectronics. The electronic properties of GNRs critically depend on their edge topologies. Here, we demonstrate the efficient synthesis of a curved GNR (cGNR) with a combined cove, zigzag, and armchair edge structure, through bottom-up synthesis. The curvature of the cGNR is elucidated by the corresponding model compounds tetrabenzo[a,cd,j,lm]perylene (1) and diphenanthrene-fused tetrabenzo[a,cd,j,lm]perylene (2), the structures of which are unambiguously confirmed by the X-ray single-crystal analysis. The resultant multi-edged cGNR exhibits a well-resolved absorption at the near-infrared (NIR) region with a maximum peak at 850 nm, corresponding to a narrow optical energy gap of ∼1.22 eV. Employing THz spectroscopy, we disclose a long scattering time of ∼60 fs, corresponding to a record intrinsic charge carrier mobility of ∼600 cm2 V–1 s–1 for photogenerated charge carriers in cGNR.

The use of ferroelectric negative capacitance (NC) has been proposed as a promising way to reduce the power dissipation in nanoscale devices [1]. According to single-domain (SD) Landau theory, a hysteresis-free NC state in a ferroelectric might be stabilized in the presence of depolarization fields below a certain critical film thickness tF, SD. However, it is well-known that depolarization fields will cause the formation of domains in ferroelectrics to reduce the depolarization energy [2], which is rarely considered in the literature on NC [3]. The improvident use of SD Landau theory to model NC devices seems to be the main reason for the large discrepancy between experimental data and the current theory [4]. Here, we will show by simulation how anti-parallel domain formation can strongly limit the stability of the NC state in a metal-ferroelectric-insulator-metal (MFIM) structure, which is schematically shown in Fig. 1.

Two-dimensional conjugated covalent organic frameworks (2D c-COFs) are emerging as a unique class of semiconducting 2D conjugated polymers for (opto)electronics and energy storage. Doping is one of the common, reliable strategies to control the charge carrier transport properties, but the precise mechanism underlying COF doping has remained largely unexplored. Here we demonstrate molecular iodine doping of a metal–phthalocyanine-based pyrazine-linked 2D c-COF. The resultant 2D c-COF ZnPc-pz-I2 maintains its structural integrity and displays enhanced conductivity by 3 orders of magnitude, which is the result of elevated carrier concentrations. Remarkably, Hall effect measurements reveal enhanced carrier mobility reaching ∼22 cm2 V–1 s–1 for ZnPc-pz-I2, which represents a record value for 2D c-COFs in both the direct-current and alternating-current limits. This unique transport phenomenon with largely increased mobility upon doping can be traced to increased scattering time for free charge carriers, indicating that scattering mechanisms limiting the mobility are mitigated by doping. Our work provides a guideline on how to assess doping effects in COFs and highlights the potential of 2D c-COFs to display high conductivities and mobilities toward novel (opto)electronic devices.

Das Afterglow tritt am Übergang vom Plasma zur Gasphase auf. Die dominierende aktive Spezies im Afterglow sind metastabil angeregte Neutralteilchen. Der Abbau der Metastabilen erfolgt in drei verschiedenen Prozessen: dem radiativen Zerfall, den Quenching-Stößen sowie der Relaxation in Stößen mit Oberflächen. Potentielle Anwendungsmöglichkeiten des Afterglows für Schichtabscheidung und Oberflächenmodifizierung werden diskutiert. Zur theoretischen Beschreibung des strömenden Afterglows wurde ein Collisional Radiative Modell entwickelt, welches die Reflexion angeregter Spezies an Oberflächen berücksichtigt. Als Diagnostikmethoden wurden die optische Emissionsspektroskopie (OES), die Chemolumineszenz sowie die Langmuir-Sondenmessungen eingesetzt, um die Konzentration metastabil angeregter Spezies zu bestimmen. Es wurde der Einfluß von konstruktiven und äußeren Paramentern auf die Konzentration metastabil angeregter Spezies im Afterglow untersucht. Es zeigt sich, daß unter den gegebenen Bedingungen die Quenching-Stöße der dominierende Verlustprozeß im Afterglow sind. Die Parameter Druck, Strömungsgeschwindigkeit und Länge des Afterglows können zu einem Skalierungsparameter zusammengefaßt werden, der zur online-Prozeßregulierung verwendet werden kann. Es werden

Quasikristallines Al-Cu-Fe (i-Phase) wurde ueber den Weg der amorphen (a-) Phase in Form duenner Schichten hergestellt und ein Vergleich elektronischer Transporteigenschaften der isotropen a-Phase in verschiedenen Anlassstufen mit der schliesslich entstehenden fast isotropen i-Phase durchgefuehrt (Leitfaehigkeit, Magnetoleitfaehigkeit, Hall-Effekt und Thermokraft). Die Auswirkungen einer Hume-Rothery-Stabilisierung auf den elektronischen Transport standen dabei im Vordergrund. Es wurden in der i-Phase auch die Auswirkungen einer systematischen Aenderung des Fe-Gehalts untersucht. Die a-Phase und die i-Phase sind in vielen wichtigen Trends miteinander verwandt, z.B. ist die inverse Matthiesen-Regel sowohl in der a- als auch in der i-Phase gueltig. Thermokraft und Hall-Effekt, die sehr empfindlich auf Aenderungen der Bandstruktur sind, zeigen drastischere Aenderungen beim Uebergang amorph-quasikristallin. Die Aenderungen der Eigenschaften in der i-Phase als Funktion der Temperatur und des Fe-Gehalts koennen in einem Zweibandmodell quantitativ erfasst werden. Mit dem Konzept der Spektralleitfaehigkeit, in das im Prinzip das Zweibandmodell uebergeht, koennen die Eigenschaften sowohl der i-Phase als auch der a-Phase quantitativ beschrieben werden. In der a-Phase fuehrt dieses Konzept auf eine sich von der frisch praeparierten a-Phase durch Tempern bis hin zur i-Phase kontinuierlich aendernde Spektralleitfaehigkeit, die schon unmittelbar nach dem Aufdampfen durch ein breites und ein, diesem ueberlagertes, schmales Minimum beschrieben werden kann. Beim Tempern wird das schmale Minimum immer tiefer. Im Ortsraum wird insgesamt ein Szenario vorgeschlagen, das von sphaerischer Ordnung ausgeht, zu der schon in der frisch praeparierten a-Phase eine Winkel- und Abstandsordnung hinzukommt. Diese verstaerkt sich beim Tempern bis hin zur perfekt geordneten Struktur in der i-Phase. Das Verschwinden magnetischer Effekte und die damit verbundenen Aenderungen der Tieftemperatur-Leitfaehigkeit beim Tempern deuten ebenfalls auf eine sich bereits in der a-Phase vollziehende kontinuierliche Aenderung der lokalen Umgebung der Fe-Atome, deren Anordnung hauptsaechlich die elektronischen Transporteigenschaften bestimmt.

This dissertation demonstrates the behavior of the electronic transport properties in the presence of a temperature gradient in disordered systems near the metal-insulator transition. In particular, we first determine the d.c. conductivity, the thermopower, the thermal conductivity, the Lorenz number, the figure of merit, and the specific heat of a three-dimensional Anderson model of localization by two phenomenological approaches. Then we also compute the d.c. conductivity, the localization length and the Peltier coefficient in one dimension by a new microscopic approach based on the recursive Green's functions method. A fully analytic study is difficult, if not impossible, due to the problem of treating the intrinsic disorder in the model, as well as, incorporating a temperature gradient in the Hamiltonian. Therefore, we resort to various numerical methods to investigate the problem.

Für drehzahl- und lagegeregelte elektrische Antriebssysteme mit mechanisch-elastischen Übertragungselementen exitiert eine Fülle von Regelstrategien. Jede von ihnen weist spezifische Vor- aber auch Nachteile auf, welche letztlich auf die eigene prinzipbedingte Güteschranke zurückzuführen sind. Um eine solche Güteschranke zu durchbrechen muß man grundsätzlich die Strukturbeschränkung des Reglers angreifen. Hierfür werden zwei Möglichkeiten aufgezeigt, ein parametervariables und ein strukturvariables Regelkonzept. Mit der Parameter-und der Strukturvariabilität lassen sich konventionelle Regler qualitativ aufwerten, und unterschiedliche Regelprinzipien kombinieren. Insbesondere können Nutz-Nichtlinearitäten in systematischer Weise in lineare Regler integriert werden. Das parametervariable Regelkonzept verfolgt dem Ziel, das dynamische Regelverhalten konventioneller Regler durch Online-Tuning der Reglerparameter zu verbessern. Hierbei können unterschiedliche Parametersätze vorteilhaft kombiniert werden, so dass die Güteschranke des konventionellen Reglers überwunden wird. Der systematische Entwurf vereint die klassischen linearen Methoden mit der heuristischen fuzzy-basierten Vorgehensweise. Beim strukturvariablen Konzept handelt es sich um ein auf das Sliding-Mode-Prinzip basierte Regelverfahren, dessen Hauptgegenstand die Güterobustheit der Regelung gegenüber Parameterunsicherheiten ist. Um die Nachteile des Sliding-Mode-Prinzips zu vermeiden und damit die Realisierbarkeit für elektrische Antriebssysteme zu erhöhen, werden Methoden für die Rekonstruktion der Zustandsgrößen und für die Chattering-Reduktion vorgeschlagen. Auch das strukturvariables Konzept beinhaltet einen starken Bezug zu linearen Prinzipien. Möglichkeiten zur Kombination beider vorgeschlagenen Konzepte werden ansatzmässig aufgezeigt. Die beiden Konzepte werden in Simulation und an einer Versuchsanlage experimentell erprobt

In dieser Arbeit wurden elektronische Transporteigenschaften ungeordneter metallischer und isolierender Materialien untersucht. Es wurde gezeigt, dass die zugrunde liegende Vielfachstreumethode für Schichten (LKKR) auch auf isolierende Materialien angewendet werden kann. Als isolierendes Material wurde amorphes Silizium gewählt. Für die Strukturmodellierung wurde ein spezieller RMC-Algorithmus für Netzwerke entwickelt. Um eine Lücke in der elektronischen Zustandsdichte zu erhalten, wurden diese Strukturen anschließend mit einer MD-Methode relaxiert. Zur Charakterisierung der dabei auftretenden mittelreichweitigen Strukturänderungen wurde ein analytisches Modell des Strukturfaktors aufgestellt. Die Verbindung zwischen elektronischen und strukturellen Defekten beim Übergang von den metallischen Ausgangsnetzwerken zu den isolierenden amorphen Siliziumstrukturen wurde untersucht. Die Winkelschwankung, unterkoordinierte Siliziumatome und ein spezieller topologischer Defekt wurden als Ursache für elektronische Defekte bei der Fermienergie identifiziert. Für die Widerstandsberechnung wurde vom Stromfluss durch einen quasi-eindimensionalen Draht ausgegangen (Landauer-Büttiker-Ansatz). Für ein stark streuendes Modellsystem (amorphes Eisen) wurde gezeigt, dass dieser Ansatz auch bei kohärenter Vielfachstreuung einen längenproportionalen Widerstand für kleine Drahtlängen liefert. Für metallische Materialien kann die Leitfähigkeit aus der Längenabhängigkeit des Drahtwiderstandes bestimmt werden. Zwei Erweiterungen dieses Landauer-Büttiker-Ansatzes für eine unvollständige Berechnung der kohärenten Streuung wurden in dieser Arbeit abgeleitet. Der direkte Einfluss der Struktur für schwache Streuer wurde in Einfachstreunäherung untersucht. Im Grenzfall eines Mediums führt die abgeleitete Leitwertformel auf die Zimanformel für den spezifischen Widerstand. Die Widerstandsberechnung wurde außerdem auf inkohärente Streuung erweitert, so dass auch für isolierende Materialien eine Leitfähigkeit bestimmt werden kann. Im Gegensatz zu ungeordneten Metallen verschwindet die Leitfähigkeit bei verschwindender inkohärenter Streuung, so dass metallische und isolierende Materialien unterschieden werden können. Der unordnungsinduzierte Metall-Isolator-Übergang (Anderson-Übergang) wurde für amorphes Nickelsilizid betrachtet. %Die bestimmte kritische Nickelkonzentration liegt wegen der %im Vergleich zu amorphen Silizium fehlenden Relaxierung der Strukturen %unterhalb experimenteller Werte. Wegen des geringen Querschnitts der Drähte tritt metallisches und isolierendes Verhalten parallel auf. Die notwendige Mittelung führt zu einer abnehmenden Leitfähigkeit bei abnehmender inkohärenter Streuung auch für metallische Proben. Dieses Verhalten wird in dreidimensionalen Systemen mit schwacher Lokalisierung in Verbindung gebracht.

Vor dem Hintergrund steigender Energie- und Rohstoffpreise stellen die Anwender elektrischer Antriebe zunehmend die Forderung nach einer wesentlichen Erhöhung des Wirkungsgrades der elektrischen Maschinen. Um einerseits Masse, Bauvolumen und Material zu sparen, andererseits aber auch die Verluste in der elektrischen Maschine zu senken, müssen moderne Magnetkreiswerkstoffe und Wicklungstechnologien angewendet werden. Im Rahmen der Diplomarbeit sind verschiedene Varianten energieeffizienter Elektromaschinen zu untersuchen. Hierbei sind insbesondere folgende Ausführungsformen detailliert zu betrachten: • Permanenterregte Synchronmaschine mit Si-legiertem Blech (Referenz) • Permanenterregte Synchronmaschine mit Co-legiertem Blech • Permanenterregte Synchronmaschine mit Ni-legiertem Blech • Einsatz von SMC (Soft Magnetic Compound, Pulververbundwerkstoff) • Permanenterregte Synchronmaschine mit Zahnspulenwicklung • Sinnvolle Kombinationen der o.g. Punkte Die Untersuchungen sollen sich dabei auf Antriebsmotoren im Leistungsbereich um 1 kW bei Drehzahlen von 1400 bis 3000 min−1 erstrecken. Für jede Variante ist mit Hilfe von FEM-Berechnungen der Magnetkreis im Sinne geringster Verluste zu optimieren und der zu erwartende Wirkungsgrad im Bemessungspunkt abzuschätzen. Darüber hinaus sind Referenzmessungen an einer konventionellen permanenterregten Synchronmaschine vorzunehmen, um die erhaltenen Ergebnisse sinnvoll einordnen zu können.

The field of hybrid electronics of molecules and traditional semiconductors is deemed to be a realistic route towards possible use of molecular electronics. Such hybrid electronics finds its potential technological applications in nuclear detectors, near-infrared detectors, organic thin film transistors and gas sensors. Specifically Metal / organic / n-Silicon structures in this regard are mostly reported to have two regimes of charge transport at lower and higher applied voltages in such two terminal devices. The fact is mostly attributed to the change in conduction mechanism while moving from lower to higher applied voltages. These reports describe interactions between the semiconductors and molecules in terms of both transport and electrostatics but finding the exact potential distribution between the two components still require numerical calculations. The challenge in this regard is to give the exact relations and the transport models, towards practical quantification of charge transport properties of metal / organic / inorganic semiconductor devices. Some of the most exiting questions in this regard are; whether the existing models are sufficient to describe the device performances of the hybrid devices or some new models are needed? What type of charge carriers are responsible for conduction at lower and higher applied voltages? What is the source of such charge carriers in the sandwiched organic layer between the metal and inorganic semiconductors? How the transition applied voltage for the change in conduction mechanism is determined? What is the role of dopants in the organic layer semiconductors? What are the possible explanations for observed temperature effects in such devices? In present work the charge transport properties of metal / metal-phthalocyanine / n-Si structures with low (ND = 4×1014 cm-3), medium (ND = 1×1016 cm-3) and high (ND = 2×1019 cm-3) doped n-Si as injecting electrode and the effect of air exposure of the vacuum evaporated metal-phthalocyanine film in these structures is investigated. The results obtained through temperature dependent electrical characterizations of the structures suggest that in terms of dominant conduction mechanism in these devices Schottky-type conduction mechanism dominates the charge transport in low-bias region of these devices up to 0.8 V, 0.302 V and 0.15 V in case of low, medium and high doped n-Silicon devices. For higher voltages, in each case of devices, the space-charge-limited conduction, controlled by exponential trap distribution, is found to dominate the charge transport properties of the devices. The interface density of states at the CuPc / n-Si interface of the devices are found to be lower in case of lower work function difference at the CuPc / n-Si interface of the devices. The results also suggest that the work function difference at the CuPc / n-Si interface of these devices causes charge transfer at the interface and these phenomena results in formation of interface dipole. The width of the Schottky depletion region at the CuPc / n-Si interface of these devices is found to be higher with higher work function difference at the interface. The investigation of charge transport properties of Al / ZnPc / medium n-Si and Au / ZnPc / medium n-Si devices suggest that the Schottky depletion region formed at the ZnPc / n-Si interface of these devices determines the charge transport in the low-bias region of both the devices. Therefore, the Schottky-type (injection limited) and the space-charge-limited (bulk limited) conduction are observed in the low and the high bias regions of these devices, respectively. The determined width of the Schottky depletion region at the ZnPc / n-Si interface of these devices is found to be similar for both the devices, therefore, the higher work function difference at the metal / ZnPc interface of the devices has no influence on the Schottky depletion region formed at the ZnPc / n-Si interface of the devices. The similar diode ideality factor, barrier height and the width of the Schottky depletion region, determined for both of these devices, demonstrates that these device characteristics originate from ZnPc / n-Si interface of these devices. Therefore, the work function difference at the metal / ZnPc interface of these devices has no noticeable influence on the device properties originating from ZnPc / n-Si interface in these devices. The investigation of charge transport properties of Al / CuPc / low n-Si devices with and without air exposure of the CuPc film, before depositing metal contact demonstrate that Schottky-type conduction mechanism dominates the charge transport in these devices up to bias of 0.45 V in case devices with the air exposure, and up to 0.8 V in case devices without the air exposure. This decrease in the threshold voltage, for the change in conduction mechanism in the devices, is attributed to wider Schottky depletion width determined at the CuPc / n-Si interface of the devices without the air exposure of CuPc film. For higher voltage the space-charge-limited conduction controlled by exponential trap distribution, is found to dominate the charge transport properties of the devices without the air exposure of CuPc, and in case of devices with the air exposure of CuPc film, the SCLC is controlled by single dominating trap level probably introduced by oxygen impurities.:1 INTRODUCTION 3 1.1 Organic / Inorganic Semiconductor Interfaces 5 1.2 Organic / Metal Interfaces 6 1.3 Organic Material / Semiconductor Interfaces 6 1.4 Interface Dipoles at Organic / Inorganic Interfaces 7 1.5 Objectives of the Study 9 1.6 Research Methodology 10 1.7 References 12 2 BASIC CONCEPTS OF ORGANIC ELECTRONICS 16 2.1 Localized and Delocalized Orbital in Organic Semiconductors 16 2.2 Operating principle of some basic organic / inorganic devices 19 2.3 Electronic Structure of an Organic Solid 20 2.4 Validity Limits of band model and the tunneling model 21 2.5 Dark Electric Conduction 23 2.6 Injection of Carriers from Electrodes 24 2.7 References 26 3 MATERIALS AND DEVICE FABRICATION 27 3.1 Assembly of the hybrid organic / inorganic structures 27 3.2 The Vacuum Systems for Device Fabrication 27 3.3 The n-Si substrates 29 3.4 The Organic semiconductors; CuPc and ZnPc 30 3.5 Sample Fabrication Procedures 32 3.5.1 Experimental Details of Samples Prepared at PCRET labs 32 3.5.2 Experimental details of samples Prepared at TU Chemnitz labs 33 3.6 References 34 4 METHODS FOR DATA ANALYSIS 35 4.1 The Dominant Conduction Mechanisms in the Devices 35 4.1.1 Schottky-type Conduction 35 4.1.1.1 The Standard Characterization Technique 38 4.1.1.2 The R. J. Bennett Technique 39 4.1.1.3 The Cheung and Cheung Technique 42 4.1.1.4 The H. Norde Technique 42 4.1.2 Space Charge Limited Conduction (SCLC) 43 4.1.3 The MIM Models to Determine Dominant Conduction Mechanism 44 4.2 Interface State Energy Distribution 46 4.3 References 48 5 CHARGE TRANSPORT PROPERTIES OF Al / CuPc / n-Si DEVICES IN DARK 50 5.1 Charge Transport Properties of Al / CuPc / low-doped n-Si Devices 51 5.1.1 Interface State Energy Distribution 65 5.2 Charge Transport Properties of Al / CuPc / medium-doped n-Si Devices 67 5.3 Charge Transport Properties of Al / CuPc / High-doped n-Si Devices 75 5.3.1 Charge Transport Properties of Al / CuPc / High-doped n-Si Devices as Metal-Insulator-Metal Structures 82 5.4 Summary 85 5.5 Final Remarks 87 5.6 References 88 6 INFLUENCE OF TOP METAL CONTACT ON CHARGE TRANSPORT PROPERTIES META / ZnPc / n-Si DEVICES IN DARK 89 6.1 Charge Transport Properties of Metal / ZnPc / Medium-doped n-Si Devices 89 6.2 Interface State Energy Distribution 99 6.3 Summary 100 6.4 Final Remarks 101 6.5 References 103 7 INFLUENCE AIR EXPOSURE ON THE CHARGE TRANSPORT PROPERTIES OF Al / CuPc / n-Si DEVICES 104 7.1 Charge Transport Properties of Al / CuPc / low n-Si Devices With (or) without air exposure of CuPc film 104 7.2 Summary 115 7.3 Final Remarks 116 7.4 References 117 8 CONCLUSIONS 118 8.1 Scope of Future Work 120 Index of Figures 121 Curriculum Vitae and List of Publications 125