Eine Vielzahl physikalischer Größen binärer und mehrkomponentiger Legierungsschmelzen weisen starke und zusammensetzungsabhängige Abweichungen vom idealen Lösungsverhalten auf, die anhand der in der Flüssigkeit eingestellten kurz- und mittelreichweitigen Ordnung plausibel erklärt werden können. Die vorliegende Arbeit hat zum Ziel, anhand von Röntgen- und Neutronenstreuexperimenten die atomare Struktur ausgewählter Legierungsschmelzen zu beschreiben und in Relation zu in der Literatur vorgestellten Untersuchungen der thermophysikalischen Eigenschaften zu diskutieren. Die Resultate der Streuexperimente werden unter anderem durch die Anwendung von Assoziatvorstellungen interpretiert. Weiterführend nimmt die Bestimmung und Analyse partieller Strukturfaktoren und Paarverteilungsfunktionen einen besonderen Stellenwert ein. Binäre Ag-Cu Legierungsschmelzen sind chemisch ungeordnet, die Nahordnung wird praktisch ausschließlich durch topologische Effekte bestimmt. Dem stehen sowohl die halbleitenden As-Se-Legierungen, als auch die metallischen Cu-Ge-, Al-Ni- und Ni-Si- Legierungsschmelzen gegenüber, die eine zum Teil sehr ausgeprägte chemische Ordnung aufzeigen.

Introduction Annealed Inconel 718 alloy was chosen for the beam window at the Los Alamos Neutron Science Center (LANSCE) Isotope Production Facility (IPF) [1]. The window was replaced after 5 years of operation. Mechanical properties and microstructure changes were measured to assess its expected lifetime. Material and Methods A cutting plan was developed based on the IPF rasterred beam profile (FIG. 1). 3-mm OD samples were cut out from the window and thinned to 0.25-mm thick. Shear punch tests were per-formed at 25 °C on 21 samples to quantify shear yield, ultimate shear stress, and ductility. From 1-mm OD, 0.25-mm thick shear punched out disks, 4 TEM specimens of ~30×10×2 μm were obtained using standard FIB lift-out techniques. TEM was performed on an FEI Tecnai TF30-FEG operating at 300 kV. Results and Conclusions TABLE 1 shows MCNPX tally results of accumulated dpa, He and H content from both protons and neutrons fluences and ANSYS steady-state irradiation temperature for the 3-mm OD samples [2]. These peak values are at the peak density of Typically increases in shear yield and shear maximum stress occur with increasing dose. In this case, highest shear yield and ultimate stress was on the lowest dose samples at the outer edge (FIG. 2). Optical microscopy images of the fracture surfaces on the shear punched out disks show no significant change in the fracture mode or reduction in ductility in the un-irradiated, high and low dose irradiated samples. One un-irradiated and 4 irradiated samples (5, E, 16 and 19) were selected for TEM analysis. Figure 3 shows bright field TEM images of an un-irradiated, high and low dose irradiated samples. Un-irradiated sample shows some dislocations and some large precipitates. The high dose sample #5 (~11 dpa, 122 oC) shows small loops and dislocations (left and center images) and no γ\' or γ\'\' precipitates in SAD from z = [011] (right image). Low dose sample #19 (~0.7 dpa, 40 oC) shows a high density of dislocation loops (left image), high density of H/He bubbles (center image) and presence of γ\'\' precipitates in SAD from z = [011] (right image). Radiation induced-hardening is highest at the low dose region in the outer most edge. The hardening from γ\'\' precipitates is determined to be more pronounced than that from trapped bubbles. The lack of significant hardening in the highest dose region is attributed to a lower dis-location density and no γ” precipitates or bubbles [3]. Identification of H or He bubbles and the higher accumulation of these bubbles in the low dose region (no direct beam hitting) warrant further studies. Despite the evidence of irradiation-induced hardening, this spent beam window appears to retain useful ductility after 5 years in service. At the conclusion of 2013 run cycle, the current in-service beam window had reached the same dpa as of the spent window. We plan to extend the service of the current in-service window until it reaches its intended design threshold limit of ~20 dpa (in the highest dose region). Additional measurements at higher dpa values will enable better decision-making in managing risks of the window failure.

Vor dem Hintergrund des steigenden Leistungsniveaus, der Reduzierung von Emissionen, der sinkenden Motorengewichte, der Einschränkung der Gestaltungsfreiheit sowie der zunehmenden thermischen und mechanischen Belastungen bei der Motorenentwicklung für den Automobilbereich sind die derzeit vorhandenen Werkstoffe vielfach bis in den Grenzbereich optimiert. Um auch in Zukunft den Anforderungen der Politik und Kunden gerecht zu werden, wurden im Rahmen dieser Arbeit neue Legierungen durch die Zugabe von unterschiedlichen Elementen mit differenzierenden Gehalten bei den Legierungessystemen AlMgSi, AlSi6Cu4, AlSi10Ni3 und AlCu5Mn zusammengestellt und systematisch untersucht. Neben der Bestimmung der mechanischen, gießtechnologischen und physikalischen Eigenschaften erfolgte auch eine metallkundliche Untersuchung. Als Vergleich der gewonnenen Ergebnisse diente die Legierung AlSi7Mg. Das ausgeglichenste und beste Eigenschaftsniveau, welches besonders durch eine wesentliche Steigerung der mechanischen Eigenschaften nach thermischer Belastung bei unterschiedlichen Temperaturen hervorgerufen wurde, wiesen die Legierungen AlMg3Si1VScZr, AlMg5Si3VScZr und AlCu5MnNiCe auf, welche in naher Zukunft für Vorserienabgüsse und Motorenprüfstandsläufe verwendet werden sollen.

Die Menschheit arbeitet schon seit Jahrtausenden daran, wie die Umgebungstemperatur auf gezielte Art und Weise unterschritten werden kann, um z. B. Lebensmittel länger haltbar zu machen. Im 19. Jahrhundert wurde dafür mit der Entwicklung von Kältemaschinen eine technische Lösung gefunden. Diese können die Temperatur künstlich absenken, benötigen zu diesem Zweck jedoch eine ausreichende Energiezufuhr. Im Zuge der Klimaerwärmung wird die Energieeffizienz einer solchen Kühlung immer wichtiger. Eine Alternative zu den gängigen Gaskompressionsanlagen stellen dabei festkörperbasierte Kühlmethoden dar. Dafür werden unter anderem Materialien mit einer spontanen, langreichweitigen Ordnung eingesetzt. In diesen kann ein äußeres Feld eine Phasenumwandlung induzieren, welche dann zum Kühlen genutzt wird. Abhängig vom eingesetzten Material können unterschiedliche Arten von Feldern verwendet werden (z. B. magnetische, elektrische, elastische oder hydrostatische). Die abgeleiteten Kühlverfahren werden entsprechend als Magneto-, Elektro , Elasto- bzw. Barokalorik bezeichnet. Das Anlegen bzw. Entfernen eines solchen Feldes sorgt für eine Phasenumwandlung im Material. Dabei kann der Festkörper Wärme von der Umgebung aufnehmen und sie später auch wieder abgeben, wenn die Richtung des Phasenüberganges umgekehrt wird, was die Konstruktion eines Kühlkreislaufs möglich macht. Die verwendeten Materialien müssen dafür optimiert werden. Bei der ersten in dieser Arbeit untersuchten Materialgruppe handelt es sich um Heusler-Legierungen. Diese zeichnen sich durch gute Werte in vielen für die Kühlung relevanten Eigenschaften aus. Problematisch ist jedoch die vergleichsweise große thermische Hysterese, welche in der komplexen, martensitischen Phasenumwandlung begründet liegt. Das Verständnis des resultierenden, martensitischen Gefüges ist ein wichtiger Schritt, um die funktionalen Eigenschaften zu verbessern und damit auch Ansätze zur Reduktion der Hysterese effektiver verfolgen zu können. Für die Untersuchung wurde das Prototyp-System Ni-Mn-Ga(-Co) in Form von epitaktischen Dünnschichten ausgewählt. Das auftretende, martensitische Gefüge mit seinen alle Längenskalen umfassenden, hierarchischen Zwillingsstrukturen wurde schon ausführlich untersucht. Die dafür verwendeten Ansätze setzen sich jedoch in der Regel nur einzeln mit einer speziellen Längenskala auseinander. Ein Ziel dieser Arbeit ist es daher, die bestehenden Modelle zu kombinieren. Es wird gezeigt, dass es im Wesentlichen möglich ist, mit einem einzigen Schlüsselparameter alle Längenskalen geschlossen zu beschreiben, wobei ein aus fünf Ebenen bestehendes Modell genutzt wird. Um dieses Konzept auch mittels Röntgenbeugung verifizieren zu können, wird zusätzlich eine Beugungssimulation in MATLAB implementiert und mit Beugungsexperimenten verglichen. Aus der zweiten betrachteten Materialgruppe, den Antiperowskiten, wurden Mn3GaC und Mn3GaN ausgewählt. Diese Verbindungen weisen keine martensitische Umwandlung auf und ermöglichen es, eine zusätzliche Einflussgröße – das Aufbringen einer biaxialen Dehnung – zu untersuchen. Dafür wurden die beiden Materialien epitaktisch mittels Laserstrahlverdampfen auf PMN-PT Substraten aufgewachsen und das Schichtwachstum optimiert. Anschließend konnte für Mn3GaN in einer ersten Voruntersuchung gezeigt werden, dass die biaxiale Dehnung ausreichend ist, um einen teilweisen Phasenübergang zwischen der antiferromagnetischen und der paramagnetischen Phase zu induzieren.

Thermomagnetische Generatoren ermöglichen die Umwandlung von Niedrigtemperatur-Abwärme in elektrische Energie. Dabei steht die Leistung eines Generators in engem Zusammenhang mit dem verwendeten aktiven thermomagnetischen Material. Aus der Vielzahl von verfügbaren thermomagnetischen Materialeien wurden Heusler-Legierungen als ideale Systeme für thermomagnetische Mikrogeneratoren vorgeschlagen. Denn sie besitzen eine einstellbare Übergangstemperatur knapp oberhalb der Raumtemperatur, eine steile Änderung der Magnetisierung innerhalb einer engen Temperaturänderung, eine geringe Wärmekapazität und lassen sich mit den üblichen Abscheidetechniken leicht herstellen. In dieser Arbeit wurde untersucht, welche Maßnahmen ergriffen werden können, um die thermomagnetischen Eigenschaften von Ni-Mn-Ga-basierten Heusler Legierungen zu verbessern. Die Kennzahlen für eine thermomagnetische Anwendung sind hier die thermomagnetische Arbeitstemperatur T* und die thermomagnetische Leistungsfähigkeit ∆M/∆T. Das Ziel war es die Arbeitstemperatur so weit anzupassen, dass sie knapp oberhalb von Raumtemperatur liegt, und dabei eine möglichst große Leistungsfähigkeit zu erhalten. Zunächst wurde mittels kombinatorischer Kathodenzerstäubung systematisch untersucht, welchen Einfluss die Änderung der Zusammensetzung durch die Zugabe von Cu auf die (thermo-)magnetischen Eigenschaften von Ni-Mn-Ga-Cu-Schichten hat. Dabei verschiebt sich die martensitische Übergangstemperatur nach oben, während die Curie-Temperatur sinkt. Diese Ergebnisse sind vergleichbar zu Ni-Mn-Ga-Cu Massivproben. In Hinblick auf die thermomagnetischen Eigenschaften, so verschiebt ein steigender Cu-Anteil die Arbeitstemperatur in Richtung der Raumtemperatur. Jedoch hat der steigende Cu-Anteil eine Reduzierung der Leistungsfähigkeit zur Folge. Im Vergleich zu anderen Ni-Mn-Ga-basierten Heusler-Legierungen stellen die hier gezeigten Schichten keine signifikante Verbesserung der thermomagnetischen Eigenschaften. Neben der Zusammensetzung hat die chemische Ordnung ebenfalls Einfluss auf die thermomagnetische Eignung. Die Änderung der chemischen Ordnung wurde durch eine Wärmebehandlung bei 673 K ermöglicht. Unter optimierten Bedingungen konnte die Arbeitstemperatur über die kompletten Zusammensetzungsvariationen noch weiter Richtung Raumtemperatur verbessert werden. Dazu wurde die Leistungsfähigkeit um bis zu 250 % gesteigert, wobei der abfallende Trend weiterhin besteht. In Abhängigkeit der Auslagerungszeit hat sich dazu die spontane Magnetisierung geändert, die nicht über eine Änderung der Zusammensetzung erklärt werden kann. Infolgedessen wurde ein möglicher Verlauf des Ordnungsprozesses in nicht-stöchiometrischen Ni-Mn-Ga-Cu-Schichten als Zwei-Stufen Prozess beschrieben. In einem nächsten Schritt wurde untersucht, welchen Einfluss die Substratwahl auf die thermisch induzierte Spannung einer Ni-Mn-Ga-Schicht hat und wie sich diese Spannung auf die (thermo-)magnetischen Eigenschaften auswirkt. Es zeigte sich, dass eine Reduzierung der Spannung einen direkten Einfluss auf die martensitische Übergangstemperatur hat, aber sich nicht auf die thermomagnetischen Eigenschaften auswirkt. Allerdings wurde gezeigt, dass eine Schicht mit starker Textur eine verbesserte Leistungsfähigkeit besitzt im Vergleich zu Schichten mit geringer Textur. Mit epitaktischem Wachstum von Ni-Mn-Ga-basierten Heusler-Legierungen kann eine sehr hohe Textur erreicht werden, aber bisher ist dies nur auf oxidischen Substarten möglich. Diese erschweren die Integration der Schichten für mögliche Anwendungen. An Si-basierten Substraten und einer epitaktischen SrTiO-Zwischenschicht wurde das Wachstum von Ni-Mn-Ga-Schichten untersucht und mit konventionellen SrTiO-Substraten verglichen. Dabei zeigt sich, dass die Si-basierten Schichten keinen Nachteil für das epitaktische Wachstum darstellen. Außerdem zeigten die thermomagnetischen Eigenschaften eine Verbesserung mit einer Arbeitstemperatur von 324 K mit einer Leistungsfähigkeit von 0,85 Am²(kgK)-1. Bei der kombinatorischen Herstellung von epitaktischen Ni-Mn-Ga-Cu-Schichten hat der Cu-Anteil keinen Einfluss auf das Wachstum. Es wird die martensitische Übergangstemperatur erhöht bis die bei 2 At.-% sich mit der Curie-Temperatur überlagert und mit größerem Cu-Anteil übersteigt. Durch die Überlagerung von magnetostrukturellen und magnetischen Übergang wird der thermomagnetische Übergang steiler, was zu einer Verbesserung der Leistungsfähigkeit bei kleinen Temperaturänderungen führt. Jedoch tritt bei diesem Übergang eine Hysterese auf, die die Effizienz durch das Benötigen von latenter Wärme reduziert. Eine Analyse der Hysterese ergab, dass Interloop-Messungen eine bessere thermomagnetische Leistungsfähigkeit aufwiesen als Minorloops. Ein guter Kompromiss war eine Interloop-Messung bei einer Temperaturdifferenz von 5 K, da hier eine gute thermomagnetische Leistungsfähigkeit bei einer geringen Hysteresefläche erreicht wurde.

In der vorliegenden Arbeit wurde ausgedehntes Si_1−x Ge_x für unterschiedliche Zusammensetzungen 0 ≤ x ≤ 1 untersucht. Die Untersuchungen basierten auf der DFT, wobei das Programm QuantumATK 18.06 zum Einsatz kam. Für die Korrektur der Bandlücke wurden empirische Pseudopotential Projektor Shifts verwendet [34]. Für jede untersuchte Zusammensetzung wurden 500 zufällig generierte Konfigurationen der 64-atomigen Superzelle berechnet und statistisch ausgewertet. Nach der Optimierung der Struktur erfolgte die Auswertung der Bandlücke indem über äquivalente Pfade in der Brillouinzone gemittelt wurde. Zusätzlich wurden nach dieser Art auch kleine Anteile an C untersucht. Die Ergebnisse der Berechnungen zeigen für die Bildungsenergie der Mischstrukturen positive Werte mit einem Maximum bei mittleren Zusammensetzungen. Zur Stabilitätsuntersuchung der Legierungen wurde die Gibbs-Energie berechnet. Es ergeben sich negative Werte, was die Stabilität von SiGe bestätigt. Die berechnete Gitterkonstante der relaxierten Strukturen zeigt eine leichte Überschätzung der experimentellen Werte. Die ermittelten Bandlücken reproduzieren den Übergang von Si-artigen zu Ge-artigen Bandlücken bei x = 0.85. Die Werte der Bandlücke zeigen eine gute Übereinstimmung mit dem Experiment. Aus den statistischen Untersuchungen wird deutlich, dass sowohl Bildungsenergie als auch Bandlücke Variationen von 10 % und mehr aufweisen. Es zeigt sich dadurch ein nicht zu vernachlässigender Unterschied zwischen verschie denen Konfigurationen der Superzelle, die alle eine Legierung mit gleicher Zusammensetzung beschreiben. Wird in die Strukturen Kohlenstoff eingebracht, so vergrößern sich die Variationen mit steigendem C-Anteil. Für die betrachteten kleine C-Anteile zeigt sich eine Erhöhung der Bildungsenergie und einer Verkleinerung der Gitterkonstante und der Bandlücke. Es wird deutlich, dass bereits wenig C einen Einfluss auf die wichtigen Eigenschaften der Legierung hat und für genaue Simulationen berücksichtigt werden muss. Wie die Ergebnisse zeigen, spielt die spezielle Konfiguration von Strukturen im nm-Bereich eine wichtige Rolle. Aus diesem Grund wurde im zweiten Teil der Arbeit ein Ge-Profil nachgebildet, wie es in der Basis von HBTs vorkommt. Die Ergebnisse zeigen eine Verkleinerung der Bandlücke im SiGe-Bereich, welche im Wesentlichen durch zusätzliche Valenzzustände hervorgerufen wird. Diese Zustände sind in die z-Richtung lokalisiert. Die Leitungsbandkante bleibt von der SiGe-Region nahezu unbeeinflusst. Die Vergrößerung der SiGe-Region verkleinert die Bandlücke.:Abkürzungsverzeichnis - 5 1 Motivation - 6 2 Theoretische Grundlagen der Dichtefunktionaltheorie - 8 2.1 Quantenmechanische Vielteilchensysteme - 8 2.2 Hohenberg-Kohn-Theoreme - 9 2.3 Austausch-Korrelations-Funktional und Kohn-Sham-Gleichung - 10 3 Siliziumgermanium - 12 3.1 Kristallstruktur und Gitterkonstante - 12 3.2 Bandstruktur - 13 3.2.1 Bandstruktur von Si und Ge - 13 3.2.2 Bandlücke von SiGe - 14 3.2.3 Bandlücke von SiGe:C - 15 4 Modellierung und Methoden - 16 4.1 Modellzellen - 16 4.1.1 8-atomige konventionelle Einheitszelle - 16 4.1.2 64-atomige Superzelle - 17 4.2 Bildungsenergie und Stabilität von Legierungen - 20 4.2.1 Gibbs-Energie - 21 4.3 Faltung der Bandstruktur - 22 4.4 Korrektur und Ermittlung der Bandlücke - 24 4.4.1 Korrektur der Bandlücke - 24 4.4.2 Bestimmung der Bandlücke von ungeordneten Legierungen - 26 4.5 Berechnungsverfahren der Kristallstrukturen - 28 5 Ergebnisse und Auswertung - 29 5.1 Gitterkonstante - 29 5.2 Bildungsenergie und Änderung der Gibbs-Energie - 32 5.3 Bandlücke - 36 5.3.1 Leitungsbandminimum - 38 5.3.2 Bildungsenergie - 40 5.4 Bandstruktur - 42 6 Anwendung für die Basis von HBTs - 44 6.1 Modellierung - 45 6.2 Ergebnisse - 46 7 Zusammenfassung und Ausblick Literatur - 49 Danksagung - 53 Selbstständigkeitserklärung - 54

In this thesis, novel bulk Al-based alloys with high content of Al have been produced by powder metallurgy methods from amorphous and partially amorphous materials. Different processing routes, i.e. mechanical alloying of elemental powder mixtures, controlled pulverization of melt-spun glassy ribbons and gas atomization, have been employed for the production of the Al-based powders. Among the different processing routes, gas atomization is the best choice for the production of Al-based amorphous and partially amorphous powders as precursors for the subsequent consolidation step because it allows the production of large quantities of powders with homogeneous properties (e.g. structure and thermal stability) along with a uniform size distribution of particles. Amorphous and nanocrystalline powders have to be consolidated to achieve dense bulk specimens. However, consolidation of these phases is not an easy task and special care has to be taken with respect to accurate control of the consolidation parameters in order to achieve dense bulk specimens without inducing undesirable microstructural transformations (e.g. crystallization and grain coarsening) or insufficient particle bonding. Consequently, the effect of temperature on viscosity as well as on phase formation has been studied in detail in order to select the proper consolidation parameters. Following their characterization, the Al-based powders have been consolidated into bulk specimens by hot pressing (HP), hot extrusion and spark plasma sintering (SPS) and their microstructure and mechanical properties have been extensively investigated. Consolidation into highly-dense bulk samples cannot be achieved without extended crystallization of the glassy precursors. Nevertheless, partial or full crystallization during consolidation leads to remarkable mechanical properties. For example, HP Al84Gd6Ni7Co3 samples display a remarkably high strength of about 1500 MPa, which is three times larger than the conventional high-strength Al-based alloys, along with a limited but distinct plastic deformability (3.5 – 4%). Lower strength (930 MPa) but remarkably larger plastic strain exceeding 25 % has been achieved for the Al87Ni8La5 gas-atomized powders consolidated by SPS above their crystallization temperature. Similarly, HP Al90.4Y4.4Ni4.3Co0.9 bulk samples display high compression strength ranging between 820 and 925 MPa combined with plastic strain in the range 14 – 30%. Finally, preliminary tensile tests for the Al90.4Y4.3Ni4.4Co0.9 alloy reveal promising tensile properties comparable to commercial high-strength Al-based alloys. The mechanical behavior of the consolidated specimens is strictly linked with their microstructure. High strength and reduced plasticity are observed when a residual amorphous phase is present. On the other hand, reduced strength but enhanced plastic deformation is a result of the complete crystallization of the glass and of the formation of a partially or fully interconnected network of deformable fcc Al. These results indicate that the combined devitrification and consolidation of glassy precursors is a particularly suitable method for the production of Al-based materials characterized by high strength combined with considerable plastic strain. Through this method, the mechanical properties of the consolidated samples can be varied within a wide range of strength and ductility depending on the microstructure and the consolidation techniques used. This might open a new route for the development of innovative high-performance Al-based materials for transport applications.

Within the framework of this thesis, the influence of non equilibrium post growth thermal treatments of ion implanted and epitaxially grown Ge1-xSnx and Si1-x-yGeySnx layers for nano and optoelectronic devices has been investigated. The main focus has been placed on the study and development of thermal treatment conditions to improve the as grown layer quality and the fabrication of Ge1-xSnx and Si1-x-yGeySnx on SOI JNTs. In addition, through layer characterization, exhaustive analysis has provided deep insight into key material properties and the alloy´s response to the thermal treatment. For instance, (i) the conversion of as grown in plane compressive strained Ge1-xSnx into in-plane tensile strained Ge1-xSnx after PLA that is required for high mobility n-type transistors and (ii) the evolution of monovacancies to larger vacancy clusters due to post growth thermal treatments. Moreover, the adaption of CMOS compatible fabrication approaches to the novel Ge1-xSnx and Si1-x-yGeySnx alloys allowed the successful fabrication of first lateral n-type JNTs on SOI with remarkable Ion/Ioff ratios of up to 10^8 to benchmark the alloy performance.:I. Table of contents II. Abstract III. Kurzfassung (Abstract in German) IV. List of Abbreviations V. List of Symbols VI. List of Figures VII. List of Tables 1 Introduction 2 Fabrication and properties of Ge1 xSnx and Si1 x yGeySnx alloys 2.1 Alloy formation 2.2 Strain and defects 2.3 Electrical and optical properties 2.3.1 Band structure of strain relaxed alloys 2.3.2 Band structure of strained alloys 2.3.3 Doping influenced properties 2.3.4 Electrical properties 2.4 Thermal treatments 2.4.1 Rapid thermal annealing 2.4.2 Flash lamp annealing 2.4.3 Pulsed laser annealing 2.5 Summary 3 Experimental setups 3.1 Molecular beam epitaxy (MBE) 3.2 Ion beam implantation 3.3 Pulsed laser annealing (PLA) 3.4 Flash lamp annealing (FLA) 3.5 Micro Raman spectroscopy 3.6 Rutherford backscattering spectrometry (RBS) 3.7 X ray diffraction (XRD) 3.8 Secondary ion mass spectrometry (SIMS) 3.9 Hall effect measurement 3.10 Transmission electron microscopy (TEM) 3.11 Positron annihilation spectroscopy (PAS) 3.12 Cleanroom 4 Post growth thermal treatments of Ge1-xSnx alloys 4.1 Post growth pulsed laser annealing 4.1.1 Material fabrication and PLA annealing 4.1.2 Microstructural investigation 4.1.3 Strain relaxation and optical properties 4.1.4 Electrical properties and defect analysis 4.1.5 Strain relaxed Ge1-xSnx as virtual substrates 4.1.6 Conclusion 4.2 Post growth flash lamp annealing 4.2.1 Material fabrication and r FLA annealing 4.2.2 Alloy composition and strain analysis 4.2.3 Defect investigation 4.2.4 Dopant distribution and activation 4.2.5 Conclusion 5 Fabrication of Ge1-xSnx and Si1-x-yGeySnx alloys on SOI 5.1 Alloy fabrication with ion beam implantation and FLA 5.1.1 Si1-x-yGeySnx formation via implantation and FLA 5.1.2 Si1-x-yGeySnx on SOI fabrication via implantation and FLA 5.1.3 Recrystallization of Si1-x-yGeySnx on SOI by FLA 5.1.4 P and Ga doping of Si1 x yGeySnxOI via implantation and FLA 5.1.5 Conclusion 5.2 MBE and post growth thermal treatments of Ge1-xSnx and Si1-x-yGeySnx on SOI 5.2.1 MBE growth of Ge0.94Sn0.06 and Si0.14Ge0.80Sn0.06 on SOI 5.2.2 Microstructure of as grown Ge0.94Sn0.06 and Si0.14Ge0.80Sn0.06 5.2.3 Microstructure after post growth thermal treatments 5.2.4 Dopant concentration and distribution 5.2.5 Conclusion 6 Ge1-xSnx and Si1-x-yGeySnx on SOI junctionless transistors 6.1 Operation principle of n type JLFETs 6.2 Fabrication of n-type JNTs 6.3 Electrical characterization 6.3.1 JNT performance evolution during processing 6.3.2 JNT performance in dependence on post growth PLA 6.3.3 Gate configuration of Ge1-xSnx JNTs 6.3.4 Influence of post fabrication FLA on Ge1-xSnx JNTs 6.4 Conclusion 7 Conclusion and future prospects References 8 Appendix 8.1 Sample list and fabrication details for Chapter 4 8.2 Extended RBS information 8.3 Extended TEM analysis for section 4.1.2 8.4 Strain calculation based on (224) RSM 8.5 Strain calculation by µ Raman 8.6 Analysis of Hall effect measurements 8.7 VEPFit and ATSUP simulations 8.8 Strain relaxation of Ge0.89Sn0.11 for section 4.1.5 8.9 COMSOL simulation of FLA temperature 8.10 ECV measurement setup 8.11 Datasheet of the SOI wafers 8.12 Sample list of Chapter 5 8.13 Calculation of the ion beam implantation parameter by SRIM 8.14 RBS simulation results for section 5.1 8.15 GI XRD and (224) XRD RSM results for section 5.1 8.16 SIMS limitations for section 5.1.4 8.17 RBS of Ge1-xSnx on SOI for section 5.2.3 8.18 Fit procedure for SOI RSM peak positions 8.19 Supporting µ Raman results for section 5.2.3 8.20 Process details for n-JNT fabrication 8.21 Flat band voltage VFB and on current Ion of JNTs 8.22 Ioff, Imax, Ion/Ioff and Imax/Ioff ratio of JNTs 8.23 Subthreshold swing SS calculation of JNTs 8.24 Threshold voltage Vth of JNTs 187 8.25 Gate configuration of Si1-x-yGeySnx JNTs 8.26 n-type transistors compared in Chapter 7 8.27 Annealing setup description

One of the serious problems encountered in the use of various materials in technology is the occurrence of fatigue phenomena as an undesirable material damage under cyclic mechanical load. For aluminium alloys this issue is of extremely high importance in case of their utilisation for aircraft purposes, e.g., where a very wide spectrum of frequencies occur. Moreover, the cyclic loading may be joined by the presence of specific electrolyte media. Therefore, the material candidates must be thoroughly examined in view of their sensitivity to fatigue as well as to corrosion fatigue. Usually, the Cu-containing alloy EN-AW 2024 T3 is applied besides 7075 T6 in Airbus aircrafts, but the weldable alloy 6013 T6 is considered to be a potential alternative. Referring to former investigations on the environmental sensitivity (ES) in the fatigue behaviour /1-6/ this paper brings up experimental findings as well as expanded considerations about damaging mechanisms and modelling. The situation with the alloy 6013 T6 is emphasized. The propagation of cracks under cyclic load in different environments, such as vacuum, air or aqueous media, is described by means of fracture mechanics. This enables discrimination in view of the influence of environmental factors and, hence, the participation of corrosion processes.

Die Arbeit beschäftigt sich mit der galvanischen Legierungsabscheidung für die Systeme Cu-Pb, Ag-Pb und Au-Pb. Es konnte nachgewiesen werden, dass es zur Bildung stark übersättigter Mischkristalle kommt, deren Struktur- und Gefügeeigenschaften direkte Abhängigkeiten von den Abscheidebedingungen zeigen. Es treten für die Einzelsysteme Unterschiedlichkeiten auf, die in direkten Zusammenhang mit dem Gitteraufbau der Matrixelemente gebracht werden können. Besonderes Interesse verdient die Härte der Schichten, die im Vergleich zu schmelzmetallurgischen Legierungen um Größenordnungen höher liegt. Bei Wärmebehandlung unter Schutzgas- oder Sauerstoffatmosphäre sind Cu-Pb-Schichten durch Erholungsvorgänge und Ag-Pb-Schichten durch eine partielle Rekristallisation gekennzeichnet. Bei innerer Oxydation des Bleis kommt es im System Cu-Pb zu einer signifikanten Härtesteigerung, während im System Ag-Pb kein Einfluss auf die Härte beobachtet werden kann.