Ein an geregelte Tagesablaeufe angepasstes Leben erhoeht nicht nur das allgemeine Wohlbefinden, sondern wirkt proaktiv auf Gesundheit und Stresslevel. Feste Rhythmen in Aktivitaeten im Tagesverlauf bieten Menschen Sicherheit, Struktur und Orientierung im Alltag. Eine wiederholte oder permanente Missachtung dieser Rhythmen kann zu Schlafproblemen bis hin zu chronischer Depression fuehren. Personen, die ihren festen Rhythmen nachkommen, sind hingegen weniger von diesen Krankheiten betroffen. Um diese Folgen praeventiv zu vermeiden oder zu loesen, kann der eigene Tagesablauf manuell erfasst und ausgewertet werden. Dieser aufwendige Prozess erfolgt bislang nur mit wenig, automatisierter Assistenz und kann durch computergestuetzte Verfahren erleichtert werden. Dabei ist sowohl ein lueckenloser Datensatz an Aktivitaeten, als auch das Vorhandensein von moeglichst heterogener Sensorik von Bedeutung. Durch eine entsprechende automatisierte Erkennung von Tagesrhythmen kann der Tagesablauf assistiert komplettiert werden und die heterogene Sensorik macht Abweichungen in den Routinen des Nutzers deutlich. Diese Informationen werden dann zur aktiven Lebensunterstuetzung genutzt, indem Metriken aus diesen abgeleitet oder Anomalien erkannt werden. Einen moeglichen Loesungsansatz zur automatisierten Assistenz bieten dafuer sogenannte Human Activity Recognizer Algorithms (HARA) aus dem Bereich Ambient Assisted Living (AAL). Das Ziel dieser HARA ist es, auf Basis sensorischer Werte und individuellen Vergleichsmustern die aktuelle Aktivitaet eines Nutzers zu erkennen. Da diese Systeme haeufig im Bereich pflegebeduerftiger Personen eingesetzt werden, ist die Auswahl der erkannten Aktivitaeten jedoch sehr eingeschraenkt und bezieht sich im Regelfall auf nicht-erweiterbare, innerhaeusliche Aktivitaeten aus der Pflege. Darueber hinaus erfolgt bei diesen Systemen eine Auswertung unter der Voraussetzung, dass sich einzelne Tage in ihrem Ablauf nur wenig unterscheiden, was in anderen Anwendungsdomaenen zu Problemen fuehrt. Um zu einer weitergehenden Erfassung des Tagesablaufs zu kommen, muss neben der Auswertung sensorischer Werte auch weiteres Wissen einbezogen werden. Externe Wissensquellen maschinenauswertbar zu formalisieren, kombinieren und bestmoeglich auszuwerten, stellt eine Herausforderung dieser Arbeit dar, denn heterogene Datenquellen, unvollstaendige oder informationslose Daten erschweren dem HARA die Auswertung. Dazu muessen Methoden des maschinellen Lernens, semantischer Modellierung und Analyse untersucht und weiterentwickelt werden.

Effizienz kann auch bei Maschinen als ein spezieller Faktor der Optimierung angesehen werden. Effiziente Maschinen und Prozesse arbeiten optimiert bezüglich der Kosten oder auch der Zeit. In einer Verpackungsmaschine trifft dies sowohl für den eigentlichen Prozess des Verpackens von Gütern, als auch für die Warenflüsse vor und nach dem Verpacken zu. Doch auch während der Planungsphase, der Erstellung und der Einrichtung einer Maschine, spielt Effizienz häufig in Form von Zeitersparnis eine gewisse Rolle. [... aus dem Text]

Auf molekular geprägten Polymeren (MIP) basierende Sonden, insbesondere fluoreszierende MIPs, die eine spezifische Erkennung mit Fluoreszenzsignalen kombinieren, wurden aufgrund der vorteilhaften Spezifität und Selektivität von MIPs und der hohen Empfindlichkeit und schnellen Erfassungszeiten der Fluoreszenz für den Nachweis von Analyten aus verschiedenen chemischen Klassen entwickelt. Ziel dieser Arbeit war die Entwicklung von dual-fluoreszierenden Kern-Schale-MIPs als Erkennungselement für den empfindlichen Nachweis von Carbonsäure-haltigen Verbindungen, Chlorogensäure und Sialinsäure-Derivaten, die während des Prägeprozesses als sogenanntes Template dienen und als Zielanalyten in den analytischen Rückbindungsassays fungieren. Zunächst wurden fluoreszierende Siliziumdioxid-Nanopartikel synthetisiert, die Kohlenstoff-Nanopunkte (Carbon Nanodots) und Seltenerdmetall-Ionen enthalten und als emittierender Kern der dual-fluoreszierenden MIPs dienen. Es wurden spektroskopische Untersuchungen über die Wechselwirkung zwischen den Templaten und den fluoreszierenden Monomeren durchgeführt, die in eine dünne fluoreszierende MIP-Schale eingebaut wurden, die auf die Oberfläche der fluoreszierenden Siliziumdioxid-Nanopartikel aufgewachsen wurde und die interne Referenz der dual fluoreszierenden MIPs darstellt. Die zweifach fluoreszierenden MIPs wurden auf ihr optisches Ansprechen, ihre Empfindlichkeit und Selektivität in Küvetten-basierten, durchflusszytometrischen und fluoreszenzmikroskopischen Assays untersucht. Diese Systeme eignen sich für den empfindlichen, schnellen und zuverlässigen (bio)chemischen Nachweis einer potenziell breiten Palette von Analyten. Neben den beiden oxoanionischen Templaten wurde auch ein MIP-System für Triphenylphosphin (TPP) entwickelt, das zeigt, dass der Ansatz der Fluoreszenzmonomer-vermittelten MIP-Detektion auch auf neutrale nukleophile Template ausgeweitet werden kann. / Molecularly imprinted polymer (MIP)-based probes, especially fluorescent MIPs, which combine specific recognition with fluorescence signalling, have been developed for the detection of analytes from different chemical classes, due to the favourable specificity and selectivity of MIPs and the high sensitivity and fast acquisition times of fluorescence. This thesis aimed at the development of core-shell dual-fluorescent MIPs as recognition element for the sensitive detection of carboxylate-containing compounds, chlorogenic acid and sialic acid derivatives, which serve as the so-called template during the imprinting process and are the target analytes in the analytical rebinding assays. Fluorescent silica nanoparticles were firstly synthesized, incorporating carbon nanodots and rare-earth metal ions and serving as the emitting core of dual-fluorescent MIPs. Spectroscopic studies were performed on the interaction between the templates and the fluorescent monomers, which were incorporated into a thin fluorescent MIP shell grown from the surface of the fluorescent silica nanoparticles that provide the internal reference for the resulting dual-fluorescent MIPs. The dual-fluorescent MIPs were investigated for their optical response, sensitivity, and selectivity in cuvette-based, flow cytometric and fluorescence microscopic assays. These systems are applicable for sensitive, fast, and reliable (bio)chemical analysis of a potentially wide range of analytes. Besides the oxoanionic templates, a MIP system was also developed for triphenylphosphine (TPP), revealing that the approach of fluorescent monomer-mediated MIP detection can also be expanded to neutral nucleophilic templates.

Seit 1996 wird von Prof. Dr.-Ing. habil. Gerald Gerlach die Buchreihe „Dresdner Beiträge zur Sensorik“ herausgegeben, in der herausragende wissenschaftliche Beiträge der Technischen Universität Dresden, insbesondere auch des Institutes für Festkörperelektronik, publiziert werden. Zu den bisher vorliegenden Bänden sind seitdem weitere Bände hinzugekommen. Das Profil des Institutes wird durch folgende Forschungsgebiete geprägt: Thermische Infrarotsensoren, Piezoresistive Sensoren auf der Basis quellfähiger Hydrogele, Ultraschalltechnik, Funktionelle Dünnschichten, Nanoptische Sensoren. Mit der Berufung von Prof. Dr.-Ing. habil. Gerald Gerlach auf den Lehrstuhl für Festkörperelektronik zum 01.01.1996 wurde das Spektrum der Forschungsarbeiten insbesondere um die Fachgebiete der Siliziumsensoren für unterschiedliche Meßgrößen und des Entwurfs komplexer Sensor- und Aktor-Systeme in der Mikrosystemtechnik erweitert. Das Zusammenwirken von Physik, Elektronik und Technologie der Mikroelektronik bei Forschung, Entwicklung und Fertigung sowie Applikation leistungsfähiger Sensoren ist Gegenstand von Lehre und Forschung des IFE. / Since 1996 the book series „Dresdner Beiträge zur Sensorik“ edited by Prof. Dr.-Ing. habil. Gerald Gerlach has been published. The aim of this series is the publication of outstanding scientific contributions of TU Dresden, especially of those compiled at the Institute for Solid-State Electronics. The Solid-State Electronics Laboratory (Institut für Festkörperelektronik - IFE) is one of 12 laboratories of the Electrical and Computer Engineering Department at Technische Universität Dresden. Together with the Semiconductor Technology and Microsystems Lab and several chairs of the Circuits and Systems and the Packaging Labs, the Solid-State Electronics Laboratory is responsible for the microelectronics specialization in the Electrical Engineering program. Research and teaching field of the Institute for Solid-State Electronics are dedicated to the interaction of physics, electronics and (microelectronics) technology in: materials research, technology, and solid state sensor operational principles, application of sensors for special measurement problems, design of sensors and sensor systems including the simulation of components as well as of complex systems, development of thin films and multilayer stacks for sensor applications, application of ultrasound for nondestructive evaluation, medical diagnostics and process measurement technology.

Die organisch-anorganische Hybridelektronik bietet verschiedene Möglichkeiten zur Entwicklung neuartiger Bauelemente, welche die Vorteile von organischen und anorganischen Halbleitern vereinen. Planare Bauelemente werden typischerweise mittels Schattenmasken-basierter Strukturierung hergestellt. Ein Grund hierfür ist die Empfindlichkeit organischer Halbleiter gegenüber Ultraviolettem Licht und Lösungsmitteln, welche in den Standard-Photolithographieprozessen eingesetzt werden. Die Schattenmasken-Strukturierung führt allerdings zu Bauelementen mit kleinsten Abmessungen im Mikrometerbereich. Für die Reduzierung der Kanalabmessungen von planaren organisch-anorganischen Hybridbauelementen unterhalb eines Mikrometers ist die Elektronenstrahllithographie die am häufigsten verwendete Technik. Aufgrund des hohen Kosten- und Zeitaufwandes ist es nicht möglich, diese Technik für Wafermaßstab-Herstellung in der industriellen Anwendung einzusetzen. In dieser Arbeit wird eine alternative Technologie zur Herstellung von planaren Bauelementen mit isolierten Grabenelektroden und Kanalabmessungen von wenigen Hundert Nanometer bis unter 100 nm vorgestellt. Gräben kleiner als ein Mirkometer werden zunächst auf Silizium-Substraten strukturiert und anschließend mit einer isolierenden SiO2 Schicht aufgefüllt. Diese hilft dabei die gewünschten Elektrodenabstände, also die gewünschte Kanallänge, zu erreichen. Die Flexibilität des neuen Herstellungsverfahrens ermöglicht es nicht nur verschiedenen Kanallängen und Bauelement-Geometrie, sondern auch die Verwendung verschiedener Materialien für Elektroden und organischen Kanäle. Dies wiederum ermöglicht eine Vielfalt von potentiellen Anwendungen der hybriden Bauelemente. In dieser Arbeit wurde 6,13-bis (triisopropylsilylethinyl)-Pentacen (TIPS-Pentacen) Lösung und metallfreie Phthalocyanin als organisches Material verwendet und als Elektrodenmaterial diente Gold. Die entstandenen auf TIPS-Pentacen-Lösung basierenden planaren hybriden Bauelemente wurden für potentielle Anwendungen als optische sowie magnetoresistive Sensoren getestet.:Table of Contents Bibliografische Beschreibung 1 Chapter 1. Introduction 3 1.1 Organic-inorganic hybrid electronics 4 1.2 Inorganic semiconductors versus organic semiconductors 5 1.3 Electronic properties of a molecular layer 5 1.4 Vertical HEDs and planar HEDs 6 Chapter 2. Wafer-scale fabrication approach for planar HED-TIEs 8 2.1 Overview of nano-patterning techniques 8 (a) Electron beam lithography (EBL) 8 (b) Nanostencil lithography (NSL) 8 (c) Nanoimprint lithography (NIL) 9 2.2 Fabrication of planar organic-inorganic HED-TIEs 12 2.2.1 Trench refill approach for fabricating HED-TIEs 12 2.2.1.1 Deposition of the trench refill layer 15 2.2.1.2 Deposition of the organic channel material 16 (a) HED-TIE with thermally evaporated organic channel 16 (b) HED-TIE with solution processed organic channel 18 2.2.2 Spacer approach for fabricating HED-TIEs 21 2.2.2.1 Deposition of the isolation layer 23 2.3 Characterization techniques 26 (a) Electrical characterization 26 (b) Raman spectroscopy 26 (c) Photoluminescence spectroscopy 27 2.4 Summary and outlook 27 Chapter 3. Electrical characterization of HED-TIEs 29 3.1 Theoretical background 29 3.1.1 Space charge limited current (SCLC) conduction mechanism 29 3.2 Experimental details 32 3.3 Results and discussions 34 3.4 Summary and outlook 40 Chapter 4. Application of HED-TIEs as optical sensors 41 4.1 Photosensing properties of TIPS-pentacene based HED-TIEs 41 4.1.1 Theoretical background 41 4.1.2 Experimental details 43 4.1.3 Results and discussions 44 4.1.4 Summary and outlook 49 4.2 Photosensing properties of TIPS-pentacene based HED-TIEs with Au nanoparticles in the channel matrix 50 4.2.1 Theoretical background 50 4.2.2 Experimental details 51 4.2.3 Results and discussions 52 4.2.4 Summary and outlook 59 Chapter 5. Application of HED-TIE devices as magnetoresistive sensors 61 5.1 Theoretical background 61 5.1.1 Organic spintronics 61 5.1.2 Mechanisms of organic magnetoresistance (OMAR) 65 (a) Bipolaron model 68 (b) Electron-hole (e-h) pair model 69 (c) Exciton–charge interaction model 70 5.2. OMAR measurements on TIPS-pentacene OFETs and HED-TIEs 71 5.2.1 Experimental details 71 5.3 Results and discussions 73 5.4 Summary and outlook 79 Chapter 6. Summary and outlook 81 References 86 List of Figures 97 List of Tables 103 List of Abbreviations 104 Acknowledgements 106 List of Publications 108 List of Conference Presentations and Posters 109 Selbstständigkeitserklärung 111 Curriculum Vitae 112

Um das Entdeckungspotential des Large Hadron Colliders auszunutzen, wird er beginnend 2024 zum High Luminosity Large Hadron Collider ausgebaut. Neue Detektorherausforderungen entstehen durch die höhere instantane Luminosität und den höheren Teilchenfluss. Der neue ATLAS Inner Tracker wird den aktuellen Spurdetektor ersetzen, um mit diesen Herausforderungen umzugehen. Es gibt viele Pixeldetektortechnologien zur Teilchenspurerkennung, jedoch muss ihre Eignung für den ATLAS Inner Tracker untersucht werden. Aktive Hochspannungs-CMOS-Sensoren, die in industriellen Prozessen produziert werden, bieten eine schnelle Auslese und Strahlenhärte. In dieser Arbeit wird der HV2FEI4v2-Sensor, der kapazitiv mit dem ATLAS-FE-I4-Auslesechip gekoppelt ist, dahingehend charakterisiert, ob er für eine Verwendung in einer der äußeren Lagen des ATLAS Inner Tracker geeignet ist. Schlüsselgrößen des Prototypens, wie die Treffereffizienz und die Subpixelentschlüsselung, werden untersucht. Der frühe HV2FEI4v2-Prototyp zeigt vielversprechende Ergebnisse, die als Ausgangspunkt für weitere Entwicklungen dienen. Aktive CMOS-Sensoren stellen einen möglichen Kandidaten für einen kosteneffizienten Detektor für den High Luminosity Large Hadron Collider.

Die vorliegende Arbeit beschreibt die Entwicklung eines redundanten, mikromechanischen Beschleunigungssensorarrays. Die Redundanz wird genutzt, um Messabweichungen zu korrigieren. Die Einflussfaktoren auf die Genauigkeit der Sensoren werden analysiert und die erzielten Verbesserungen beim Einsatz von Sensorarrays aufgezeigt. Neben den stochastischen Einflüssen können mithilfe des Arrays auch deterministische Fehler bzw. Querempfindlichkeiten korrigiert werden. Die Fertigung des Sensorarrays erfolgt mittels einer MEMS-Technologie mit einem hohen Aspektverhältnis im einkristallinen, anisotropen Silizium. Das Design ist so gestaltet, dass für jedes Sensorelement dieses Arrays bei gleichbleibenden mechanischen und elektrischen Sensoreigenschaften beliebige Messrichtungen realisierbar sind. Die messtechnische Charakterisierung der Sensorarrays und die Signalauswertung werden ausführlich beschrieben. Für die Signalauswertung der kapazitiv arbeitenden Sensorelemente wird ein angepasstes Trägerfrequenzmessverfahren entwickelt. Die Sensorarrays arbeiten mittels eines digitalen Reglers in einem geschlossenen Regelkreis. Die Verbesserungen des Messsignals durch die redundante Anordnung werden aufgezeigt.

Die Anwender von Reinigungstechnik stehen vor ständig neuen und wachsenden Herausforderungen. Steigende Qualitätsansprüche und zunehmender Kostendruck verlangen ein sicheres Beherrschen der Reinigungsprozesse und deren Steuerung für stabile Sauberkeit. Der folgende Tagungsbeitrag beschäftigt sich mit diesem Thema.

In dieser Arbeit wird ein durch eine passive Matrix angesteuertes Sensorarray vorgestellt. Das Sensorarray besteht aus zwei parallel zueinander angeordneten Leiterplatten mit jeweils vier Leiterbahnen, die als Arbeits- und Gegenelektroden verwendet werden. Die Leiterbahnen kreuzen sich in einem Winkel von 90°, wobei an jedem Kreuzungspunkt ein Sensorelement gebildet wird. Ein selektives Auslesen der Sensorelemente wird durch eine mechanische oder auf Kapillarkräften basierenden Unterteilung des Elektrolyten sowie eine spezielle elektrotechnische Auslesemethode erreicht. Durch die Verwendung einer aus Preußisch Blau bestehenden kombinierten Gegen- und Referenzelektrode können in dem Zwei Elektrodensystem Bedingungen, die denen eines Drei Elektrodensystems sehr nahe kommen, realisiert werden.Mit diesem einfach aufzubauenden Sensorarray konnte die Lücke zwischen den, in der Größe limitierten Sensoren mit Einzeladressierung und den wesentlich aufwändigeren, aber eine hohe Packungsdichte aufweisenden CMOS Sensoren geschlossen werden. Die Funktionalität dieses Sensorarrays wurde anhand von zwei unterschiedlichen Anwendungsbeispielen aus dem Bereich der Kombinatorischen Chemie unter Beweis gestellt.

With regard to the space field, the number of the sensors has grown for a middle-sized spacecraft from more than 500 at the beginning of the twenty-first century [1] to several thousands for nowadays applications. Meanwhile, Reusable Launch Vehicles (RLVs) moved their steps from demonstrators to commercial working systems. As a result, Health Monitoring (HM) is conquered its own space in the field and sensors are the primary elements required for implementing a monitoring unit. The innovative concept of reusable rockets requires, from the point of view of HM implementation, not only the evaluation of the vehicle health status but also the prediction of the reusability of the individual subsystems w.r.t. the next launch cycle. Therefore, the goal of this work is divided in two parts. The former is to identify the most critical points for the development of reusable rockets, focusing on theoretical working conditions and analysis or failures. The latter is to discuss the sensing units useful for addressing the defined points, describing the possible innovative approaches for sensing the system conditions. Among them, piezoelectric units, fiber optics, imaging units, and conductive layers can be identified for enhancing the comprehension of the system working conditions.