Title: Microstructure and properties of multiferroic complex oxide thin films prepared by pulsed laser deposition method Author: Petr Machovec Department: Department of Condensed Matter Physics Supervisor: RNDr. Milan Dopita, Ph.D., Department of Condensed Matter Physics Abstract: In the frame of this thesis, structure, microstructure, and real structure of multiferroic epitaxial layers of LuFeO3 were studied by means of X-ray reflectivity and X-ray diffraction. In theoretical part the theory of X-ray scattering on crystalline layers is described. Standard description of X-ray reflectivity on series of rough layers is presented. Moreover, a model of X-ray scattering on mosaic layer is described. For experimental part of the work three samples were prepared by pulsed laser deposition method. First sample on sapphire substrate (Al2O3), second on platinum layer deposited on sapphire substrate and third on yttrium stabilized zirconia substrate. From the X-ray reflectivity curves the parameters such as layer thickness, interface roughness, surface roughness and material density, were determined. By analysing measured reciprocal space maps, lattice parameters and mosaic model parameters, such as mean mosaic block size, mosaic block size distribution, mosaic block misorientation and residual microstrain, were...

ectroscopic reflectometry is measurement technique that enables the study of the thickness and refractive index of thin layers. This thesis deals with its use for the study of lubrication films within EHD contact and verifies a new approach suggested in recent publications. It is focused on the development of an optical arrangement and mathematical model for the lubrication film thickness measurement within the entire EHD contact. This technique brings the possibility to study the pressure distribution within the contact area through the evaluation of changes in lubricant refractive index.

Zugl.: Tübingen, Univ., Diss., 2009

Thin films become more and more important in science and industry. The main objective of this work was the expanding of the measurement capabilities of the XRD 3000PTS to the field of thin films. The success of the changes was documented by maesurements on TiC thin films. / Dünne Schichten gewinnen in Forschung und Industrie zunehmend an Bedeutung. Ziel der Arbeit war es deshalb, den Einsatzbereich des vorhandenen Diffraktometers XRD 3000PTS auf Untersuchungen an dünnen Schichten zu erweitern. Der Erfolg der Veränderungen konnte mit Messungen an einer TiC Probenserie bestätigt werden.

This work focuses on a search of available literature on the theory of transmission lines and verify the possibility of simulation processes on these lines using a suitable simulation program. Initially, for the introduction to the parameters and the phenomenon that characterize the line and are important for understanding the issue. These parameters are then measured and compared with traces from the simulation in program PSpice. In another part of the work, the reader is familiar with the basics of reflectometry and fault detection capabilities on transmission lines with the basic reflectometry methods TDR and FDR, as well as with other methods of OTDR, MSR, and PD-FDR. For the TDR, FDR and MSR methods were made experimental measurements with a view to determining the position of the various types of faults on the tested leadership.

This thesis is divided into three main sections that deal with optical and magnetic thin films properties and their measurements techniques. Principles of the spectroscopic reflectometry and measurements of optical properties are described in the first part. Results of imaging reflectometry are most important. This technique is based on in situ monitoring of optical properties of SiO2 thin films during etching over the area cca 10 × 13 mm2. In next section magnetic properties of thin films and new apparatus built on the Institute of Physical Engineering of BUT are shown. Magnetic properties were observed by longitudinal magneto-optical Kerr effect. The construction of the device is based on a light beam with rectilinear polarization reflected from magnetic material with turned polarization. For investigation of local magnetic properties of microstructures a microscope objective focusing laser beam on the sample is used. The last part of the thesis is aimed on improving of a spin valve structure Co/Cu/NiFe. This work was done within the frame of the Erasmus project in Laboratoire Louis Néel in Grenoble. The goal was to achieve the value of GMR (Giant Magnetoresistance) as high as possible by changing of deposition parameters. This value describes the rate of resistances in different mutual directions of magnetization in trilayers.

This diploma thesis deals with the preparation of the very thin films and their investigation by scanning probe microscopy methods. The ultrathin films of Pt on Pt(111) were created by pulsed laser deposition and the ultrathin films of Co on Pt(111) were deposited by thermal evaporation. The coverage of the substrate was much smaller than one monolayer (in order of hundredths of monolayer). The nucleation theory was verified by these experiments using so-called Onset method. Further graphene sheets were prepared on layer of Si/SiO2 by the mechanical exfoliation from the graphite crystal. The fabricated graphene sheets were studied by micro-Raman spectroscopy, microreflectometry, atomic force microscopy and similar techniques. These methods proved the thinnest graphite layers were consisted of two graphene monolayers.

Die experimentellen Daten können bei Dr. Sebastian Risse, Helmholtz-Zentrum Berlin, eingesehen werden. / Silizium-Elektroden werden aufgrund ihrer um eine Gröÿenordnung höheren Kapazität als mögliches Elektrodenmaterial in Lithium-Ionen-Batterien betrachtet. Diese Kapazität geht jedoch mit einer Volumenausdehnung von bis zu 310 % einher. Dies begünstigt einen schnellen Kapazitätsabfall und ein kontinuierliches Wachstum der SEI-Schicht. Ziel dieser Arbeit ist es daher, die Morphologie-Änderung der Siliziumelektrode während des Lithiierungs-Prozesses besser zu verstehen unter Nutzung von operando-Methoden Im ersten Teil wurde Neutronenreflektometrie (NR) genutzt, um die Morphologie-Änderung auf der Nanometerskala einer Siliziumelektrode zu untersuchen. Das Wachsen/Schrumpfen der lithiierten Zone im Silizium wurde beobachtet. Auf der Oberfläche der Elektrode wächst im delithiierten Zustand eine Grenzschicht, welche die Lithiierung verhindert. Nachdem diese Schicht aufgelöst ist, kann Lithium eingelagert werden. Im zweiten Teil wurde operando Röntgen- Phasenkontrast-Radiographie genutzt. Ein rechteckiges Riss-Gitter wurde dabei im delithiierten Zustand beobachtet, welches sich während der Lithiierung schließt. Dieses Gitter ist entlang der Kristallachsen des Siliziums orientiert. Im nächsten Zyklus entsteht das Gitter am selben Ort wieder, und breitet sich mit steigender Zyklenzahl über die Elektrode aus. Im dritten Teil wurde der Einfluss einer künstlichen Grenzschicht auf die Lithiierung untersucht. Erneut wurde NR genutzt. Die künstliche Schicht verringert das Wachstum der SEI-Schicht, unterdrückt es jedoch nicht komplett. Nach 2 Zyklen ist die Grenzschicht degradiert, und Seitenreaktionen können beobachtet werden. / Silicon electrodes receive great interest as potential electrode material in lithium-based batteries due to their one order of magnitude higher capacity. This is accompanied by a volume expansion of up to 310 %, leading to an accelerated capacity loss of the electrodes. The volume expansion creates mechanical stress, leading to fracturization of the electrode and the continuous growth of the solid-electrolyte-interphase (SEI) layer under the consumption of active material. The aim of this thesis is to investigate the morphological changes of silicon electrodes during lithiation/ delithiation. Especially operando-techniques are well-suited to investigate these morphological changes since they allow us to precisely link structural data and the electrochemical state. The first project uses operando neutron reflectometry (NR) and in-situ electrochemical impedance spectroscopy (EIS) to analyze the morphology change of the silicon surface on the nanometer-scale. The growth and shrinkage of the lithiated layers within the electrode as well as the lithium concentration was determined with this method. An SEI-layer forms on top of the silicon electrode in the delithiated state, which hinders the lithium uptake in the initial part of the subsequent lithiation. The second project analyzes the morphology-change of the electrode on the µm-scale. Here the fracturization of the silicon electrode is investigated by operando X-ray phase-contrast radiography. A rectangular fracturization pattern was observed during the second half of the delithiation, which vanished again during the lithiation. The third project investigates the influence of an artificial coating layer on the lithiation process. Again operando NR was chosen as analysis tool. The artificial coating decreased the formation of the SEI-layer within the first cycles, but did not suppress it completely. However, this layer degraded already in an early stage of cycling, resulting in the occurrence of side reactions afterward.

In der vorliegenden Arbeit wird die großflächige Abscheidung von organischen Leuchtdioden (OLED) für Beleuchtungsanwendungen in einer neuartigen Beschichtungsanlage vorgestellt. Ausgehend von den speziellen Anforderungen an gleichförmige Schichtdickenverteilung und hohe Abscheideraten für die organischen Schichten, sind die Verfahren der thermischen Vakuumverdampfung (VTE) und der organischen Dampfphasenabscheidung (OVPD) auf Substraten der Größe 370 x 470 mm² unter Fertigungsbedingungen kombiniert. Die Quellensysteme der Anlage wurden hinsichtlich der Verteilung des Materialauftrages und der Oberflächenrauigkeit qualifiziert. Die Kontrolle der Schichteigenschaften ist bei der organischen Dampfphasenabscheidung durch Variation der Parameter Substrattemperatur und Abscheiderate in einem weiten Bereich möglich. Die in situ Kontrolle der Schichtdicke mittels spektroskopischer Reflektometrie wird vorgestellt. Ein Messsystem ist in die Beschichtungsanlage integriert und abgeschiedene Schichten charakterisiert worden. Die Arbeit zeigt, dass die genaue Bestimmung der Dicke einzelner Schichten oder ganzer Schichtstapel mit diesem Verfahren möglich ist und zur ex situ Ellipsometrie vergleichbare Ergebnisse liefert. Um robuste OLED-Bauelemente herzustellen, wird eine organische Kurzschlussunterdrückungsschicht eingeführt, die konform mittels der OVPD-Technologie abgeschieden wird. Die strombegrenzenden Eigenschaften dieser Schicht wirken Defektströmen innerhalb der OLED entgegen. Die reproduzierbare Herstellung von 100 x 100 mm² großen, weißes Licht emittierenden OLED-Modulen mit mittleren Leistungseffizienzen von über 13 lm/W zeigt das Potential dieser Technologie. / The thesis deals with the large area deposition of organic light-emitting diodes (OLED) for lighting applications with a novel deposition tool. The special needs of film thicknesses homogeneity and high deposition rates for organic layers request the combination of thermal vacuum deposition (VTE) and organic vapour phase deposition (OVPD) processes to fabricate OLEDs on 370 x 470 mm² substrates. The deposition sources are qualified regarding layer homogeneity and morphology of the deposition processes. The layer properties are controlled in a wide range by the variation of the organic vapour phase deposition parameters: substrate temperature and deposition rate. The in situ determination of the substrate thickness is shown by the application of spectroscopic reflectometry. The thesis demonstrates the thickness analysis of single and multi-layer stacks by reflectometry. The data fit well to ex situ ellipsometry. Robust OLED devices with an additional short-circuit protection layer deposited by OVPD technology are introduced. The current limiting properties of this layer reduce the leakage currents in the OLED device. The fabrication of 100 x 100 mm² white emitting OLED modules with power efficiencies about 13 lm/W shows the great potential of the manufacturing technology.

In der vorliegenden Arbeit wird die großflächige Abscheidung von organischen Leuchtdioden (OLED) für Beleuchtungsanwendungen in einer neuartigen Beschichtungsanlage vorgestellt. Ausgehend von den speziellen Anforderungen an gleichförmige Schichtdickenverteilung und hohe Abscheideraten für die organischen Schichten, sind die Verfahren der thermischen Vakuumverdampfung (VTE) und der organischen Dampfphasenabscheidung (OVPD) auf Substraten der Größe 370 x 470 mm² unter Fertigungsbedingungen kombiniert. Die Quellensysteme der Anlage wurden hinsichtlich der Verteilung des Materialauftrages und der Oberflächenrauigkeit qualifiziert. Die Kontrolle der Schichteigenschaften ist bei der organischen Dampfphasenabscheidung durch Variation der Parameter Substrattemperatur und Abscheiderate in einem weiten Bereich möglich. Die in situ Kontrolle der Schichtdicke mittels spektroskopischer Reflektometrie wird vorgestellt. Ein Messsystem ist in die Beschichtungsanlage integriert und abgeschiedene Schichten charakterisiert worden. Die Arbeit zeigt, dass die genaue Bestimmung der Dicke einzelner Schichten oder ganzer Schichtstapel mit diesem Verfahren möglich ist und zur ex situ Ellipsometrie vergleichbare Ergebnisse liefert. Um robuste OLED-Bauelemente herzustellen, wird eine organische Kurzschlussunterdrückungsschicht eingeführt, die konform mittels der OVPD-Technologie abgeschieden wird. Die strombegrenzenden Eigenschaften dieser Schicht wirken Defektströmen innerhalb der OLED entgegen. Die reproduzierbare Herstellung von 100 x 100 mm² großen, weißes Licht emittierenden OLED-Modulen mit mittleren Leistungseffizienzen von über 13 lm/W zeigt das Potential dieser Technologie. / The thesis deals with the large area deposition of organic light-emitting diodes (OLED) for lighting applications with a novel deposition tool. The special needs of film thicknesses homogeneity and high deposition rates for organic layers request the combination of thermal vacuum deposition (VTE) and organic vapour phase deposition (OVPD) processes to fabricate OLEDs on 370 x 470 mm² substrates. The deposition sources are qualified regarding layer homogeneity and morphology of the deposition processes. The layer properties are controlled in a wide range by the variation of the organic vapour phase deposition parameters: substrate temperature and deposition rate. The in situ determination of the substrate thickness is shown by the application of spectroscopic reflectometry. The thesis demonstrates the thickness analysis of single and multi-layer stacks by reflectometry. The data fit well to ex situ ellipsometry. Robust OLED devices with an additional short-circuit protection layer deposited by OVPD technology are introduced. The current limiting properties of this layer reduce the leakage currents in the OLED device. The fabrication of 100 x 100 mm² white emitting OLED modules with power efficiencies about 13 lm/W shows the great potential of the manufacturing technology.