The understanding of the electrical properties of defects introducing deep levels in silicon is of prime technological importance in modern microelectronics. In this thesis, a comprehensive study of the transition metals titanium, cobalt, and nickel in silicon, and of their interaction with hydrogen is presented. The formed defects are detected and characterized by deep level transient spectroscopy (DLTS), Laplace DLTS, and minority carrier transient spectroscopy. A natural starting point for a study of metal-hydrogen reactions in silicon is the analysis of the effect of hydrogen on metal-free silicon. Complexes of hydrogen with carbon, which create deep levels in the band gap of silicon, are observed. Titanium introduces three levels into the band gap. The charge states determined in this thesis are in contradiction to the literature, questioning the assignment of these levels. Upon hydrogenation, TiH complexes with one, two, and three hydrogen atoms are identified. A proposition by theory that two different configurations of TiH with one hydrogen atom exist, can be supported. Cobalt is shown to have only one level in the band gap of silicon, whereas a second level previously attributed to cobalt is assigned to the cobalt-boron pair. Two CoH complexes are determined. Nickel has three levels in the band gap. Upon hydrogenation, complexes with up to three hydrogen atoms are identified. One of the defects can be observed in both n - and p -type silicon. For all three metals investigated, passive hydrogen complexes exist. They are created by further hydrogenation after the appearance of the above mentioned electrically active complexes. The thesis concludes with a comparison of the obtained results with those of neighboring elements to look for similarities and patterns. / Das Verständnis der elektrischen Eigenschaften von Defekten, welche tiefe Niveaus in der Bandlücke von Silizium erzeugen, ist von außerordentlichem Interesse für die moderne Mikroelektronik. In der vorliegenden Dissertation wird eine umfassende Untersuchung der Übergangsmetalle Titan, Kobalt und Nickel in Silizium und ihrer Wechselwirkung mit Wasserstoff vorgestellt. Die entstandenen Defekte werden mit Hilfe von Kapazitätstransientenspektroskopie (DLTS - deep level transient spectroscopy), Laplace DLTS und Minoritätsladungsträgertransientenspektroskopie (MCTS - minority carrier transient spectroscopy) beobachtet und charakterisiert. Für eine fehlerfreie Analyse der Metall-Wasserstoff-Reaktionen ist es sinnvoll, zuerst den Einfluss des Wasserstoffs auf metallfreies Silizium zu prüfen. Dabei wird die Bildung von Kohlenstoff-Wasserstoff-Komplexen, welche Niveaus in der Bandlücke von Silizium erzeugen, beobachtet. Titan besitzt drei Niveaus in der Bandlücke von Silizium. Die in dieser Arbeit bestimmten Ladungszustände stehen im Widerspruch zu den Literaturangaben, daher wird die Zuordnung dieser Niveaus in Frage gestellt. Die Reaktion von Titan mit Wasserstoff führt zu elektrisch aktiven Komplexen mit bis zu drei Wasserstoffatomen. Die Ergebnisse unterstützen einen Vorschlag aus der Theorie, nach dem der Komplex mit einem Wasserstoff zwei verschiedene Konfigurationen besitzen soll. Kobalt erzeugt ein Niveau in der Bandlücke. Ein weiteres Niveau, welches früher ebenfalls dem Kobalt zugewiesen wurde, kann dem Kobalt-Bor-Paar zugeordnet werden. Nach der Reaktion mit Wasserstoff können zwei CoH-Komplexe nachgewiesen werden. Nickel besitzt drei Niveaus in der Bandlücke und erzeugt elektrisch aktive NiH-Komplexe mit bis zu drei Wasserstoffatomen. Einer dieser Defekte kann sowohl im n - als auch im p -Typ Silizium beobachtet werden. Alle drei untersuchten Metalle besitzen elektrisch passive Komplexe, welche nach der weiteren Reaktion von Wasserstoff mit den aktiven Komplexen entstehen. Die Arbeit endet mit einem Vergleich der Ergebnisse mit denen benachbarter Elemente, um mögliche Ähnlichkeiten oder Muster zu erkennen.

The diploma thesis deals with selective growth of cobalt thin films on lattices created by focused ion beam on Si(111) substrates with thin film of silicon dioxide. Further, the growth and morphology of iron thin films growing on Si/SiO2 substrate without modification was studied. In the last part, thin film of a-C:H, influence of preparation parameters on their growth and ratio of sp2 and sp3 bonds, was investigated. For analysis of those films XPS, AFM, and SEM metods were used.

This master's thesis deals with the optimization of conditions for photochemical generation of volatile species of cobalt. Volatile species of cobalt were generated in a flow injection system using a high-efficiency flow through UV generator from formic acid based medium. For detection a high-resolution continuum source atomic absorption spectrometer was used. The volatile species were atomized using a diffusion flame atomizer because of its high robustness. First the optimizations of the parameters affecting the atomization in the diffusion flame and the parameters affecting the transport of the volatile species from the UV generator into the atomizer were carried out (flow rates and composition of the gases, type of a separator, observation height). After that, the optimization of the parameters of the photochemical generation itself was carried out. These were the composition of a reaction medium (concentration of formic acid and formate, type of formate salt) and irradiation time. The possibility of generation of the volatile species from acetic acid based medium was also investigated, but no signal was observed. At chosen optimal conditions of generation the influence of potential interferents was examined, mainly from inorganic acids (HNO3 and HCl) and some transition metals (Fe, Cu and Ni)....

Electroless plating is a metal deposition technique widely used in the coating industry. It is the method of choice to plate substrates with complex geometries and nonconductive surfaces, such as polymers and ceramics, since it is based on a chemical reduction in solution rather than on an external electrical energy source like the electroplating method. Among others, examples of well-established applications are the electroless deposition of decorative metal coatings such as gold and silver, wear and corrosion resistant nickel coatings, particularly to coat drive shafts, rotors, and bathroom fixtures, as well as the electroless deposition of copper in electronic devices as diffusion barriers and conductive circuit elements. In the academic research, electroless plating is extensively used thanks to its low cost, simple equipment and versatility that allow rapid prototyping. Two common applications are the coating of small particles and the selective plating of flat surfaces. Metal coated ceramic particles are of enormous interest in many scientific fields, e.g. fluorescent diagnostics in biochemistry, catalysis, and fabrication of photonic crystals. Metal coated ceramic nanoparticles and microparticles are also gaining attention as potential candidates in the fabrication of higher quality metal matrix Composites, which is one of the applications addressed by this work. Metal coated ceramic particles are easier to integrate in metal matrix composites, avoiding aggregation caused by the low wettability of the particles by the matrix metal, and are potentially shielded from oxidation and undesired chemical reactions that take place at the interface between the particles and the metal Matrix. Electroless plating is an autocatalytic process, meaning that the deposited metal atoms catalyze the deposition of further metal. In order to achieve the first stable metal seeds on a surface, the latter has to be functionalized. Without this functionalization the metal ions in the electroless plating bath are not reduced or are simply reduced to metal nanoparticles in solution. The traditional activation step for nonconductive surfaces is performed by immersion of the substrate in palladium based solutions, which is very time-consuming and extremely expensive. In particular for nanoparticles, previous work showed that at least 1015 Pd atoms/cm2 are required for a uniform activation of a surface, meaning that in the case of nanoparticles with a surface area of about 100 m2/g are necessary 6.4 g of palladium for each gram of substrate. Assuming a price of about 150 €/g (laboratory scale) for palladium nanoparticles and palladium precursors used for surface activation, it results that the activation of 1 g of nanoparticles costs around 1000 €. Such costs are suboptimal considering the typical production scale, and therefore alternative functionalization methods are desired. In this work, new organic-based functionalization methods based on (3-mercaptopropyl)triethoxysilane to functionalize oxide particles, 3-aminopropylphosphonic acid to activate carbide particles and a substrate-independent method based on the bioinspired polydopamine are developed and investigated in detail, together with the respective electroless plating baths, which often have to be specifically tailored regarding the different reactivity of the different molecules and substrates. Furthermore, in the fabrication of metallic patterns on substrates by electroless plating, new, simple, and cost-effective activation and metal deposition processes are desired. In this work, two new methods are presented, one based on the printing of (3-mercaptopropyl)triethoxysilane by microcontact printing, the other based on the capillary force lithography of polymethylmethacrylate.

Energy-Coupling-Factor (ECF)-Transporter sind Aufnahmesysteme für Vitamine und Übergangsmetallkationen in Prokaryoten. Sie bestehen aus den zwei unverwandten Membranproteinen S und T sowie einem Paar ABC-ATPasen (A). Die S-Einheit vermittelt die Substratspezifität. Die Kombination aus der T- und den A-Einheiten wird als ECF bezeichnet. In dieser Arbeit wurden Fragen zur kontrovers diskutierten Stöchiometrie der Untereinheiten von ECF-Transportern sowie zur zuvor postulierten Substrattransport-Funktion einzelner S-Komponenten auch ohne ECF untersucht. Dazu wurden der ECF-Biotintransporter BioMNY, mehrere natürlicherweise in Organismen ohne ECF existierende biotinspezifische S Einheiten (BioY) sowie zwei Vertreter der metallspezifischen ECF-Systeme genutzt. Die S-Einheit BioY des dreiteiligen Biotinimporters lag in vitro als Monomer und Dimer vor. Oligomeres BioY wurde außerdem in lebenden Bakterienzellen beobachtet. „Pull-down“-Experimente zeigten, dass die T Komponente BioN im BioMNY-Komplex zum Teil als Dimer vorlag. Wachstumsuntersuchungen bestätigten die Transportfunktion von acht solitär vorkommenden BioY. Die in vitro auch für diese BioY-Proteine nachgewiesene Dimerisierung könnte die Transportfunktion von BioY ohne ECF erklären. Die metallspezifischen S Einheiten CbiM/NikM interagieren mit für die Transportfunktion essentiellen, zusätzlichen Transmembranproteinen (N) und zeichnen sich durch eine Topologie mit sieben Transmembranhelices und einem extrem konservierten, weit in das Proteininnere hineinragenden N-Terminus aus. Die Metallbindestelle besteht aus vier Stickstoffatomen von Met1, His2 und His67 und wird durch ein Netz aus Wasserstoffbrückenbindungen stabilisiert. Die Transport¬funktion von CbiMN bzw. Nik(MN) ohne ECF wurde in vivo mittels des nickelabhängigen Enzyms Urease als Indikator für die intrazelluläre Nickelkonzentration verifiziert. Zum gegenwärtigen Zeitpunkt ist die Funktion der für den Transport essentiellen N-Komponente jedoch noch unklar. / Energy-coupling factor (ECF) transporters are uptake systems for vitamins and transition metal cations in prokaryotes. They consist of the two unrelated membrane proteins S and T, and a pair of ABC ATPases (A). The S unit mediates substrate specificity. The combination of the T and the A units is called ECF. In this thesis the controversially discussed stoichiometry of the subunits of ECF transporters and the postulated substrate transport function of solitary S units without ECF were analysed. For this purpose, the biotin-specific ECF transporter BioMNY, several biotin-specific S units (BioY) encoded in organisms lacking any recognizable ECF and two metal-specific ECF transporters were used. The S unit BioY of the tripartite biotin importer existed in vitro as monomer and dimer. Furthermore, oligomeric BioY was observed in living bacterial cells. Oligomerisation of a part of the T unit BioN in the BioMNY complex was shown by “pull-down”- experiments. Growth analyses confirmed the transport function of eight solitary BioY proteins. The dimerisation, also proved for these solitary BioY proteins in vitro, could be an explanation for the transport function of BioY without ECF. The metal-specific S units CbiM/NikM interact with additional and for the transport function essential transmembrane proteins (N). The S units consist of seven transmembrane helices and an extremely conserved N-terminus, which extends deeply into the protein. The metal-binding site consists of four nitrogen atoms from Met1, His2 and His67 and is stabilised by a series of hydrogen bonds. The transport function of CbiMN and Nik(MN) without ECF was verified respectively in vivo using the nickel-depending enzyme urease as an indicator for intracellular nickel concentration, respectively. However, the role of the N component, which is essential for transport activity, is currently under investigation.

This thesis is focused on the electronic, spin-dependent and dynamical properties of thin magnetic systems. Photoemission-related techniques are combined with synchrotron radiation to study the spin-dependent properties of these systems in the energy and time domains. In the first part of this thesis, the strength of electron correlation effects in the spin-dependent electronic structure of ferromagnetic bcc Fe(110) and hcp Co(0001) is investigated by means of spin- and angle-resolved photoemission spectroscopy. The experimental results are compared to theoretical calculations within the three-body scattering approximation and within the dynamical mean-field theory, together with one-step model calculations of the photoemission process. From this comparison it is demonstrated that the present state of the art many-body calculations, although improving the description of correlation effects in Fe and Co, give too small mass renormalizations and scattering rates thus demanding more refined many-body theories including nonlocal fluctuations. In the second part, it is shown in detail monitoring by photoelectron spectroscopy how graphene can be grown by chemical vapour deposition on the transition-metal surfaces Ni(111) and Co(0001) and intercalated by a monoatomic layer of Au. For both systems, a linear E(k) dispersion of massless Dirac fermions is observed in the graphene pi-band in the vicinity of the Fermi energy. Spin-resolved photoemission from the graphene pi-band shows that the ferromagnetic polarization of graphene/Ni(111) and graphene/Co(0001) is negligible and that graphene on Ni(111) is after intercalation of Au spin-orbit split by the Rashba effect. In the last part, a time-resolved x-ray magnetic circular dichroic-photoelectron emission microscopy study of a permalloy platelet comprising three cross-tie domain walls is presented. It is shown how a fast picosecond magnetic response in the precessional motion of the magnetization can be induced by means of a laser-excited photoswitch. From a comparision to micromagnetic calculations it is demonstrated that the relatively high precessional frequency observed in the experiments is directly linked to the nature of the vortex/antivortex dynamics and its response to the magnetic perturbation. This includes the time-dependent reversal of the vortex core polarization, a process which is beyond the limit of detection in the present experiments. / Diese Dissertation beschäftigt sich mit den elektronischen, spinabhängigen und dynamischen Eigenschaften dünner magnetischer Systeme. Auf dem Photoeffekt basierende Untersuchungsmethoden werden zusammen mit Synchrotronstrahlung eingesetzt, um die spinabhängigen Eigenschaften dieser Systeme im Energie- und Zeitbereich zu untersuchen. Im ersten Teil dieser Arbeit wird mit spin- und winkelaufgelöster Photoemission die Stärke von Elektronenkorrelationseffekten in der spinabhängigen elektonischen Struktur von ferromagnetischerm bcc Fe(110) und hcp Co(0001) untersucht. Die experimentellen Ergebnisse werden verglichen mit theoreteischen Berechnungen im Rahmen der Näherung der Drei-Körper-Streuung und der dynamischen Molekularfeldtheorie, zusammen mit Berechnungen des Photoemissionsprozesses im Rahmen des Ein-Stufen-Modells. Ausgehend von diesem Vergleich wird gezeigt, dass die gegenwärtig fortgeschrittensten Rechnung, obgleich sie die Beschreibung von Korrelationseffekten in Fe und Co verbessern, zu kleine Massenrenormalisierungen und Streuraten ergeben, was zu der Forderung nach verfeinerten Vielteilchentheorien unter Einbeziehung von nichtlokalen Fluktuationen führt. Im zweiten Teil wird unter Kontrolle durch die Photoelektronenspektroskopie im Detail gezeigt, wie Graphen durch chemische Gasphasenabscheidung auf den Übergangsmetall-Oberflächen Ni(111) und Co(0001) aufgebracht und mit einer Monolage Au interkaliert werden kann. Für beide Systeme wird eine lineare E(k)-Dispersion masseloser Dirac-Fermionen im Graphen-pi-Band in der Nähe der Fermi-Energie beobachtet. Spinaufgelöste Photoemission des Graphen-pi-Bandes zeigt, dass die ferromagnetische Polarisation von Graphen/Ni(111) und Graphen/Co(0001) vernachlässigbar ist und dass Graphen/Ni(111) nach Interkalation mit Au eine Spin-Bahn-Aufspaltung aufgrund des Rashba-Effekts zeigt. Im letzten Teil wird eine zeitaufgelöste Studie des Röntgenzirkulardichroismus mit Photoelektronenmikroskopie präsentiert, die an einer Permalloy-Probe durchgeführt wurde, die drei als Stachelwände ausgebildete Domänenwände enthält. Es wird gezeigt, wie eine schnelle magnetische Antwort auf der Pikosekundenskala in der Präzessionsbewegung der Magnetisierung durch einen laserangesteuerten Photoschalter erzeugt werden kann. Durch Vergleich mit einer mikromagnetischen Rechnung wird gezeigt, dass die relativ hohe Präzessionsfrequenz, die im Experiment beobachtet wird, in unmittelbarer Beziehung steht zu den Eigenschaften der Vortex/Antivortex-Dynamik und ihrer Antwort auf die magnetische Störung. Das schließt die zeitabhängige Umkehr der Vortexkernpolarisation ein, einem Vorgang der jenseits der Nachweisgrenze der gegenwärtigen Experimente liegt.

Thema dieser Arbeit ist eine experimentelle Untersuchung zur Verbesserung der tribologischen Eigenschaften von Hartmetallen auf der Basis von Wolframkarbid– Kobalt unter Benutzung von Ionen–Implantation in Kombination mit den hierbei auftretenden Struktur– und Phasen–Änderungen. Die vorliegende Arbeit unterscheidet sich von allen anderen bisherigen Arbeiten besonders durch (1.) die detaillierte Analyse der mikroskopischen Veränderungen und durch (2.) deren Verknüpfung mit der Änderung der tribologischen Eigenschaften des Materials.

The iron-group metals and alloys are of interest because of their excellent soft magnetic properties. They have found a wide application field in the storage technology, especially for reading/writing elements in the hard drive head, and in microelectromechanical systems (MEMS). Especially the CoFe system, which possesses the highest, among others, saturation magnetisation of 2.45 T and a relatively low coercivity of about 2×10^-5 T, is of interest. These properties are crucial for the further development in the storage technology. Electrodeposition is a very promising alternative to the physical vapour deposition techniques (PVD) to produce soft magnetic layers and microstructures. The advantage of electrodeposition in comparison to PVD processes is the fact that it is an inexpensive method. Moreover, electrodeposition is the most appropriate process for the writing head fabrication since it allows to deposit high aspect ratio layers with a thickness ranging from a few monolayers up to more than 1 um onto a complex geometry substrate. A superposition of an external magnetic field during the electrodeposition can affect the deposit properties. Mainly the morphology of the deposited layers is influenced. This is mostly caused by the Lorentz force driven convection, i.e. the magnetohydrodynamic (MHD) effect. Whilst the knowledge of uniform external magnetic field effects on the electrodeposition of single metals has been greatly improved during the past decade, an alloy deposition is still a challenging task. Due to a lack of understanding of mechanisms of a magnetic field impact on the deposition of CoFe alloys and their technological importance a detailed investigation is of demand. The aim of this work is to analyse in detail the effects induced by a homogeneous magnetic field with different strength and relative to the electrode surface orientation on the electrodeposition of thin CoFe alloy films of different composition. This study is divided into three major parts: an analysis of the electrochemical behaviour (1), nucleation and growth processes (2) and the determination of the morphology and the physical properties of the deposited layers (3). 1. A detailed analysis of the electrochemical processes is performed. The influence of the magnetic field with respect to its flux density and relative to the electrode surface orientation on the reactions rates has been investigated. A special attention has been given to the side reactions accompanying the metal reduction, i.e. the hydrogen evolution reaction (HER). Which has a significant impact on the layer’s properties. It has been shown that the electrochemical reaction rates are improved in the parallel to the electrode magnetic field due to the classical MHD effect. On the contrary, in the perpendicular to the electrode magnetic field nearly no effect on the metal reduction is observed, whilst the HER rate is significantly increased. The reason of that is seen in the improved desorption of hydrogen bubbles from the electrode surface due to a localized convection in a bubble vicinity, the so called micro- MHD effect. Moreover, the additional convection introduced by a magnetic field, regardless of its relative to the electrode surface orientations, leads to a reduced interface pH value. This, in turn, results in an improved layer quality, i.e. the hydroxides precipitation is inhibited. 2. The nucleation and the very beginning of the layer growth are of particular importance for thin film deposition. Since the deposit properties are determined by these processes an extensive study of the very initial stages of electrocrystallisation is presented. This was performed by an analysis of the current density vs. time transients. It was found that the nucleation behaviour can be altered by a magnetic field. The changes in the nucleation behaviour have been studied on the basis of theoretical models by an current density-time transients analysis. Regardless of the electrolyte chemistry, the magnetic field strength, and its relative to the electrode orientation, similar features in the current density-time transients have been observed. The nucleation and growth are characterised by a layer-by-layer mode. The first nucleation and growth step at the very beginning of the potential step has been attributed to the 2D (most probably epitaxial) layer formation (up to a few monolayers), which was found unaffected by a magnetic field superposition. The 2D step is then followed by the next nucleation and growth step indicated by the occurrence of a maximum in the current density-time transients. This is attributed to the nucleation and 3D diffusion controlled growth and is altered by a magnetic field applied in the parallel-to-electrode configuration. The experimental dependencies have been examined by known theoretical models. This analysis revealed that the superposition of the parallel magnetic field leads to a retardation of the steady state nucleation rate (AN0) due to the MHD effect acting in the electrolyte. A qualitative model was proposed in order to explain this phenomenon. In contrast, the perpendicular to the electrode magnetic field does not change the nucleation behaviour. However, the growth mode of the layer is remarkably changed, i.e. a columnar growth is observed. 3. The magnetic field impact on the electrochemical reaction rates, on the desorption of hydrogen from the electrode surface, and on the nucleation behaviour has strong consequences for the resulting layer characteristics. This can be summarized as follows: • The most pronounced effect is noticed for the morphology of the layers. The quality of the layers deposited in a magnetic field, irrespective of its relative to the electrode orientation, is strongly improved. The reason of this is an enhanced desorption of hydrogen from the electrode surface. As a result large holes left by hydrogen bubbles observed for the layers deposited without a field disappear for the layers deposited under the influence of a magnetic field. The layers deposited under an influence of the parallel to the electrode magnetic field appear denser and more homogeneous than the ones obtained without a magnetic field. On the contrary, the layers deposited in the perpendicular to the electrode magnetic field appeared more diverse. The most remarkable effect has been observed for the layers deposited from the Fe and the CoFe(A) electrolyte in a perpendicular magnetic field where the grains tend to grow as separated columns in the direction of the magnetic field. A scaling analysis has revealed a smoothing effect of a parallel magnetic field manifested in a reduced value of the roughness exponent in comparison to the layers deposited without a magnetic field. On the contrary, the roughness exponent has increased for the layers obtained in the perpendicular to the electrode magnetic field, i.e. a roughening effect of the perpendicular magnetic field is observed. • No magnetic field effects neither on the crystal structure nor on the texture of the deposits have been observed. All layers irrespective of the deposition parameters develop a fibre texture. Nevertheless, the internal stress state of the deposited layers is affected by a magnetic field. A magnetic field applied during the deposition of alloy layers from buffered electrolytes, irrespective of its relative to the electrode orientation, reduces the internal stress of the layer. This effect is attributed to an improved desorption of hydrogen from the electrode surface, which is observed under the influence of a magnetic field. • The chemical composition of the deposited alloy layers, irrespective of the deposition parameters, is unchanged by magnetic fields. • The magnetic properties of the deposits are found to be affected by a magnetic field applied during the deposition. These effects are caused by microstructural changes induced by the magnetic field, i.e. the roughness of the layer, the internal stress state, and the chemical composition of the deposit. A good correlation between the coercivity and the roughness is found. Moreover, an in-plane magnetic anisotropy is observed in the alloy layers deposited under the influence of the parallel to the electrode magnetic field, where, according to the XRD investigations, isotropic properties were expected. The origin of this phenomenon is seen in a preferential same atom couples formation in the magnetic field direction. / Metalle und Legierungen der Eisengruppe sind von großem Interesse insbesondere wegen ihrer exzellenten weichmagnetischen Eigenschaften. Ein breites Anwendungsgebiet liegt in der Speichertechnologie, sie finden vorrangig Einsatz in Lese- und Schreibköpfen und in mikroelektromechanischen Systemen (MEMS). Besonders das CoFe-System, das u.a. die höchste Sättigungsmagnetisierung von 2,45 T bei einer relativ niedrigen Koerzitivfeldstärke von ca. 2×10^-5 T aufweist, ist interessant für zukünftige Entwicklungen in der Speichertechnologie. Im Vergleich zu physikalischen Abscheideverfahren, wie PVD (physical vapor deposition) ist die Elektrokristallisation eine einfache und preiswerte Alternative zur Herstellung von weichmagnetischen Schichten und Strukturen, die sich im Herstellungsprozess von Schreib-und Leseköpfen durchgesetzt hat. Es ist möglich Schichten und komplexe geometrische Strukturen mit einer Stärke von einigen Monolagen bis zu mehr als 1µm und in hohen Aspektverhältnissen abzuscheiden. Durch Überlagerung von externen Magnetfeldern während der Elektrodeposition können die Eigenschaften und insbesondere die Morphologie der Schichten signifikant beeinflusst werden. Die Ursache dafür besteht im Wesentlichen in der durch Lorentzkräfte angetriebenen Konvektion, die als magnetohydrodynamische Konvektion (MHD) bezeichnet wird. Während im letzten Jahrzehnt durch grundlegende Untersuchungen der Kenntnisstand bezüglich der elektrochemischen Abscheidung einzelner Metalle in überlagerten Magnetfeldern vertieft wurde, ist das Verständnis zum Mechanismus der Legierungsabscheidung wenig erforscht und eine Herausforderung. Es besteht kaum Kenntnis zum Mechanismus der CoFe Abscheidung unter dem Einfluss externer Magnetfelder und deren Bedeutung für technologische Prozesse. Das Ziel dieser Arbeit ist es, den Einfluss homogener Magnetfelder unterschiedlicher Stärke und Orientierung bezüglich der Elektrodenoberfläche während der Elektrokristallisation von CoFe Legierungen unterschiedlicher Zusammensetzung zu untersuchen und die magnetfeldinduzierten Effekte detailliert und grundlegend zu analysieren. Die Arbeit ist in drei wesentliche Abschnitte gegliedert, (1) die Analyse des elektrochemischen Verhaltens, (2) die Untersuchung von Keimbildungs- und Wachstumsprozessen, (3) die Charakterisierung der Morphologie und der physikalischen Eigenschaften der Schichten. 1. Die elektrochemischen Prozesse und Abscheideraten wurden in Abhängigkeit von der magnetischen Flussdichte und Orientierung bezüglich der Elektrodenanordnung detailliert analysiert. Besondere Berücksichtigung fand die die Metallabscheidung begleitende Nebenreaktion, die Wasserstoffreduktion (HER), die signifikant die Eigenschaften der Schichten beeinflusst. Es konnte gezeigt werden, dass die Rate der Metallabscheidung in einem Magnetfeld, welches parallel zur Elektrode ausgerichtet ist, erhöht wird, was auf den klassischen MHD-Effekt zurückzuführen ist, der im Elektrolyten eine Strömung generiert. Im Gegensatz dazu wurde in einem homogenen Magnetfeld das senkrecht auf die Probe gerichtet ist, nahezu kein Einfluss auf die Reduktion der Metallionen gefunden, während die HER-Reaktion signifikant erhöht wird. Die Ursache ist in einer beschleunigten Desorption der Wasserstoffblasen von der Elektrodenoberfläche zu sehen, die durch lokale Konvektion in Blasennähe hervorgerufen und als mikro-MHD Effekt bezeichnet wird. Darüber hinaus bewirkt die magnetfeldinduzierte Konvektion unabhängig von der Magnetfeldorientierung einen geringeren Anstieg des oberflächennahen pH-Wertes. Das wiederum führt zu einer verbesserten Schichtqualität, da die spontane Bildung von Hydroxiden inhibiert wird. 2. Die Keimbildung und der Beginn des Schichtwachstums sind von besonderer Bedeutung für die Elektrokristallisation dünner Schichten, da die Schichteigenschaften wesentlich durch diese Prozesse bestimmt werden. Die Initialschritte der Elektrokristallisation wurden im Detail untersucht und dargestellt. Die Analyse erfolgt auf der Grundlage von Stromdichte-Zeit-Transienten. Es konnte gezeigt werden, dass das Keimbildungsverhalten durch ein überlagertes Magnetfeld beeinflusst wird. Unabhängig von der Zusammensetzung des Elektrolyten, der magnetischen Flussdichte und der Orientierung zur Elektrodenoberfläche wurden vergleichbare Stromdichte-Zeit-Verläufe beobachtet. Keimbildung und Wachstum können durch einen Layer-by-Layer Modus charakterisiert werden. Der erste Keimbildungs- und Wachstumsschritt, der unmittelbar nach dem Anlegen des Abscheidepotentials stattfindet, ist durch eine 2D Schichtbildung (wahrscheinlich epitaktisch) gekennzeichnet, die zur Ausbildung von einigen Monolagen führt. Dieser Schritt wird durch ein äußeres Magnetfeld nicht beeinflusst. Dem 2D-Schritt folgen weitere Keimbildungs- und Wachstumsschritte, die durch ein Maximum im Stromdichte-Zeit-Transienten gekennzeichnet sind. Das Verhalten ist auf Keimbildung und 3D diffusionskontrollierte Wachstumsprozesse zurückzuführen und wird durch ein Magnetfeld parallel zur Elektrodenoberfläche beeinflusst. Die experimentellen Ergebnisse wurden mit Hilfe bekannter theoretischer Modelle analysiert. Es wurde gezeigt, dass die Überlagerung eines parallel zur Oberfläche angeordneten Magnetdfeldes zu einer Verringerung der stationären Keimbildungsrate (AN0) führt, was ebenfalls auf die Wirkung des MHD-Effektes zurückzuführen ist. In der Arbeit wird ein qualitatives Modell für die Legierungsabscheidung in einem überlagerten homogenen Magnetfeld vorgeschlagen, das die beobachteten Phänomene erklärt. Im Gegensatz dazu wurde in einem senkrecht zur Elektrodenoberfläche ausgerichteten Magnetfeld kein Einfluss auf den Keimbildungs- und Wachstumsmechanismus anhand der Stromdichte-Zeit-Transienten festgestellt. Trotzdem wird eine stark veränderte Schichtmorphologie, die ein kolumnares Kornwachstum zeigt, beobachtet. 3. Der Einfluss eines äußeren Magnetfeldes auf die elektrochemischen Abscheideraten, auf die Desorption von Wasserstoff von der Elektrodenoberfläche und auf das Keimbildungsverhalten hat Konsequenzen auf die Schichteigenschaften. Diese können wie folgt zusammengefasst werden: • Der Einfluss eines äußeren Magnetfeldes auf die Schichtmorphologie ist auffallend. Die Qualität der Schichten, die in einem Magnetfeld abgeschieden wurden, wird unabhängig von der Orientierung des Magnetfeldes zur Elektrodenoberfläche deutlich verbessert. Als Ursache ist die beschleunigte Desorption der Wassersoffblasen von der Elektrodenoberfläche anzusehen. Ohne äußeres Magnetfeld verbleiben große Defekte in Form von Löchern auf der Oberfläche, die durch anhaftende Wasserstoffblasen verursacht werden, die in einem überlagerten Magnetfeld nicht beobachtet werden. Schichten, die in einem Magnetfeld parallel zur Elektrodenoberfläche erhalten werden, sind dichter und homogener. Im Gegensatz dazu haben Schichten in einem senkrecht zur Oberfläche abgeschiedenen Magnetfeld eine mannigfaltige Morphologie. Schichten aus Fe und CoFe Legierungen mit einem hohen Eisenanteil wachsen in Form von separaten Körnern und Säulen in Richtung des senkrecht ausgerichteten Magnetfeldes. Mittels Scaling-Analyse wurden Rauhigkeitsexponeten ermittelt, die den glättenden Effekt eines parallel zur Elektrode ausgerichteten Magnetfeldes auf die Schichtmorphologie bestätigen im Vergleich zu Schichten, die ohne Magnetfeld abgeschieden wurden. Die Rauhigkeitsexponenten für Schichten, die in einem senkrecht ausgerichteten Magnetfeld abgeschieden wurden, sind hingegen deutlich erhöht. • Weder auf die kristallographische Struktur noch auf die Textur der Schichten konnte ein Einfluss des überlagerten Magnetfeldes nachgewiesen werden. Alle Schichten unabhängig von den Abscheidebedingungen weisen eine Fasertextur auf. Trotzdem konnte ein signifikanter Einfluss des Magnetfeldes auf die innere Spannung der Schichten bestätigt werden. Insbesondere vermindert sich die innere Spannung von Schichten unabhängig von der Orientierung des angelegten Magnetfeldes, die aus einem gepufferten Elektrolyten abgeschieden wurden. Die Ursache ist auch hier auf die verbesserte Desorption von Wasserstoff zurückzuführen. • Die chemische Zusammensetzung der Schicht wird für die untersuchten Systeme durch ein Magnetfeld nicht verändert. • Die magnetischen Eigenschaften der Schichten werden beeinflußt, wenn während der Elektrokristallisation ein Magnetfeld überlagert wird. Diese Effekte werden durch die mikrostrukturellen Veränderungen, die durch ein überlagertes Magnetfeld induziert werden verursacht, d.h. durch die Rauhigkeit der Schicht, die innere Schichtspannung und die chemische Zusammensetzung. Es wird eine gute Korrelation zwischen der Koerzitivfeldstärke und Rauhigkeit der Schichten gefunden. Darüber hinaus wurde eine in-plane Anisotropie beobachtet, wenn während der Elektrokristallisation ein Magnetfeld parallel zur Elektrodenoberfläche angelegt wurde, obwohl aus röntgenographischen Untersuchungen isotrope Eigenschaften erwartet wurden. Als Ursache für dieses Phänomen wird eine bevorzugten Ausbildung und Ausrichtung von gleichatomigen Paaren im Magnetfeld angenommen.

Hydrogen processing is becoming increasingly important not only in the production of electricity but also during its accumulation. One of the energy storage options are liquid organic hydrogen carriers (LOHC). The main drawback of LOHC is the need for a large amount of thermal energy to release molecular hydrogen. We can bypass this issue using heterogeneous catalysis by transferring hydrogen from LOHC to acetone and using the produced 2-propanol (IPA) in the fuel cell. This innovative strategy of getting electri- cal energy from LOHC can be potentially energetically neutral. In this work, we studied highly ordered Co3O4(111) model catalysts for IPA oxidation in the as-prepared state and enhanced with platinum (Pt) nanoparticles. Catalysts were prepared by Physical Vapour Deposition (PVD) and further investigated by means of Low Energy Electron Diffrac- tion (LEED), X-ray Photoelectron Spectroscopy (XPS), Scanning Tunneling Microscopy (STM) and Temperature Programmed Desorption (TPD). The nucleation process of Pt on the as-prepared Co3O4(111) surface was studied by depositing low amounts 0.04 and 0.13 monolayer (ML) of Pt, that create clusters as small as 2 or 3 atoms with no need for a special nucleation site. We have identified the formation of Pt-induced defects in the atomically flat cobalt oxide...

The Master´s thesis deals with description of the influence of cobalt additive on positive electrode parameters for Ni-Cd accumulators. Trough the use of Electrochemical Quartz Crystal Microbalance are analysed the effects which decline effective life of positive electrode during accelerated cycling. Theoretical part describes important characteristics of Ni-Cd accumulators, the working principle and effects which are in progress on positive electrode during cycling. The next part deals with description of system EQCM and the pricnciples of doping active mass with cobalt additive. Practical part consists of EQCM system calibration and electrochemical measurements. The principal aim is detection of the influence of cobalt additve on active mass during cycling in different electrolytes. From the results of measurements is set the optimal amount of cobalt additive.