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A novel, non-volatile, organic capacitive memory device called p-i-n-metal-oxide-semiconductor (pinMOS) memory is demonstrated with multiple-bit storage that can be programmed and read out electrically and optically. The diode-based architecture simplifies the fabrication process, and makes further optimizations easy, and might even inspire new derived capacitive memory devices. Furthermore, this innovative pinMOS memory device features local charge up of an integrated capacitance rather than of an extra floating gate. Before the device can perform as desired, the leakage current due to the lateral charge up of the doped layers outside the active area needs to be suppressed. Therefore, in this thesis, lateral charging effects in organic light-emitting diodes (OLEDs) are studied first. By comparing the results from differently structured devices, the presence of centimeter-scale lateral current flows in the n-doped and p-doped layers is shown, which results in undesirable capacitance increases and thus extra leakage currents. Such lateral charging can be controlled via structuring the doped layers, leading to extremely low steady-state leakage currents in the OLED (here 10-7 mA/cm2 at -1 V). It is shown that these lateral currents can be utilized to extract the conductivity as well as the activation energy of each doped layer when modeled with an RC circuit model. Secondly, pinMOS memory devices that are based on the diode with structured doped layers are investigated. The memory behavior, which is demonstrated as capacitance switching for electrical signals, and light emission for optical signals, can be tuned either by the applied voltage or ultraviolet light illumination, respectively. The working mechanism is explained by the existence of quasi steady-states as well as the width variation of space charge zones. The pinMOS memory shows excellent repeatability, an endurance of more than 104 write-read-erase-read cycles, and currently already over 24 h retention tim, Es wird ein neuartiges, organisches kapazitives Speicherelement demonstriert, das p-i-n-Metalloxid-Halbleiter (pinMOS) Speicher genannt wird und eine Mehrfachbitspeicherung besitzt, die elektrisch und optisch programmiert und ausgelesen werden kann. Die auf einer Diode basierende Architektur vereinfacht den Herstellungsprozess sowie die weitere Optimierung und könnte sogar Inspiration für neue kapazitive Speichermedien sein. Darüber hinaus basiert dieses innovative pinMOS Speicherelement auf der lokalen Aufladung einer integrierten Kapazität und nicht auf einem zusätzlichem “Floating Gate”. Bevor das Speicherelement wie gewünscht funktioniert, muss der Leckstrom, der durch die laterale Aufladung der dotierten Schichten außerhalb des aktiven Bereichs verursacht wird, unterdrückt werden. Deshalb werden in dieser Arbeit zuerst die lateralen Aufladungseffekte in organischen Leuchtdioden (OLEDs) untersucht. Beim Vergleich verschiedener Device-Strukturen wird die Existenz von lateralen Stromflüssen im Zentimeterbereich in den n- und p-dotierten Schichten gezeigt, was zu einer unerwünschten erhöhten Kapazität und folglich einem höheren Leckstrom führt. Diese laterale Aufladung kann durch die Strukturierung der dotierten Schichten kontrolliert werden, was zu extrem geringen Gleichgewichtsleckströmen in den OLEDs (10-7 mA/cm2 bei -1 V) resultiert. Es wird auch gezeigt, dass die lateralen Ströme genutzt werden können um die spezifische Leitfähigkeit sowie die Aktivierungsenergie der einzelnen dotierten Schichten zu extrahieren, wenn diese mit einem RC-Modell modelliert werden. Im zweiten Teil werden pinMOS Speicherelemente, die auf der Diode mit strukturierten dotierten Schichten basieren, untersucht. Das Speicherverhalten, dass durch Kapazitätsschaltung für elektrische Signale und als Lichtemission für optische Signale gezeigt wird, kann entweder durch die angelegte Spannung, beziehungsweise durch die Belichtung mit ultraviolettem Licht eingestellt werden. Die Wirkungsweise

The millimeter wave (mmW) band, commonly referred to as the frequency band between 30 GHz and 300 GHz, is seen as a possible candidate to increase achievable rates for mobile applications due to the existence of free spectrum. However, the high path loss necessitates the use of highly directional antennas. Furthermore, impairments and power constraints make it difficult to provide full digital beamforming systems. In this thesis, we approach this problem by proposing effective beam alignment and beam tracking algorithms for low-complex analog beamforming (ABF) systems, showing their applicability by experimental demonstration. After taking a closer look at particular features of the mmW channel properties and introducing the beamforming as a spatial filter, we begin our investigations with the application of detection theory for the non-convex beam alignment problem. Based on an M-ary hypothesis test, we derive algorithms for defining the length of the training signal efficiently. Using the concept of black-box optimization algorithms, which allow optimization of non-convex algorithms, we propose a beam alignment algorithm for codebook-based ABF based systems, which is shown to reduce the training overhead significantly. As a low-complex alternative, we propose a two-staged gradient-based beam alignment algorithm that uses convex optimization strategies after finding a subregion of the beam alignment function in which the function can be regarded convex. This algorithm is implemented in a real-time prototype system and shows its superiority over the exhaustive search approach in simulations and experiments. Finally, we propose a beam tracking algorithm for supporting mobility. Experiments and comparisons with a ray-tracing channel model show that it can be used efficiently in line of sight (LoS) and non line of sight (NLoS) scenarios for walking-speed movements.

The subject of this thesis is the development of a hybrid-integrated scanning grating spectrometer based on a micro-opto-electro-mechanical device or a micro-opto-electromechanical system, respectively. Features of spectral measurement system to be emphasized are a miniaturized construction with the volume of about a sugar cube, a corresponding low mass and low power consumption. In contrast to comparable and currently available spectroscopic instruments with compact physical dimensions, the system offers advantages in terms of enhanced mobility, portability, energy efficency, feasibility for on-site analysis and sensor integration. Miniaturized spectroscopes can help to address new areas of application as well as improve already existing applications. Food analysis, medical care, environmental monitoring, qualtiy inspection, process control, generation of bioenergy as well as safety and security tasks are exemplary fields of application. Within these areas, organic compounds ubiquitously to our everyday life play an important role. The near-infrared spectral band, that is the measurement range of the hybrid-integrated grating spectrometer, is well suited for the detection as well as the qualitative and quantitative analysis of organic compounds. The system follows the construction of a Czerny-Turner grating monochromator that is characterized by a rotatable mounted diffraction grating as well as separated optics for collimation and refocusing. By the rotation of the dispersive element, the spectrum is scanned across the fixed detector and sampled time-discretely. In the case of the hybrid-integrated spectrometer, the grating is part of a micro-opto-mechanical system, with the size of about 50 mm², developed at the Fraunhofer IPMS. Additionally to the grating, the corresponding driving mechanism, the position detection for the deflection angle and two optical slits are part of this device, as well. Integrating several functional components into one structural elemen, Das Thema der vorliegenden Arbeit ist die Entwicklung eines hybrid-integrierten Gitterspektrometers basierend auf einem mikro-opto-elektro-mechanischen Bauelement. Auszeichnen soll sich das spektrale Messsystem durch einen miniaturisierten Aufbau mit dem Volumen eines Stück Würfelzuckers, einem dementsprechend geringen Gewicht und einer niedrigen Leistungsaufnahme. Im Vergleich zu bereits verfügbaren kompakten Spektralapparaten gleicher Funktionsweise ergeben sich Vorteile hinsichtlich Mobilität, Portabilität, Energieeffizienz, Anwendbarkeit in der Vor-Ort-Analytik und Sensorintegration. Mit miniaturisierten Spektrometern lassen sich neue Anwendungsgebiete adressieren und für bestehende Applikation bislang ungenutzte Entwicklungspotenziale erschließen. Exemplarische Einsatzfelder sind die Lebensmittelanalytik, Medizin- und Umweltmesstechnik, Qualitäts- und Prozesskontrolle, Bioenergiegewinnung sowie Sicherheitsanwendungen. In diesen Gebieten spielen die in unserem Alltag oft vorkommenden organischen Verbindungen eine wichtige Rolle. Zu ihrer qualitativen und quantitativen Analyse ist insbesondere der nahinfrarote Spektralbereich geeignet, in welchem das hybrid-integrierte Gitterspektrometer messen soll. Der Aufbau des Systems entspricht einem Czerny-Turner-Gittermonochromator, der durch ein drehbar gelagertes Beugungsgitter sowie eine getrennte Kollimations- und Refokussieroptik charakterisiert wird. Durch die Drehung des dispersiven Elementes verschiebt sich das Spektrum über einen ortsfesten Detektor, der die zeitdiskrete Abtastung durchführt. Im miniaturisierten Spektrometer ist das Gitter Teil eines am Fraunhofer IPMS hergestellten mikro-opto-elektro-mechanischen Bauelementes mit einer Fläche von nur 50 mm². In dieser Komponente sind neben dem dispersiven Element auch dessen Antrieb, die Positionsdetektion zum Bestimmen der Gitterauslenkung und zwei optische Spalte zusammengefasst. Die Strategie, mehrere Funktionskomponenten über geeignete Mikrofertigungstechnik

Die Ionenmobilitätsspektrometrie ermöglicht eine selektive Detektion von niedrigkonzentrierten Gasen in Luft. Darauf beruhende Analysegeräte können verhältnismäßig einfach umgesetzt werden und in vielfältigen mobilen Einsatzszenarien wie der Umweltanalytik Anwendung finden. Die vorliegende Dissertation gibt einen Überblick über die Grundlagen der Ionenmobilitätsspektrometrie und setzt die funktionellen Teilkomponenten Ionenfilter und Ionendetektor mit Mikrosystemtechniken um. Dafür werden Möglichkeiten aus dem Stand der Technik vorgestellt und eine für die Umsetzung optimale Variante identifiziert. Ein Ionenfilter basierend auf der Differenzionenmobilitätsspektrometrie zeigt diesbezüglich ein sehr geeignetes Skalierungsverhalten. Zur Integration in einen Demonstrator-Chip wird ein neuartiges Bauelementkonzept verfolgt, mit technologischen Vorversuchen untersetzt und erfolgreich in einen Gesamtherstellungsablauf überführt. Mit Hilfe von weiterführenden analytischen Untersuchungen werden spezifische Phänomene bei der elektrischen Kontaktierung der verwendeten BSOI-Wafer als Ausgangsmaterial hergeleitet und Empfehlungen zur Vermeidung gegeben. Der Funktionsnachweis der Teilkomponente Ionendetektor wird anhand von hergestellten Demonstrator-Chips und mit Hilfe eines entwickelten Versuchsaufbaus begonnen. Es werden die weiteren Schritte zum Nachweis der Gesamtfunktionalität abgeleitet und festgehalten. Auf Basis des umgesetzten Bauelement- und Technologiekonzepts und der vorliegenden Ergebnisse, wird das entwickelte und realisierte Gesamtkonzept als sehr aussichtsreich hinsichtlich der favorisierten Verwendung als Teilkomponente eines miniaturisierten Ionenmobilitätsspektrometers eingeschätzt.:1 Einleitung 1.1 Motivation und Zielstellung 1.2 Aufbau und Gliederung der Arbeit 2 Grundlagen zur Ionenmobilitätsspektrometrie 2.1 Grundprinzip der Ionenmobilitätsspektrometrie 2.2 Anwendungsfelder und Substanzen 2.3 Grundlagen der Ionenbewegung 2.4 Ionenquellen 2.4.1 Ionisation m

Diffraktive Mikrospiegelarrays sind eine seit Jahren etablierte innovative Lösung zur ortsaufgelösten Beleuchtungsmodulation im UV-Spektralbereich. Sie werden hauptsächlich als Schlüsselbauelement in mikrolithografischen Industrieanlagen eingesetzt. Gegenwärtige Untersuchungen befassen sich mit der Erweiterung der Technologie hin zu multispektralen Anwendungen, beispielsweise in der Mikroskopie zur strukturierten Objektausleuchtung. Aufgrund des diffraktiven Arbeitsprinzips mit Phasenmodulationen im Nanometerbereich sowie der Vielzahl von Einzelspiegeln mit individuellem Auslenkverhalten stellt die präzise Ansteuerung der Bauelemente eine wesentliche Herausforderung dar. In diesem Kontext steht die Entwicklung und Validierung eines Verfahrens im Fokus dieser Arbeit, das die Gesamtheit von mehreren Tausend oder auch Millionen Mikrospiegeln abhängig von gewünschtem Beleuchtungsmuster und -wellenlänge auf korrekte Kippwinkel einstellen kann. Der gewählte Ansatz liegt in einem Mess- und Korrekturverfahren aller Einzelspiegelverkippungen. Die als Kalibrierung bezeichnete Methode nutzt ein Weißlichtinterferometer zur profilometrischen Charakterisierung der elektro-mechanischen Übertragungsfunktionen der Aktuatoren, wodurch erstmalig auf diesem Themengebiet der multispektrale Bauelementeinsatz gewährleistet werden kann. Zentrales Ergebnis der Kalibrierroutine ist eine Reduzierung der Streuung der Spiegelverkippungen um einen Faktor größer fünf. Direkte Folge sind erheblich verbesserte optische Projektionsmuster, aufgenommen an einem parallel entwickelten optischen Lasermessplatz mit spektral verschiedenen Quellen. Nachgewiesen wurden im Vergleich zum unkalibrierten Ausgangszustand Kontrastverdoppelungen, Homogenitätssteigerungen und die Sicherstellung der Abbildung von mindestens 64 Graustufen. Die Ergebnisse dokumentieren einerseits die Leistungsfähigkeit von diffraktiven Mikrospiegelarrays in multispektralen Umgebungen mit sehr guten Abbildungseigenschaften. Gleichzeitig

Organic solar cells promise electricity generation at very low cost, and higher installation flexibility as compared to inorganic solar cells. The lower cost is achieved by cheaper semiconductors and easier manufacturing processes. The flexibility is naturally given by these ultra-thin, amorphous layers. Also the power conversion efficiency can be high enough for many applications. The organic molecules have to withstand the constant excitation by photons, transport of energy in form of excitons and charge. A small but significant amount of these photons has energy over the absorption gap, the excess of energy must be released without breaking the molecular bonds. In consequence, the solar cells can also heat up to temperatures at above 80°C. The objective of this work is to answer the question if the small molecules organic solar cells can be stable enough to operate under a very long time. The stability of organic doped layers in an organic solar cell is also addressed. This work starts with a general introduction followed by the description of the experimental procedures. The aging experiments of the solar cell were done with a self developed equipment. The fabrication of this equipment (a set of measurement boxes) was necessary to maintain the conditions, under which a solar cell can be aged, as constant as possible. The measurement boxes were used to control the electrical load of the cell, its temperature, the illumination intensity, and its electric connection to the IxV measurement equipment. A software package was also developed to control the equipment and to facilitate the work and visualization of the high volume of collected data. The model solar cells chosen for the aging experiments were donor-acceptor heterojunctions devices formed with the well-known materials C60 and ZnPc. Two basic different structures were analyzed, because they offered reasonable performance and potentially long lifetime: the flat heterojunction (FHJ) and the mixed heterojunctio

This dissertation concerns quasistatic torsional mirror's for optical applications. The intended main area of application is the use as switch in optical network's, replacing the conventional optical-electro-optical conversation. With these actuator's a new concept of electrostatic actuation has been realised. While the drive electrodes are integrated into the deflectable mirror, the whole counter electrode below the mirror plate remains at equal ground potential. The device is manufactured out of two parts using method's of silicon bulk mikro machining. A deflectable mirror plate, torsional spring's and the surrounding support structure are fabricated within the thin device layer at the top of BSOI material. The counter electrode is manufactured out of a highly doped silicon wafer. Both part's are assembled together by adhesive bonding at die level at the end. Since the driving potential is supplied to the mirror plate and the counter electrode is at ground level, lateral tolerances because of device assembly mismatches does not appear with the use of the new concept. In detail the mirror plate itself is divided into two seperate electrodes by a parallel arrangement of filled isolating trenches. The highly doped device layer provides electrical connection via the torsional spring's to the mirror electrodes. A quasistatic torsional actuation is performed if a dc-voltage is applied between one mirror side and the counter electrode. Several design's have been fabricated. The lateral dimension of the torsional mirror plate vary from 0,5 mm to 2,0 mm. The designed characteristic frequencies vary from 0,5 to 3 kHz. For quasistatic actuation the pull in angle vary from 1 to 5 degree and the pull in voltage goes up to several hundred volts. Accessorily the mirror plate is enclosed by a comb drive structure. So that the device could be used for low voltage resonant actuation or an capacitive position read out becomes feasible. Within this thesis the new concept has been ver

OLEDs have seen a strong growth in development in recent years, however up to 80% of emitted light may be lost within the OLED stack and in the substrate layers. This thesis investigates the effects of the layer stack on the OLED properties and also studies a number of approaches to substrate structuring and treatment in order to couple light from the devices.

Im Mittelpunkt der vorliegenden Dissertation stand die Herstellung von organischen Leuchtdioden und Passiv-Matrix-Displays an einer neuartigen Durchlauf-Depositionsanlage. Die Abscheidung von "small molecule" Materialien im Hochvakuum wurde dabei mittels organischer Molekularstrahldeposition (OMBD) durchgeführt. Um effiziente Leuchtdioden zu erzielen, sind die Bauelemente als Mehrschichtsystem aufgebracht worden. Als Grundstruktur kam eine Schichtenfolge zur Anwendung, die als Löchertransporter aus dem Starburst-Derivat 2-TNATA, daran anschließend einem tertiären Arylamin, dem elektronenblockierenden a-NPB sowie dem Oxinat-Komplex Alq3 besteht. Dabei diente das Aluminium-Oxinat als Elektronenleiter und Emissionsmaterial. Mit dem Quinacridon-Derivat QAD als Dotierstoff wurde außerdem eine OLED-Struktur mit Gast-Wirtsystem realisiert Eine kontrollierte und reproduzierbare Deposition der organischen Materialien ist eine unabdingbare Voraussetzung, um organische Leuchtdioden kommerziell als Mehrschichtbauelemente herstellen zu können. Dazu wurde ein Hochvakuumsystem der Firma Applied Films installiert und in Betrieb genommen. Die VES 400/13-Entwicklungsanlage ist als Vertical Evaporation and Sputtering Durchlaufsystem für bis zu 400 mm hohe Substrate mit 11 individuellen Prozesskammern sowie zwei daran anschließenden Stickstoffboxen konzipiert. Diese Technologie ermöglicht das Aufdampfen einer oder nacheinander mehrerer Schichten auf beliebiges Substratmaterial. Entsprechend den Erfordernissen sind wichtige Prozessparameter wie Depositionsrate, Transportgeschwindigkeit des Substrates sowie Filmdicke der funktionellen Schichten in einem weiten Bereich frei einstellbar. Neben einer ausgeglichenen Löcher- und Elektroneninjektion werden die Eigenschaften der hergestellten Leuchtdioden durch die Dicken der einzelnen Schichten, der Beweglichkeit der Ladungsträger in den verwendeten organischen Materialien sowie der energetischen Lage der höchsten besetzten u

MEMS (micro electro-mechanical systems) are often expected to take a development as microelectronics did in the last 35 years. Several devices are already established in mass markets like acceleration sensors, gyros, pressure sensors, ink jet heads and the DLP micromirror array. On the other hand many companies have stopped their business after the telecom bubble. Others are struggling. Many dreams based on MEMS-devices that were not at all mature and could not be manufactured in high numbers. When a commercial product is the goal, several questions must be answered already in concept phase. The specifications must clearly reflect the requirements of the application. Performance and price must be competitive to any other technology. The relation between fabrication process and design is strong and mutual. The process must create all features of the device and the design must consider the limitations of the process. Only if the design is tolerant against all process variations reproducible performance can be achieved. And only if the design is robust in all process steps the devices can survive. Regarding the time and cost frame it is always preferable to change the layout rather than the process. This article looks at MEMS technology and identifies what has been adopted from CMOS, what is desirable to adopt and what needs new solutions. Examples are given in the fields of design, modeling layout, process, test, and packaging., NA