Shungite is a carbonaceous rock which is abundant in Karelia (Russian Federation). Large deposits of shungite with low levels of carbon (approx. 10% C) are also found in Kazakhstan, where it is mined under the trade name Taurit (Koksu Mining Company). Although Taurit has been reported to be used as an adsorbent for hazardous compounds in water treatment, there is very little precise data about its adsorption capacity or the compounds adsorbed. In this study, the ability of Taurit to adsorb Zn(II) was investigated and Freundlich isotherms were determined for both distilled water and tap water. Taurit was found to have a high buffer capacity leading to pH values > 7.0 in aqueous solution. Because dissolved zinc precipitates as Zn(OH)2 under alkaline conditions, the pH must be carefully controlled and kept ≤7.0. Despite the small inner surface area (BET) of Taurit (13.4 m2 g−1), Freundlich coefficients for distilled water (Kf = 2.4, n = 4.0) and tap water (Kf = 1.5, n = 2.5) were similar to other adsorbents. Our results indicate that Taurit could provide a cheap alternative to activated carbon since both substances have a similar adsorption capacity (at least for Zn(II)).

Cette these concerne la geometrie de la correspondance de Langlands p-adique. On donne la formalisation des methodes de Emerton, qui permettrait d'etablir la conjecture de Fontaine-Mazur dans le cas general des groupes unitaires. Puis, on verifie que ce formalism est satisfait dans la cas de U(3) ou on utilise la construction de Breuil-Herzig pour la correspondence p-adique. De point de vue local, on commence l'etude de cohomologie modulo p et p-adiques de tour de Lubin-Tate pour GL_2(Q_p). En particulier, on demontre que on peut retrouver la correspondence de Langlands p-adique dans la cohomologie completee de tour de Lubin-Tate. / This thesis concerns the geometry behind the p-adic local Langlands correspondence. We give a formalism of methods of Emerton, which would permit to establish the Fontaine-Mazur conjecture in the general case for unitary groups. Then, we verify that our formalism works well in the case of U(3) where we use the construction of Breuil-Herzig as the input for the p-adic correspondence.From the local viewpoint, we start a study of the modulo p and p-adic cohomology of the Lubin-Tate tower for GL_2(Q_p). In particular, we show that we can find the local p-adic Langlands correspondence in the completed cohomology of the Lubin-Tate tower.

Shungite is a carbonaceous rock which is abundant in Karelia (Russian Federation). Large deposits of shungite with low levels of carbon (approx. 10% C) are also found in Kazakhstan, where it is mined under the trade name Taurit (Koksu Mining Company). Although Taurit has been reported to be used as an adsorbent for hazardous compounds in water treatment, there is very little precise data about its adsorption capacity or the compounds adsorbed. In this study, the ability of Taurit to adsorb Zn(II) was investigated and Freundlich isotherms were determined for both distilled water and tap water. Taurit was found to have a high buffer capacity leading to pH values > 7.0 in aqueous solution. Because dissolved zinc precipitates as Zn(OH)2 under alkaline conditions, the pH must be carefully controlled and kept ≤7.0. Despite the small inner surface area (BET) of Taurit (13.4 m2 g−1), Freundlich coefficients for distilled water (Kf = 2.4, n = 4.0) and tap water (Kf = 1.5, n = 2.5) were similar to other adsorbents. Our results indicate that Taurit could provide a cheap alternative to activated carbon since both substances have a similar adsorption capacity (at least for Zn(II)).

Subklinische entzündliche Veränderungen des Endometriums können nur durch die histopathologische Untersuchung eines Bioptates diagnostiziert werden und sind von besonderer Bedeutung bei Fertilitätsstörungen. Die nicht-eitrige (NE) Endometritis ist gekennzeichnet durch eine Infiltration des Endometriums mit Lymphozyten, Plasmazellen und/oder Makrophagen. Die genaue Pathogenese ist unklar. Die immunhistologische Phänotypisierung dieser Zell-(sub-)populationen kann möglicherweise pathogenetische Hinweise geben. Der immunhistologische Nachweis equiner Immunzellen ist jedoch fast ausschließlich an Gefrierschnitten etabliert. Dies ist für die Routinediagnostik ungeeignet. Demzufolge ergaben sich die folgenden Ziele: 1. Eine alternative Methode zur Gewebsfixierung zu etablieren, die in der Routinediagnostik praktikabel einsetzbar ist, die einen guten Strukturerhalt, eine geeignete Anfärbbarkeit und ideale Auswertbarkeit gewährleistet sowie umfangreiche immunhistochemische Untersuchungen ermöglicht; 2. Die immunhistochemische Phänotypisierung von Lymphozyten- und Makrophagen-(sub-)populationen an fixierten equinen Gewebeproben zu entwickeln; 3. Eine semiquantitative Bestimmung der endometrialen Entzündungszellen ohne und mit einer NE Endometritis durchzuführen. Tiere, Material & Methoden: Gewebeproben (Lymphknoten als Referenzgewebe und endometriales Gewebe) wurden von 5 Stuten im Rahmen der Sektion entnommen, in Formalin (F), HOPE® (H) oder IHC Zinc Fixative (Z) fixiert und zusätzlich als natives Gefriermaterial aufgearbeitet. Es erfolgte eine vergleichende Beurteilung der Gewebemorphologie, des Färbeverhaltens und der Artefakte am equinen Endometrium in HE gefärbten Gefrierschnitten bzw. im fixierten, Paraffin-eingebetteten Material (F, H und Z). Equine Lymphknoten dienten als Referenzgewebe für die immunhistochemische Etablierung der Lymphozytenmarker (anti-CD3, -CD4, -CD8) an Gefrierschnitten und am fixierten, Paraffin-eingebetteten Material (F, H und Z). F- und Z-fixiertes Referenzgewebe (Leber, Dünndarm, Darmlymphknoten) von 4 Stuten wurde für die Etablierung der Makrophagenmarker (anti-CD172a, -CD14, -CD206) verwendet. Die Immunreaktionen der Primärantikörper wurden verglichen. Als Resultat aus den vergleichenden Analysen wurde die Z-Fixierung als effektivste alternative Fixierungsmethode ausgewählt. Im abschließenden Teil der Untersuchungen wurden 28 Z-fixierte Endometriumbioptate hinsichtlich der Entzündungszellen semiquantitativ ausgewertet. 4 Stuten zeigten keine Entzündungsreaktion und dienten als Kontrolle. 24 Stuten wiesen eine oberflächliche NE Endometritis auf. Die Anzahl CD3+, CD4+, CD8+, CD20+, CD172a+, CD14+ und CD206+ Zellen sowie die Anzahl von Plasmazellen mittels Methylgrün-Pyronin-Färbung wurde an Serienschnitten in 5 zufällig ausgewählten Gesichtsfeldern (400x) jeweils für das Stratum compactum, Stratum spongiosum und das luminale sowie glanduläre Epithel erhoben. Ergebnisse: 1. Die Z-Fixierung zeigt mit der F-Fixierung vergleichbare, exzellente Eigenschaften hinsichtlich des Strukturerhalts, der Anfärbbarkeit und Auswertbarkeit. Sie übersteigt insgesamt die Eigenschaften der H-Fixierung: die Z-Fixierung erweist sich einfacher in der Anwendung und zeigt eine geringere Artefaktbildung. 2. Die immunhistochemische Charakterisierung von T- und B-Lymphozyten, Helfer-T-Lymphozyten sowie zytotoxischen T-Lymphozyten und Makrophagenpopulationen sowie der Nachweis von Plasmazellen mittels Methylgrün-Pyronin-Färbung an Z-fixierten equinen Gewebeproben ist möglich. 3. Im entzündlich veränderten Endometrium sind mehr CD3+, CD4+, CD8+, CD20+, CD172a+, CD206+ Zellen sowie Plasmazellen nachweisbar als in unveränderten Gewebeproben bezogen auf das Stratum compactum und Stratum spongiosum. Die durchschnittliche Anzahl CD3+ Zellen ist im Stratum compactum NE Endometritiden knapp 3x höher als im unveränderten Endometrium. Wenige CD20+ B-Zellen und CD172a+ Makrophagen sowie eine unterschiedliche Anzahl an Plasmazellen sind innerhalb des Stratum compactum entzündlich veränderter Endometrien nachweisbar. Es existieren große individuelle Unterschiede in der Anzahl CD4+ und CD8+ T-Zellen in Endometrien ohne sowie mit einer Entzündung. Schlussfolgerungen: Eine Integration der Z-Fixierung in die Routinediagnostik mit zusätzlichen Anwendungsmöglichkeiten ist problemlos möglich. Die immunhistochemische Entzündungszelldifferenzierung im Endometrium der Stute kann an fixierten equinen Endometriumbioptaten durchgeführt werden und bietet darüber hinaus die Möglichkeit, diese Methode an anderen equinen Organen anzuwenden. Die Ergebnisse der semiquantitiven Auswertung deuten auf das mögliche Vorliegen unterschiedlicher Formen der nicht-eitrigen Entzündung hin. Das etablierte Verfahren gibt möglicherweise nähere Hinweise auf immunologische Konstellationen, die das Auftreten einer nicht-eitrigen Endometritis begünstigen.:INHALTSVERZEICHNIS I ABKÜRZUNGSVERZEICHNIS II 1 EINLEITUNG 1 2 LITERATURÜBERSICHT 2 2.1 Das Endometrium der Stute 2 2.1.1 Endometritiden 4 2.1.1.1 Eitrige Endometritis 4 2.1.1.2 Nicht-eitrige Endometritis 5 2.1.1.3 Sonderformen 6 2.1.2 Resistant und susceptible mares 8 2.1.3 Entzündungszelltypisierung im Endometrium der Stute 10 2.1.4 Diagnostische Bedeutung des Endometriumbioptates 13 2.2 Immunologie 14 2.2.1 T-Lymphozyten 14 2.2.2 B-Lymphozyten 17 2.2.3 Makrophagen 18 2.2.4 Immunhistochemische Charakterisierung von equinen Entzündungszellen 21 2.3 Fixierungsmethoden 24 2.4 Fazit aus der Literatur bezüglich der Fragestellung dieser Arbeit 26 3 PUBLIKATIONEN 28 3.1 Publikation 1 inkl. Stellungnahme zum Eigenanteil 28 3.2 Publikation 2 inkl. Stellungnahme zum Eigenanteil 39 4 DISKUSSION 53 4.1 Etablierung alternativer Methoden zur Gewebefixierung 54 4.2 Immunhistochemische Detektion von Immunzell- (sub-)populationen 59 4.3 Erkenntnisse im Hinblick auf die Pathogenese nicht-eitriger Endometritiden 60 5 ZUSAMMENFASSUNG 63 6 SUMMARY 65 7 LITERATURVERZEICHNIS 67 8 DANKSAGUNG 81 / Clinically unapparent inflammatory alterations of the equine endometrium can only be diagnosed by the histopathological examination of a biopsy and are the main cause of subfertility in mares. The non-suppurative endometritis is characterised by infiltration of the endometrium with lymphocytes, plasma cells and/or macrophages. So far, the cause and pathogenesis of non-suppurative endometritis are unclear. The subclassification of the immune cell populations involved will likely provide important information on the etiology and pathogenesis of this disease. Available antibodies are often established exclusively for immunohistochemistry on cryostat sections of native frozen equine tissue. However, this method is impractical for the routine diagnostic work-up. The aim of the present study was: 1. To reveal the method most suitable for a routine diagnostic work-up in combination with proper tissue preservation, staining results as well as histological and immunohistochemical analysis; 2. To establish an immunohistochemical method for the detection of lymphocytes and macrophages including their subpopulations in fixed equine tissue samples; 3. To characterize the immune cell populations in fixed endometria of mares without and with non-suppurative endometritis. Material & methods: Equine endometrial tissue and intestinal lymph node were obtained from five mares during post mortem examination and were either fixed in formalin, HOPE® or IHC Zinc Fixative. Aditionally snap frozen tissue samples were processed for cryostat sectioning. HE stained cryostat sections and fixed paraffin embedded tissue samples (formalin, HOPE®, IHC Zinc Fixative) of the equine endometrium were analysed regarding tissue preservation, staining results and artefacts. To establish lymphocyte markers (anti-CD3, anti-CD4 and anti-CD8) immunohistochemically on cryostat sections and fixed paraffin embedded tissue samples (formalin, HOPE®, IHC Zinc Fixative) equine lymph node was used as reference. Formalin fixed and zinc fixed tissue samples with macrophage populations (liver, small intestine, intestinal lymph node) from four mares were used for the immunohistochemical establishment of the macrophage markers (anti-CD172a, anti-CD14, anti-CD206). The immunoreactivity of the primary antibodies was compared. The results of the comparative analysis revealed the most suitable alternative fixation method (zinc fixation). Finally, 28 zinc fixed endometrial biopsies were evaluated semiquantitatively with regard to the numbers of CD3+, CD4+, CD8+, CD20+ lymphocytes, CD172+, CD14+, CD206+ macrophages as well as plasma cells. Four mares had no evidence of endometritis and represent the control group. The remaining 24 mares showed a mild superficial non-suppurative endometritis. The comparative analysis was performed in serial sections within five randomly selected high power fields (400x). Positive cells were counted separately within the luminal and glandular epithelium, the stratum compactum and the stratum spongiosum. Results: 1. The zinc fixation provides excellent staining results, tissue preservation and allows histological and immunohistochemical analysis. It has even some advantages compared to the HOPE® fixation regarding the routine diagnostic work-up. The zinc fixation produces less artefacts. 2. The zinc fixation allows the immunohistochemical detection of all applied T- and B-lymphocyte-, helper- and cytotoxic-T-cell- and macrophage-markers and the histochemical detection of plasma cells (methyl green-pyronin stain) within equine fixed tissue. 3. Endometria with non-suppurative endometritis have higher numbers of CD3+, CD4+, CD8+, CD20+, CD172a+, CD206+ as well as plasma cells within the stratum compactum and stratum spongiosum than endometria without inflammation. The average cell count of CD3+ lymphocytes within the stratum compactum was approximately 3 x higher within inflamed endometria than this value obtained from endometria without endometritis. Few CD20+ B cells and CD172+ macrophages as well as variable numbers of plasma cells could be detected within the stratum compactum of mares with non-suppurative endometritis. Endometria with and without inflammation showed marked differences in the numbers of CD4+ and CD8+ T cells. Conclusion: The zinc fixation can be easily incoorporated into the routine diagnostic work-up and offers additional application possibilities. Immunohistochemical phenotyping of immune cells in the equine endometrium can be performed on fixed endometrial biopsies of the mare. Furthermore, a widespread applicability is possible, e. g. on other equine organs. These findings suggest the existence of different forms of non-suppurative endometritis. The established method will likely assist to reveal possible etiologies and predisposing conditions for non-suppurative endometritis.:INHALTSVERZEICHNIS I ABKÜRZUNGSVERZEICHNIS II 1 EINLEITUNG 1 2 LITERATURÜBERSICHT 2 2.1 Das Endometrium der Stute 2 2.1.1 Endometritiden 4 2.1.1.1 Eitrige Endometritis 4 2.1.1.2 Nicht-eitrige Endometritis 5 2.1.1.3 Sonderformen 6 2.1.2 Resistant und susceptible mares 8 2.1.3 Entzündungszelltypisierung im Endometrium der Stute 10 2.1.4 Diagnostische Bedeutung des Endometriumbioptates 13 2.2 Immunologie 14 2.2.1 T-Lymphozyten 14 2.2.2 B-Lymphozyten 17 2.2.3 Makrophagen 18 2.2.4 Immunhistochemische Charakterisierung von equinen Entzündungszellen 21 2.3 Fixierungsmethoden 24 2.4 Fazit aus der Literatur bezüglich der Fragestellung dieser Arbeit 26 3 PUBLIKATIONEN 28 3.1 Publikation 1 inkl. Stellungnahme zum Eigenanteil 28 3.2 Publikation 2 inkl. Stellungnahme zum Eigenanteil 39 4 DISKUSSION 53 4.1 Etablierung alternativer Methoden zur Gewebefixierung 54 4.2 Immunhistochemische Detektion von Immunzell- (sub-)populationen 59 4.3 Erkenntnisse im Hinblick auf die Pathogenese nicht-eitriger Endometritiden 60 5 ZUSAMMENFASSUNG 63 6 SUMMARY 65 7 LITERATURVERZEICHNIS 67 8 DANKSAGUNG 81

Im ersten Teil der vorliegenden Arbeit werden die physikalischen Eigenschaften, insbesondere die elektrische Leitfähigkeit, von Zink-Zinn-Oxid Dünnschichten sowie darauf basierenden Schottky-Dioden in Abhängigkeit von der Kationenkomposition bestimmt. Zur Herstellung dieser Dünnschichten wurde ein Verfahren genutzt, welches die Herstellung von kontinuierlichen Kompositiongradienten im Rahmen eines gepulsten Laserabscheidungsprozesses bei Raumtemperatur ermöglicht. Erster Schwerpunkt der Diskussion ist die Abhängigkeit elektrischer Eigenschaften der Dünnschichten sowie die Diodeneigenschaften vom Kationenverhältnis. Des Weiteren wird die Langzeitstabilität der Schottky-Dioden und der Einfluss der Sauerstoffzufuhr während der Kontaktherstellung auf die Eigenschaften der Schottky-Dioden herausgestellt. DieErgebnissetiefenaufgelösterRöntgenphotoelektronenspektroskopiewerden diskutiert und ein Mechanismus, welcher zu einer Verbesserung der Schottky-Dioden über die Zeit führt, wird vorgestellt. Die Erkenntnisse über die optimale Kationenkomposition und den Einfluss des Sauerstoffs auf die Eigenschaften von Schottky-Dioden wurden genutzt, um Metall-Halbleiter-Feldeffekttransistoren herzustellen, welche im zweiten Teil der vorliegenden Arbeit beschrieben werden. In einem ersten Schritt wurden hierfür die Abscheidebedingungen in der Sputterkammer optimiert und eine neue Abscheiderezeptur für die Herstellung von Feldeffekttransistoren eingeführt. Auch hier finden alle Abscheidungen bei Raumtemperatur statt. Die Abscheidung mittels Sputtern wurde gewählt, da diese Abscheidemethode größere industrielle Relevanz als die gepulste Laserabscheidung hat. Metall-Halbleiter-Feldeffekttransistoren mit zwei verschiedenen Gate-Typen werden vorgestellt und jeweils der Einfluss der Kanalschichtdicke auf die Transistoreigenschaften untersucht. Der Einfluss des durch die Herstellung erzeugten Sauerstoffreservoirs in dem Schottky-Gate Kontakt auf die Eigenschaften der Feldeffekttransistoren wird ebenso gezeigt wie der Einfluss eines thermischen Ausheizprozesses auf die Schaltgeschwindigkeit der Feldeffekttransistoren. Außerdem werden einfache Inverter, welche auf zwei gleichartigen Feldeffekttransistoren basieren, vorgestellt. Ebenfalls werden SchottkyDioden Feldeffekttransistoren Logik basierte Inverter vorgestellt und charakterisiert. AbschließendwerdenRingoszillatoren,aufgebautausmehrereninReihegeschaltetenSchottkyDiodenFeldeffekttransistorenLogikbasiertenInverternvorgestellt. DerEinflussderKanalschichtdicke und der Gate-Geometrie auf die Oszillationsfrequenz wird diskutiert.:Contents 1 Introduction 2 Theoretical Descriptions 2.1 The Amorphous Semiconductor Zinc Tin Oxide 2.2 Schottky Barrier Diodes 2.3 Field-Effect Transistors 2.4 Inverter 2.5 Inverter Chain and Ring Oscillator 3 Methods 3.1 Growth and Structuring Techniques 3.1.1 Pulsed Laser Deposition 3.1.2 Sputtering Deposition 3.1.3 Photolithography 3.2 Characterization Techniques 3.2.1 Hall Effect Measurements 3.2.2 XRD and XRR Measurements 3.2.3 Static and Dynamic Current-Voltage Measurements 3.2.4 Further Characterization Techniques 4 Physical Properties of Amorphous Zinc Tin Oxide 4.1 Characterization of Pulsed Laser Deposited Zinc Tin Oxide Thin Films Having a Continuous Composition Spread 4.2 Properties of Schottky Barrier Diodes in Dependence on the Cation Composition 4.3 Long Term Stability of Schottky Barrier Diodes 4.4 ImportantRoleofOxygenfortheFormationofHighlyRectifyingContacts 4.5 Processes Governing the Long Term Stability 5 Demonstration and Characterization of Zinc Tin Oxide Based Devices 5.1 Implementation of a New Sputtering Recipe 5.1.1 CharacterizationandElectricalOptimizationoftheZincTinOxide Thin Films .1.2 Optimization of the Gate Contact 5.2 Devices with PtOx/Pt Gate Contact 5.2.1 Variation of the Channel Thickness 5.2.2 Influence of the Oxygen Reservoir on the Performance and Long Term Stability of Devices 5.2.3 Tuning of the Electron Mobility 5.2.4 Frequency Dependent Switching of Transistors 5.3 Devices with i-ZTO/PtOx/Pt Gate Contact 5.3.1 Transistors with Varying Channel Thickness 5.3.2 Simple Inverter 5.3.3 SDFL Inverter 5.3.4 Inverter Chain 5.3.5 Ring Oscillators 5.4 Comparison to Literature 6 Summary and Outlook Abbreviations List of Symbols Bibliography List of Own and Contributed Articles Appendix / In the first part of the present work the physical properties, especially the electrical properties, of zinc tin oxide thin films as well as Schottky diodes based thereon are determined as a function of the cation composition. For film growth, a room temperature pulsed laser deposition process was used, which allows the realization of a continuous composition gradient within one sample. First focus of the discussion is the dependence of electrical properties of thin films as well as diode properties on the cation ratio. Furthermore, the long-term stability of the Schottky diodes and the influence of the oxygen supply during contact fabrication on the properties of the Schottky diodes are highlighted. The results of depth-resolved Xray photoelectron spectroscopy measurements are discussed and a mechanism leading to an improvement of the Schottky diodes over time is elucidated. The findings on the optimal cation composition and the influence of oxygen on the properties of Schottky diodes were used to produce metal-semiconductor field-effect transistors, which are described in the second part of this thesis. In a first step, the deposition conditions in the sputter chamber were optimized and a new deposition recipe for the fabrication of field effect transistors was developed. Here, too, all depositions take place at room temperature. Sputter deposition was chosen because this deposition method has greater industrial relevance than pulsed laser deposition. Metal-semiconductor field-effect-transistors with two different gate types are presented and the influence of the channel layer thickness on the transistor properties is investigated. The influence of the oxygen reservoir in the Schottky gate contact on the properties of the field-effect-transistors is shown as well as the influence of a thermal annealing process on the switching speed of the field-effect-transistors. In addition, simple inverters based on two identical field-effect-transistors are demonstrated. Also Schottky diode field-effect-transistor logic based inverters are presented and characterized. Finally, ring oscillators consisting of several series-connected Schottky diode field-effecttransistor logic based inverters are presented. The influence of channel layer thickness and gate geometry on the oscillation frequency is discussed.:Contents 1 Introduction 2 Theoretical Descriptions 2.1 The Amorphous Semiconductor Zinc Tin Oxide 2.2 Schottky Barrier Diodes 2.3 Field-Effect Transistors 2.4 Inverter 2.5 Inverter Chain and Ring Oscillator 3 Methods 3.1 Growth and Structuring Techniques 3.1.1 Pulsed Laser Deposition 3.1.2 Sputtering Deposition 3.1.3 Photolithography 3.2 Characterization Techniques 3.2.1 Hall Effect Measurements 3.2.2 XRD and XRR Measurements 3.2.3 Static and Dynamic Current-Voltage Measurements 3.2.4 Further Characterization Techniques 4 Physical Properties of Amorphous Zinc Tin Oxide 4.1 Characterization of Pulsed Laser Deposited Zinc Tin Oxide Thin Films Having a Continuous Composition Spread 4.2 Properties of Schottky Barrier Diodes in Dependence on the Cation Composition 4.3 Long Term Stability of Schottky Barrier Diodes 4.4 ImportantRoleofOxygenfortheFormationofHighlyRectifyingContacts 4.5 Processes Governing the Long Term Stability 5 Demonstration and Characterization of Zinc Tin Oxide Based Devices 5.1 Implementation of a New Sputtering Recipe 5.1.1 CharacterizationandElectricalOptimizationoftheZincTinOxide Thin Films .1.2 Optimization of the Gate Contact 5.2 Devices with PtOx/Pt Gate Contact 5.2.1 Variation of the Channel Thickness 5.2.2 Influence of the Oxygen Reservoir on the Performance and Long Term Stability of Devices 5.2.3 Tuning of the Electron Mobility 5.2.4 Frequency Dependent Switching of Transistors 5.3 Devices with i-ZTO/PtOx/Pt Gate Contact 5.3.1 Transistors with Varying Channel Thickness 5.3.2 Simple Inverter 5.3.3 SDFL Inverter 5.3.4 Inverter Chain 5.3.5 Ring Oscillators 5.4 Comparison to Literature 6 Summary and Outlook Abbreviations List of Symbols Bibliography List of Own and Contributed Articles Appendix

Solid state lighting is a new environmentally friendly light source. So far, light emitting diodes (LEDs) and organic LEDs (OLEDs) have been presented as candidates with potentially high efficiency. Recent advances of OLEDs in device architecture, light-out coupling, and materials have ensured high efficiency, exceeding that of incandescent light bulbs. In contrast to conventional point source LEDs, OLEDs distribute light throughout the surface area and are not restricted by their size. Additionally, OLEDs are expected to reach sufficient stability in the near future. The remaining challenge for OLEDs is their cost. New OLED technologies provide cost effective manufacturing methods which could be presented for transparent electrode materials because indium tin oxide (ITO), a widely used material as a transparent electrode for OLEDs, is less than optimal due to its high element price. In this work, alternative transparent electrodes for OLEDs as a replacement of ITO were studied. First, Al doped ZnO (ZnO:Al) which is composed of abundant materials was investigated with DC magnetron sputtering under a wide range of experimental conditions. The optimised ZnO:Al received comparable performance with conventional ITO films, low sheet resistance of 22.8 Ω/sq as well as a high transparency of 93.1 % (average value in the visible range). Various type of p-i-n OLEDs were employed on the structured ZnO:Al using photolithography. Green OLEDs with double emission layers have been archived stable efficiencies even at higher luminance. Also, OLEDs using two fluorescent colour system on ZnO:Al anode showed a purely white emission. It has been found that the OLEDs on ZnO:Al anode has comparable or better device efficiencies and operational lifetime compared to OLEDs on conventional ITO anode. As another alternative electrode, the conductive polymer Baytron®PH510 (PEDOT:PSS) was investigated. Due to a relatively high sheet resistance of PEDOT:PSS, metal grid was designed for large size OLEDs. White OLEDs on PEDOT anode with a size of 5 × 5 cm2 have achieved more than 10 lm/W of power efficiency using a scattering foil. Furthermore, up-scaled devices on 10 × 10 cm2 were also demonstrated. These results showed ZnO:Al and PEDOT are suitable for OLEDs as anode and have high potential as alternative transparent electrode materials.

The present thesis addresses a sustainable approach to mechanically flexible and transparent electronic devices based on the amorphous oxide semiconductor zinc tin oxide (ZTO) as abundant and low-cost alternative to already industrially established materials such as amorphous indium gallium zinc oxide. ZTO thin films are deposited by radio frequency long-throw magnetron sputtering at room temperature to generally enable the implementation of common photolithography processes and further facilitate patterning of digital circuit elements on thermally unstable organic substrates. Starting with the most basic device building blocks of integrated circuitry, various types of field-effect transistors are fabricated by implementation of amorphous ZTO as active channel material. Metal-semiconductor field-effect transistors and pn heterodiode based junctions field-effect transistors as well as conventional metal-insulatorsemiconductor field-effect transistors are then compared regarding their electrical performance and long-term stability over a couple of months. A decisive step toward the successful interconnection of fundamental digital circuit elements, such as previously demonstrated simple inverters, is to ensure sufficient output level compatibility between the signals of associated logic components. Accordingly, the Schottky diode field-effect transistor logic approach is adapted for amorphous ZTO based devices in order to facilitate cascading of multiple inverters consisting of unipolar devices. Field-effect transistor properties as well as the circuit design have been continuously improved to enhance the overall performance in terms of functionality and low-voltage operation. Corresponding logic inverters are finally integrated in ring oscillator circuits to gain insights into the dynamic properties of digital circuit building blocks based on amorphous ZTO. Ultimately, ZTO has been fabricated on mechanically flexible polyimide substrates to determine the elastic and electrical properties of amorphous ZTO thin films in dependence on external tensile and compressive stress induced by mechanical bending. Further, associated flexible metal-semiconductor field-effect transistor are investigated regarding their performance stability under tensile strain. / Die vorliegende Arbeit umfasst die Herstellung und Charakterisierung aktiver elektrischer Bauelemente und integrierter Schaltkreise auf Basis des amorphen Oxidhalbleiters Zink-Zinnoxid (ZTO). Als vielversprechende nachhaltige und kostengünstigere Alternative zu dem bereits industriell etablierten Halbleiter Indium-Gallium-Zinkoxid wird insbesondere die Eignung von ZTO in optisch transparenter sowie mechanisch flexibler Elektronik untersucht. Um entsprechend Kompatibilität mit thermisch instabilen organischen Substraten sowie herkömmlichen Fotolithografieverfahren zu gewährleisten, beschränkt sich die Züchtung von ZTO-Dünnfilmen mittels Hochfrequenz-Magnetron-Distanzkathodenzerstäubung ausschließlich auf Herstellungsprozesse bei Raumtemperatur. Zunächst wird auf die Umsetzung verschiedener Feldeffekttransistor-Typen auf Basis amorphen ZTOs eingegangen, welche elektrisch charakterisiert und schließlich vor dem Hintergrund der Anwendung in integrierten Schaltkreisen vergleichend gegenübergestellt werden. Neben konventionellen Metall-Isolator-Halbleiterstrukturen wird vor allem näher auf Metall-Halbleiter-Feldeffekttransistoren sowie Sperrschicht-Feldeffekttransistoren auf der Grundlage von pn-Heteroübergängen eingegangen, da diese hauptsächlich in Bereichen hoher geforderter Schaltfrequenzen zum Einsatz kommen. Da integrierte Schaltkreise auf Basis unipolarer Feldeffekttransistoren eines Ladungsträgertyps inkonsistente Signaleingangs- sowie -ausgangspegel aufweisen, wird die Schottky- Dioden-Transistorlogik adaptiert, um entsprechend die Verknüpfung mehrerer Logikgatter auf Basis amorphen ZTOs zu gewährleisten. Durch geeignete Signalrückkopplung werden komplexere Schaltungen wie Ringoszillatoren realisiert, welche anhand von Laufzeitanalysen Aufschluss über die Schaltgeschwindigkeit ZTO basierter Feldeffekttransistoren geben. Abschließend werden amorphe ZTO-Dünnfilme auf flexiblen Polyimid-Substraten hergestellt und bezüglich der elastischen sowie elektrischen Eigenschaften in Abhängigkeit von exzessivem mechanischen Stress untersucht. Darüber hinaus werden flexible Metall-Halbleiter-Feldeffekttransistoren hinsichtlich ihrer Funktionalität und Stabilität gegenüber durch Biegeprozesse induzierte Verspannungen elektrisch charakterisiert.

Indium gilt als eines der strategischen Metalle für die Technologiebranche. Durch das schnelle Wachstum bei Flachbildschirmen aller Art besteht seit Jahren eine stark wachsende Nachfrage nach Indium. Es wurde ein neuartiger Ansatz der Biolaugung gewählt und innerhalb des BHMZ getestet, Die aus der Biolaugung resultierende Lösung enthielt vereinfacht 1 mg·L-1 Indium sowie jeweils 1 g·L-1 Zink und Eisen. Durch systematische Untersuchung von zahlreichen hydrometallurgischen Methoden zur Metallabtrennung wurde eine auf Flüssig-Flüssig-Extraktion basierte Methode entworfen und erprobt. Der Prozess ermöglicht eine Indiumanreicherung bis zum Indiumhydroxid in einer Reinheit von 99,99 %. Die Chemikalienkosten für diesen Prozess belaufen sich gegenwärtig, bezogen auf den Labormaßstab, auf 189,40 €·kg-1 Indium. Diese liegen unter dem aktuellen Marktpreis von Indium. Die bisherigen Ergebnisse belegen, dass in der Realisierung dieses Verfahrens im technischen Maßstab erhebliches wirtschaftliches Potential steckt.

Alcohol dehydrogenases (ADH) are important tools for generating chiral α-hydroxyketones. Previously, only the ADH of Thauera aromatica was known to convert cyclic α-diketones with appropriate preference. Here, we extend the spectrum of suitable enzymes by three alcohol dehydrogenases from Citrifermentans bemidjiense (CibADH), Deferrisoma camini (DecADH), and Thauera phenylacetica (ThpADH). Of these, DecADH is characterized by very high thermostability; CibADH and ThpADH convert α-halogenated cyclohexanones with increased activity. Otherwise, however, the substrate spectrum of all four ADHs is highly conserved. Structural considerations led to the conclusion that conversion of diketones requires not only the expansion of the active site into a large binding pocket, but also the circumferential modification of almost all amino acid residues that form the first shell of the binding pocket. The constellation appears to be overall highly specific for the relative positioning of the carbonyl functions and the size of the C-ring.

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