Thesis (Ph. D.)--Ruhr Universität Bochum, 1983. / Vita.

Syftet med denna uppsats är att utreda skillnader och likheter mellan vad vana musiklyssnare (ljudstudenter) och ovana musiklyssnare (fritidslyssnare) lyssnar efter när de hör en sånginspelning. Syftet är även att utreda hur dessa faktiskt tycker att en sångmikrofon bör låta för att låta bra. Metoden jag valde att använda mig av var ett blint lyssningstest där jag med hjälp av fyra olika mikrofoner spelade in två olika sångstilar vilka sedan användes som grund för utredning. Testpersonerna fick lyssna på dessa inspelningar och sedermera beskriva vad de tyckte lät bra respektive dåligt med de olika mikrofonernas inspelningar. Då lyssningstestet var blint visste inte deltagarna om vilken mikrofon som var vilken, utan fick enbart beteckningarna ”Clean 1” till ”Clean 4” för första sångstilen och ”Distorsion 1” till ”Distorsion 4” för den andra sångstilen. Efter att testet väl utförts och alla resultat sammanställts visade det på en relativt liten skillnad i vad de två olika grupperna tyckte om mikrofonerna. Dock framgick det att de flesta gick på ”tydlighet” eller ”klarhet” som ett viktigt rekvisit när de lyssnade på mikrofonernas ljudåtergivning. Även ifall det i de olika kategorierna av sångstilar alltid fanns en mikrofon som var omtyckt mest av flest personer fanns det alltid avstickare från den gruppen.

Techn. University, Diss., 2004--Darmstadt.

Zugl.: München, Techn. Univ., Diss., 2008

Scaling of electronic circuits from micro- to nanometer size determined the incredible development in computer technology in the last decades. In charge storage capacitors that are the largest components in dynamic random access memories (DRAM), dielectrics with higher permittivity (high-k) were needed to replace SiO2. Therefore ZrO2 has been introduced in the capacitor stack to allow sufficient capacitance in decreasing structure sizes. To improve the capacitance density per cell area, approaches with three dimensional structures were developed in device fabrication. To further enable scaling for future generations, significant efforts to replace ZrO2 as high-k dielectric have been undertaken since the 1990s. In calculations, CaTiO3 has been identified as a potential replacement to allow a significant capacitance improvement. This material exhibits a significantly higher permittivity and a sufficient band gap. The scope of this thesis is therefore the preparation and detailed physical and electrical characterization of ultrathin CaTiO3 layers. The complete capacitor stacks including CaTiO3 have been prepared under ultrahigh vacuum to minimize the influence of adsorbents or contaminants at the interfaces. Various electrodes are evaluated regarding temperature stability and chemical reactance to achieve crystalline CaTiO3. An optimal electrode was found to be a stack consisting of Pt on TiN. Physical experiments confirm the excellent band gap of 4.0-4.2 eV for ultrathin CaTiO3 layers. Growth studies to achieve crystalline CaTiO3 indicate a reduction of crystallization temperature from 640°C on SiO2 to 550°C on Pt. This reduction has been investigated in detail in transmission electron microscopy measurements, revealing a local and partial epitaxial growth of (111) CaTiO3 on top of (111) Pt surfaces. This preferential growth is beneficial to the electrical performance with an increased relative permittivity of 55 with the advantage of a low leakage current comparable to that in amorphous CaTiO3 layers. A detailed electrical analysis of capacitors with amorphous and crystalline CaTiO3 reveals a relative permittivity of 30 for amorphous and an excellent value of 105 for fully crystalline CaTiO3. The permittivity exhibits a quadratic dependence with applied electric field. Crystalline CaTiO3 shows a 1-3% drop in capacitance density and permittivity at a bias voltage of 1V, which is significantly lower compared to all results for SrTiO3 capacitors measured elsewhere. A capacitance equivalent thickness (CET) below 1.0 nm with current densities 1×10−8 A/cm2 have been achieved on carbon electrodes. Finally, CETs of about 0.5 nm with leakage currents of 1 × 10−7 A/cm2 on top of Pt/TiN fulfill the 2016 DRAM requirements following the ITRS road map of 2012. / Die Verkleinerung von elektronischen Bauelementen hin zu nanometerkleinen Strukturen beschreibt die unglaubliche Entwicklung der Computertechnologie in den letzten Jahrzehnten. In Ladungsspeicherkondensatoren, den größten Komponenten in Arbeitsspeichern, wurden dafür Dielektrika benötigt, die eine deutlich höhere Permittivität als SiO2 besitzen. ZrO2 wurde als geeignetes Dielektrikum eingeführt, um eine ausreichende Kapazität bei kleiner werdenen Strukturen sicherzustellen. Zur weiteren Verbesserung der Kapazitätsdichte pro Zellfläche konnten 3D Strukturen in die Chipherstellung integriert werden. Seit den 1990ern wurden parallel bedeutende Anstrengungen unternommen, um ZrO2 als Dielektrikum durch Materialien mit noch höherer Permittivität zu ersetzen. Nach Berechnungen stellt nun CaTiO3 eine mögliche Alternative dar, die eine weitere Verbesserung der Kapazität ermöglicht. Das Material besitzt eine deutlich höhere Permittivität und eine ausreichend große Bandlücke. Diese Arbeit beschäftigt sich deshalb mit Herstellung und detaillierter physikalischer und elektrischer Charakterisierung von extrem dünnen CaTiO3 Schichten. Zusätzlich wurden diverse Elektroden bezüglich ihrer Temperaturstabilität und der chemischen Stabilität untersucht, um kristallines CaTiO3 zu herhalten. Als eine optimale Elektrode stellte sich Pt auf TiN heraus. Physikalische Experimente an extrem dünnen CaTiO3 Schichten bestätigen die Bandlücke von 4,0-4,2 eV. Wachstumsuntersuchungen an kristallinem CaTiO3 zeigen eine Reduktion der Kristallisationstemperatur von 640°C auf SiO2 zu 550°C auf Pt. Diese Reduktion wurde detailliert mittels Transmissionselektronenmikroskopie untersucht. Es konnte für einige Schichten ein partielles lokales epitaktischesWachstum von (111) CaTiO3 auf (111) Pt gemessen werden. Dieses Vorzugswachstum ist vorteilhaft für die elektrischen Eigenschaften durch eine gesteigerte Permittivität von 55 bei gleichzeitig geringem Leckstrom vergleichbar zu amorphen Schichten. Eine genaue elektrische Analyse von Kondensatoren mit amorphen und kristallinem CaTiO3 ergibt eine Permittivität von 30 für amorphe und bis zu 105 für kristalline CaTiO3 Schichten. Die Permittivität zeigt eine quadratische Abhängigheit von der angelegten Spannung. Kristallines CaTiO3 zeigt einen 1-3% Abfall der Permittivität bei 1V, der wesentlich geringer ausfällt als vergleichbare Werte für SrTiO3. Eine zu SiO2 vergleichbare Schichtdicke (CET) von unter 1,0 nm mit Stromdichten von 1×10−8 A/cm2 wurde auf Kohlenstoffsubstraten erreicht. Mit Werten von 0,5 nm bei Leckstromdichten von 1×10−7 A/cm2 auf Pt/TiN Elektroden erfüllen die CaTiO3 Kondensatoren die Anforderungen der ITRS Strategiepläne für Arbeitsspeicher ab 2016.

Scaling of electronic circuits from micro- to nanometer size determined the incredible development in computer technology in the last decades. In charge storage capacitors that are the largest components in dynamic random access memories (DRAM), dielectrics with higher permittivity (high-k) were needed to replace SiO2. Therefore ZrO2 has been introduced in the capacitor stack to allow sufficient capacitance in decreasing structure sizes. To improve the capacitance density per cell area, approaches with three dimensional structures were developed in device fabrication. To further enable scaling for future generations, significant efforts to replace ZrO2 as high-k dielectric have been undertaken since the 1990s. In calculations, CaTiO3 has been identified as a potential replacement to allow a significant capacitance improvement. This material exhibits a significantly higher permittivity and a sufficient band gap. The scope of this thesis is therefore the preparation and detailed physical and electrical characterization of ultrathin CaTiO3 layers. The complete capacitor stacks including CaTiO3 have been prepared under ultrahigh vacuum to minimize the influence of adsorbents or contaminants at the interfaces. Various electrodes are evaluated regarding temperature stability and chemical reactance to achieve crystalline CaTiO3. An optimal electrode was found to be a stack consisting of Pt on TiN. Physical experiments confirm the excellent band gap of 4.0-4.2 eV for ultrathin CaTiO3 layers. Growth studies to achieve crystalline CaTiO3 indicate a reduction of crystallization temperature from 640°C on SiO2 to 550°C on Pt. This reduction has been investigated in detail in transmission electron microscopy measurements, revealing a local and partial epitaxial growth of (111) CaTiO3 on top of (111) Pt surfaces. This preferential growth is beneficial to the electrical performance with an increased relative permittivity of 55 with the advantage of a low leakage current comparable to that in amorphous CaTiO3 layers. A detailed electrical analysis of capacitors with amorphous and crystalline CaTiO3 reveals a relative permittivity of 30 for amorphous and an excellent value of 105 for fully crystalline CaTiO3. The permittivity exhibits a quadratic dependence with applied electric field. Crystalline CaTiO3 shows a 1-3% drop in capacitance density and permittivity at a bias voltage of 1V, which is significantly lower compared to all results for SrTiO3 capacitors measured elsewhere. A capacitance equivalent thickness (CET) below 1.0 nm with current densities 1×10−8 A/cm2 have been achieved on carbon electrodes. Finally, CETs of about 0.5 nm with leakage currents of 1 × 10−7 A/cm2 on top of Pt/TiN fulfill the 2016 DRAM requirements following the ITRS road map of 2012. / Die Verkleinerung von elektronischen Bauelementen hin zu nanometerkleinen Strukturen beschreibt die unglaubliche Entwicklung der Computertechnologie in den letzten Jahrzehnten. In Ladungsspeicherkondensatoren, den größten Komponenten in Arbeitsspeichern, wurden dafür Dielektrika benötigt, die eine deutlich höhere Permittivität als SiO2 besitzen. ZrO2 wurde als geeignetes Dielektrikum eingeführt, um eine ausreichende Kapazität bei kleiner werdenen Strukturen sicherzustellen. Zur weiteren Verbesserung der Kapazitätsdichte pro Zellfläche konnten 3D Strukturen in die Chipherstellung integriert werden. Seit den 1990ern wurden parallel bedeutende Anstrengungen unternommen, um ZrO2 als Dielektrikum durch Materialien mit noch höherer Permittivität zu ersetzen. Nach Berechnungen stellt nun CaTiO3 eine mögliche Alternative dar, die eine weitere Verbesserung der Kapazität ermöglicht. Das Material besitzt eine deutlich höhere Permittivität und eine ausreichend große Bandlücke. Diese Arbeit beschäftigt sich deshalb mit Herstellung und detaillierter physikalischer und elektrischer Charakterisierung von extrem dünnen CaTiO3 Schichten. Zusätzlich wurden diverse Elektroden bezüglich ihrer Temperaturstabilität und der chemischen Stabilität untersucht, um kristallines CaTiO3 zu herhalten. Als eine optimale Elektrode stellte sich Pt auf TiN heraus. Physikalische Experimente an extrem dünnen CaTiO3 Schichten bestätigen die Bandlücke von 4,0-4,2 eV. Wachstumsuntersuchungen an kristallinem CaTiO3 zeigen eine Reduktion der Kristallisationstemperatur von 640°C auf SiO2 zu 550°C auf Pt. Diese Reduktion wurde detailliert mittels Transmissionselektronenmikroskopie untersucht. Es konnte für einige Schichten ein partielles lokales epitaktischesWachstum von (111) CaTiO3 auf (111) Pt gemessen werden. Dieses Vorzugswachstum ist vorteilhaft für die elektrischen Eigenschaften durch eine gesteigerte Permittivität von 55 bei gleichzeitig geringem Leckstrom vergleichbar zu amorphen Schichten. Eine genaue elektrische Analyse von Kondensatoren mit amorphen und kristallinem CaTiO3 ergibt eine Permittivität von 30 für amorphe und bis zu 105 für kristalline CaTiO3 Schichten. Die Permittivität zeigt eine quadratische Abhängigheit von der angelegten Spannung. Kristallines CaTiO3 zeigt einen 1-3% Abfall der Permittivität bei 1V, der wesentlich geringer ausfällt als vergleichbare Werte für SrTiO3. Eine zu SiO2 vergleichbare Schichtdicke (CET) von unter 1,0 nm mit Stromdichten von 1×10−8 A/cm2 wurde auf Kohlenstoffsubstraten erreicht. Mit Werten von 0,5 nm bei Leckstromdichten von 1×10−7 A/cm2 auf Pt/TiN Elektroden erfüllen die CaTiO3 Kondensatoren die Anforderungen der ITRS Strategiepläne für Arbeitsspeicher ab 2016.

Bakgrunden till detta projekt är att Vattenfall Eldistribution AB (nedan kallat Vattenfall) kommer att införa ett avgiftssystem för inmatning av reaktiv effekt till sitt elnät. Avgiften införs till följd av problem på elnätet som orsakas av reaktiv effekt. Umeå Energi Elnät AB (nedan kallat Umeå Energi) har historiskt matat in reaktiv effekt vilket motiverade detta arbete som utreder den reaktiva effekten på Umeå Energis elnät samt bidrar med information om två alternativa tillvägagångssätt att bemöta avgiften. Alternativ 0 är att kompensationsutrustning inte installeras, utan att ett abonnemang på inmatning av reaktiv effekt upprättas. Alternativ 1 är att kompensationsutrustning installeras. För att utreda den reaktiva effekten erhölls och behandlades data på reaktiv effekt i Umeå Energis nät. Historisk kondensatordrift togs fram för år 2016 ur händelsehistoriken hos Umeå Energis driftcentral. Kondensatordriften år 2015 kunde enbart erhållas från ett tidigare arbete på Umeå Energi eftersom ett begränsat antal händelser lagras i händelsehistoriken. Genom att subtrahera kondensatorernas produktion från den reaktiva effekten i Umeå Energis anslutningspunkter som uppmätts av Vattenfall erhölls data som mer representerade underliggande fenomen på nätet. Utan kondensatordrift beräknades inmatningen enligt Vattenfalls definition uppgå till cirka 34 MVAr utifrån data från 2015 och 2016. För åren 2018 till och med 2023 beräknades ändringar i reaktiv effekt till följd av förändringar på Umeå Energis nät. Vid beräkningarna försummades ledningarnas induktiva karaktär, vilket gav ett tomgångsscenario med maximal produktion av reaktiv effekt. År 2023 beräknades inmatningen ska ha ökat till 59 MVAr till följd av förändringar på Umeå Energis nät. Med antagandet att Umeå Energi inte kommer att drifta kondensatorbatterierna så att inmatningen höjs föreslogs för alternativ 0 val av abonnemang på inmatning av reaktiv effekt för åren 2018 till och med 2023 utifrån de 34 MVAr som nämnts ovan och inverkan från förändringarna på nätet. År 2019 föreslogs ett abonnemang på 41 MVAr, och 2023 föreslogs ett på 59 MVAr. Kostnaderna för dessa beräknades enligt Vattenfalls tariff till 820 000 kr respektive 1 187 000 kr. Kostnaden för eventuell överinmatning av reaktiv effekt beräknades med tariffen för överinmatning årligen uppgå till maximalt 76 000 kr med 95 % sannolikhet enligt den korrigerade standardavvikelsen hos inmatningen utan kondensatordrift åren 2015 och 2016. Optimal kondensatordrift beräknades för åren 2015 och 2016 genom att addera den produktion av reaktiv effekt från befintliga kondensatorbatterier som gav minst absolutvärde i reaktiv effekt. Beroende på hur ofta kondensatordriften justerades erhölls olika resultat. En undersökning av störningar till följd av kondensatorkopplingar rekommenderas för att få en förståelse för förutsättningarna för optimal kondensatordrift. Det bedömdes inte ekonomiskt motiverbart med mer avancerad kompensationsteknik såsom statiska VAr-kompensatorer då variabla reaktorer kan kompensera dygns- och säsongsvariationer i reaktiv effekt. Den reaktiva effektproduktionen i ledningar är störst på 145 kV-nivån och kommer öka i framtiden på denna nivå. Det är därför sannolikt här kompensationsutrustning såsom reaktorer först bör installeras. För att kunna ta så bra beslut som möjligt angående den reaktiva effekten rekommenderas att snarast möjligt ingå ett arbetssätt som om avgiftssystemet redan tagits i bruk och utöka ett representativt dataunderlag. / The background of this project is that Vattenfall Eldistribution AB (hereinafter referred to as Vattenfall) will establish a system of fees for input of reactive power. This will be done due to problems in the grid caused by reactive power. Umeå Energi Elnät AB (hereinafter referred to as Umeå Energi) has historically input reactive power, motivating this work which investigates the reactive power in the grid of Umeå Energi and provides information on two alternative approaches to responding to the fee. Alternative 0 entails no installation of compensation technology, and that a subscription for reactive power input is established instead. Alternative 1 entails that compensation technology is installed. To investigate the reactive power, data on reactive power in the grid of Umeå Energi were obtained and processed. Historical operations of capacitor banks for the year 2016 were obtained from the history of events of the control center at Umeå Energi. The operations of the capacitor banks during 2015 could only be obtained from an earlier work at Umeå Energi since the number of events stored in the history is limited. By subtracting the capacitor banks’ production from the reactive power measured by Vattenfall in the connections of Umeå Energi, data more representative of underlying phenomena were obtained. Without capacitor production of reactive power, the input was calculated according to the definition of Vattenfall to about 34 MVAr, by using data from 2015 and 2016. For the years 2018 through 2023, changes in reactive power due to changes in the grid of Umeå Energi were calculated. These calculations did not consider inductances, and thus yielded zero-load scenarios with maximum reactive power production. By the year of 2023, the input was calculated to have increased to 59 MVAr due to changes in the grid of Umeå Energi. Assuming that Umeå Energi will not operate the capacitors so that the input is increased, for alternative 0 subscriptions for input of reactive power were suggested for the years 2018 through 2023 by considering the abovementioned 34 MVAr and the changes in the grid. Subscriptions of 41 MVAr and 59 MVAr were suggested for the years 2019 and 2023 respectively. The costs of these were calculated with the fee specified by Vattenfall to SEK 820,000 and SEK 1,187,000 respectively. Calculations with the applicable fee yielded that the yearly cost of possible over-input could amount to a maximum of SEK 76,000 with a 95 % probability, using the corrected standard deviation of the input without capacitor production of reactive power for the years 2015 and 2016. Optimal capacitor bank operations were calculated for the years 2015 and 2016 by adding the production of reactive power from existing capacitor banks which yielded the minimum absolute reactive power. Depending on how often the capacitors were operated different results were obtained. An investigation of power quality disturbances due to capacitor bank operations is recommended to achieve an understanding of the conditions for optimal capacitor bank operations. It was not deemed economically justifiable to install more advanced compensation technologies such as static VAr compensators since variable reactors are able to compensate daily and seasonal variations in reactive power. The production of reactive power in cables is the largest on the 145 kV level and will increase in the future on this level. It is therefore likely here compensation technologies such as reactors should be installed first. To be able to make as good decisions as possible concerning the reactive power, it is recommended to as soon as possible commence a working method as if the fee system had already come into effect; thus increasing the amount of representative data.

With the rapid development of mobile communication, sensors, and biomedical in recent years, the demand for accurate data information, highquality audio and image has become much more significant, which requires a high-precision Analog to Digital Converter (ADC) to process weak analog signals. As one of the core modules of ADC, the comparator’s precision, speed, stability, and noise play a key role in the performance of the whole circuit. Over the years, those performance has been improved a lot by both designing new architectures and using advanced fabrication technology. However, the conventional comparators occupy 50%-60% of the total energy consumption of EPC, even with advanced technology and lower supply voltage. In this thesis, a new type of energy-efficient comparator, called Edge-Pursuit Comparator (EPC), is proposed, which satisfies the need for low comparison energy. The design of EPC is based on a ring oscillator, when the EPC enters the evaluation mode, two signal edges with different propagation delays will chase in it until one overlaps the other, and finally generate a stable voltage level in each output node. The circuit is built and simulated in Cadence Virtuoso using cmos22fdsoi technology. The simulation results reveal that the energy consumed per comparison is dependent on the input differential voltage, and it can be as low as 7 fJ when vin = 50 mV, which is around ten times smaller compared with conventional comparators. In addition, as the power consumption is considerable when the two input voltages are very close, a promising improvement is applied to EPC, namely connecting every node with a variable capacitor, which is called Edge-Pursuit Comparator enhanced with Capacitor (EPCC). Cadence simulation results prove that EPCC can largely lower the energy consumption under a small vin while keeping input-referred noise the same. Therefore, a combination of EPC and EPCC is expected to have prospective applications in the energy-efficient area. / Med den snabba utvecklingen av mobil kommunikation, sensorer och biomedicin under de senaste åren har efterfrågan på korrekt datainformation, högkvalitativt ljud och bild blivit mycket mer betydande, vilket kräver en högprecision Analog till Digital Converter (ADC) för att bearbeta svaga analoga signaler. Som en av ADC:s kärnmoduler spelar komparatorns precision, hastighet, stabilitet och brus en nyckelroll i prestanda för hela kretsen. Under årens lopp har dessa prestanda förbättrats mycket genom att både designa nya arkitekturer och använda avancerad tillverkningsteknik. De konventionella komparatorerna upptar dock 50%-60% av den totala energiförbrukningen för EPC, även med avancerad teknik och lägre matningsspänning. I detta examensarbete föreslås en ny typ av energieffektiv komparator, kallad Edge-Pursuit Comparator (EPC), som tillgodoser behovet av låg jämförelseenergi. Designen av EPC är baserad på en ringoscillator, när EPC:n går in i utvärderingsläget kommer två signalkanter med olika utbredningsfördröjningar att jaga i den tills den ena överlappar den andra, och slutligen generera en stabil spänningsnivå i varje utgångsnod. Kretsen är byggd och simulerad i Cadence Virtuoso med hjälp av cmos22fdsoiteknik. Simuleringsresultaten visar att energiförbrukningen per jämförelse är beroende av ingångsdifferensspänningen och den kan vara så låg som 7 fJ när vin = 50 mV, vilket är cirka tio gånger mindre jämfört med konventionella komparatorer. Dessutom, eftersom strömförbrukningen är avsevärd när de två inspänningarna är mycket nära, tillämpas en lovande förbättring på EPC, nämligen att ansluta varje nod med en variabel kondensator, som kallas Edge-Pursuit Comparator förbättrad med kondensator (EPCC). Kadenssimuleringsresultat bevisar att EPCC till stor del kan sänka energiförbrukningen under en liten vin samtidigt som ingångsreferat buller hålls detsamma. Därför förväntas en kombination av EPC och EPCC ha potentiella tillämpningar inom det energieffektiva området.

Micro-technology relies on a highly parallel fabrication of 2D electronic and/or microelectromechanical devices, where in most cases silicon wafers are used as substrates. In contrast 3D fabrication shows unique advantages, such as footprint reduction or the possibility to obtain additional functionalities. For example, in the case of a sensor, knowledge of the acceleration in all possible directions, the surrounding electric or magnetic field among other quantities can help to determine the exact position of an object in 3D space. To do that it is crucial to retrieve all components of a vector field, which requires at least one out of plane component. In other fields like integrated optics three dimensional structures can enhance the coupling efficiency with free space interactions. As such 3D micro-structures will be crucial for upcoming products and devices. A highly parallel fabrication is required to enable mass-adaption, self-assembly is an emerging technology that could deliver this purpose. Examples of 3D structures created by self-assembly include polyhedrons like cubes, pyramids or micro tubular structures such as tubes or spirals. Following a self assembly scheme, 3D devices would be created through the fabrication of standard 2D structures that are reshaped through a self-assembly step into a 3D object. In this thesis a novel dry release protocol was developed to roll-up strained nanomembranes from a silicon sacrificial layer employing dry fluorine chemistry. This way a wet release is totally circumvented thus preventing damage of the created structures due to turbulent flow or capillary forces. Additionally the developed process enabled the use of standard CMOS deposition and processing tools, leading to a high increase in yield and quality, with yields exceeding 99% for microtubes. Building on the developed technology various devices where fabricated, for example rolled-up micro capacitors at a wafer scale with an increased yield and a low spread of electrical characteristics. For the E12 industrial standard more than 90% of devices behaved within the required performance characteristics. Furthermore the yield and Q-factor of roll-up whispering gallery mode resonators was strongly improved, making it possible to self assemble 3D coupled photonic molecules, which showed a mode splitting exceeding the FSR, as well as hybrid supermodes at points of energy degeneracy.:Contents Bibliographic Record i List of Abbreviations vii List of Chemical Substances ix 1 Introduction 1 1.1 Microelectromechanical Systems 1 1.2 Strain Engineering 2 1.3 Rolled - Up Nanotechnology 3 1.4 Objective and Structure of the Thesis 5 2 Materials and Methods 9 2.1 Fabrication Techniques 9 2.1.1 Substrates 9 2.1.2 Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition 9 2.1.3 Dry Etching12 2.1.4 Deep Reactive Ion Etching 18 2.1.5 Atomic Layer Deposition 19 2.1.6 Lithography 20 2.2 Characterization Techniques 22 2.2.1 Strain Measurement 22 2.2.2 Ellipsometry 23 3 Dry Roll-Up of Strained Nanomembranes 25 3.1 Rolled - Up Nanotechnology 25 3.2 Fabrication 26 3.2.1 Release 29 3.3 Conclusions 33 4 Rolled-UpMicro Capacitors 35 4.1 Micro Capacitors 35 4.2 Fabrication 38 4.3 Characterization 39 4.4 Conclusion 41 5 Optical Micro-Cavities 43 5.1 Optical Micro Cavities 43 5.2 Theorectical Background 45 5.2.1 Quality - factor 49 5.2.2 FDTD 52 6 Optical Microtube Resonators 55 6.1 Optical Whispering Gallery Mode Microtube Resonators 55 6.2 Fabrication 57 6.3 Active Characterization 60 6.4 Conclusions 64 7 Photonic Molecules 65 7.1 Coupled Photonic Systems 65 7.2 Fabrication 68 7.3 Device Characterization 71 7.4 Multimode Waveguides 84 7.5 Conclusions 85 8 Conclusions and Outlook 87 8.1 Conclusions 87 8.2 Outlook 88 Bibliography 91 List of Figures 109 List of Tables 117 A Equipment 119 Cover Pages 121 Selbstständigkeitserklärung 123 Acknowledgements 125 List of Publications 127 List of Presentations 129 Curriculum Vitae 131

Alstom wanted to investigate the possibility of adapting its light emitting diode (LED) technology for shunting signals in train traffic. The LED technology uses 50V, but Alstom wants to adapt it for 12V. The LED technology is energy efficient but needs to be adapted for existing signal interlocking by drawing a higher current. This meant that the possibility of reactive power compensation was investigated to obtain lower thermal dissipation in dwarf signal. The essay presents a couple of possible solutions. One of the solutions is to raise the voltage by using a booster converter to use the existing 50V LED unit. Capacitors were reviewed to be used in reactive power compensation to increase current supply. One of the solutions then became a capacitor bank. Simulations indicated that a booster converter and a capacitor bank can be used to adapt the circuit. However, some modifications must be made. / Alstom ville undersöka möjligheten att anpassa sin lysdiodsteknik för dvärgsignaler i tågtrafiken. Lysdiodstekniken använder 50V men Alstom vill anpassa den för 12V. Lysdiodtekniken är strömsnål och behöver anpassas för befintliga signalställverk genom att dra en högre ström. Detta innebar att möjligheten för reaktiv kompensering undersöktes för att få en låg värmeutvecklingen i dvärgsignalen. I uppsatsen presenteras ett par möjliga lösningar. En av lösningarna för spänningen är en step-up omvandlare för att nyttja 50Vs enheten. Det gjordes också en genomgång av kondensatorer för att nyttjas i reaktivkompensering för att öka strömförbrukningen. En av lösningarna blev då ett kondensatorbatteri. Det kunde konstateras med matematisk simulering att step-up omvandlare och ett kondensatorbatteri kan användas för att anpassa kretsen dock måste vissa modifieringar utföras.