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Von der Idee über die Entwicklung bis zum virtuellen Test : Mit ESI ́s SimulationX in die elektromobile Zukunft
Get PDFWie hoch ist die Leistungsdichte, Energieeffizienz, Fahrdynamik oder der Fahrkomfort? Wie wirken unterschiedliche, physikalische Systeme zusammen und wie können die mechatronischen Zusammenhänge verständlich dargestellt werden? Solche und andere Fragestellungen tauchen im Entwicklungsprozess immer wieder auf und lassen sich nur schwer zufriedenstellend beantworten. Die Systemsimulation liefert da einen effizienten Ansatz, welcher es dem Entwicklungsingenieur ermöglicht bereits in der Konzeptphase virtuelle Prototypen zu erstellen. Mit diesen kann dann das physikalische Verhalten simuliert, analysiert und anschließend optimiert werden. Dadurch ergibt sich bereits in den frühen Phasen der Produktentwicklung die Möglichkeit, alle zukünftigen Entscheidungen auf einer validen Basis zu treffen. ESI ́s SimulationX liefert für diese Anwendungsfälle eine umfassende softwaretechnische Lösung. Besonders im Bereich der E- Mobility sowie ihrer Peripherie ermöglicht die Software mit seinen anwendungsspezifischen Modellbibliotheken eine ganzheitliche Betrachtung
Warum Bewegungsdesign wichtig ist
No full textIn der mechanischen Konstruktion wissen die Maschinenentwickler seit Jahrzehnten, dass Maschinen schneller, ruhiger und verlässlicher laufen, wenn man sich mit der Gestaltung der Bewegungen Mühe gibt und im Hinblick auf die Dynamik optimiert. Seit etlichen Jahren ersetzen mehr und mehr Servoantriebe die mechanischen Kurven, und die Verantwortung für die Bewegungsgestaltung geht auf SPS-Programmierer bzw. E-Techniker über. An Hand von Beispielen wird aufgezeigt, warum es auch bei flexiblen Antriebskonzepten mit Servomotoren wichtig ist, sich mit Bewegungsdesign jenseits des beliebten Polynoms 5. Grades zu beschäftigen, und was man durch Bewegungsdesign für die Maschinen erreichen kann
Polymethacrylat-gebundene chromophore Arylboronsäuren und deren Komplexbildungsverhalten gegenüber Fluorid-Ionen
Get PDFGegenstand der vorliegenden Arbeit ist die polymeranaloge Reaktion von chromophoren Aryl-boronsäuren mit 1,2-Diol-basierenden Methacrylat-Copolymeren. Über die Herstellung der dafür benötigten Ausgangsverbindungen sowie deren Charakterisierung mit Hilfe spektroskopischer und thermischer Analysemethoden wird zunächst umfassend berichtet. Hierbei ist u.a. die Auf-klärung der in den Copolymeren aus n-Butylmethacrylat (BMA) und 2,3-Di-hydroxypropylmethacrylat vorliegenden Polymerkonstitution von Interesse. Als chromophore Grundkörper der Arylboronsäuren wurden Indanon- sowie Tricyanofuran-Derivate, aber auch ausgedehnte Elektronensysteme mit einem Nitro- bzw. Cyano-Akzeptor verwendet.
Bei der Synthese immobilisierter Arylboronsäuren wurde einerseits das chromophore Elektronensystem variiert. Andererseits wurden mit einer ausgewählten chromophoren Arylboronsäure verschiedene Funktionalisierungsgrade am Copolymer eingestellt bzw. Copolymere mit unterschiedlichem BMA-Anteil mit einem Funktionalisierungsgrad von 60 % bezogen auf die vorhandenen Diol-Einheiten funktionalisiert. Die optischen Eigenschaften der immobilisierten chromophoren Arylboronsäuren wurden mit der UV/vis-Spektroskopie untersucht. Der Einfluss des Funktionalisierungsgrades sowie des variablen BMA-Anteils auf die thermischen Eigenschaften wurde mittels DSC und TGA studiert. Weiterhin erfolgten an den immobilisierten chromophoren Arylboronsäuren Untersuchungen hinsichtlich des Komplexbildungsverhaltens gegenüber Fluorid-Ionen. Ein besonderes Augenmerk wurde hier auf den Einfluss der BMA-Einheiten auf die Zugänglichkeit der Bor-Atome sowie die Wechselwirkung mit vorhandenen Diol-Einheiten gelegt
Entwicklung eines Verfahrens zur Anhaftungserkennung und Trennung von Einflussgrößen bei kapazitiven Näherungsschaltern mit Hilfe der Impedanzspektroskopie
Get PDFKapazitive Sensoren, insbesondere kapazitive Näherungsschalter, werden aufgrund ihrer Fähigkeit nahezu beliebige Materialien detektieren zu können bereits seit vielen Jahrzehnten in unterschiedlichsten Applikationen der industriellen Messtechnik eingesetzt. Aufgrund ihrer kompakten Bauform, ihrer hohen Robustheit und ihres vergleichsweise günstigen Preises werden diese Sensoren auch heute noch in vielen Anwendungen eingesetzt. Wegen ihrer hohen Empfindlichkeit auf jegliche Änderung der elektrischen Eigenschaften in der Umgebung der Messelektrode werden kapazitive Näherungsschalter bei der berührungslosen Erkennung von Grenzständen eingesetzt, wobei der Sensor an der Außenseite eines nicht-leitenden Behälters angebracht ist. In den letzten Jahren sind die Anforderungen an die Sensorik immer weiter gestiegen. Statt einfacher Näherungsschalter, die ein binäres Schaltsignal ausgeben, werden heute zunehmend Sensoren gefordert, die ähnlich kompakt sind und die Sensorkapazität als Prozesswert ausgeben. Dadurch können potenziell neue Anwendungsfelder erschlossen werden.
Insbesondere bei der Erkennung hoch-leitfähiger Medien sind Anhaftungen, die sich im Bereich der Messelektrode auf der Behälterinnenseite absetzen, problematisch. Die von den Sensoren gemessene Kapazität ist für das Vorhandensein einer leitfähigen Anhaftung und den tatsächlichen Vollzustand nahezu identisch, was zu Fehlauslösungen des Sensors führen kann. Es existieren bereits Ansätze leitfähige Anhaftungen auszublenden, wie beispielsweise die Verwendung kurzer Impulse als Anregungssignal. Allerdings sind die bei diesen Verfahren auftretenden großen Messfrequenzen ungünstig für das Sensorverhalten bezüglich der elektromagnetischen Verträglichkeit. Weiterhin können alternative Messprinzipien, wie beispielsweise Wirbelstromverfahren, verwendet werden. Bei diesen Verfahren ist jedoch die minimale Leitfähigkeit des Mediums, das detektiert werden kann, begrenzt.
Ziel dieser Arbeit ist die Entwicklung eines Verfahrens zur Anhaftungserkennung bei kapazitiven Näherungsschaltern, das zusätzlich Informationen über das zu detektierende Medium liefert. Mit Hilfe der Impedanzspektroskopie gekoppelt mit analytischen und numerischen Modellierungsverfahren wird ein aus drei Parametern bestehendes vereinfachtes Modell entwickelt, das die zuverlässige Unterscheidung von Voll- Leer- und Anhaftungszustand ermöglicht. Einer dieser Parameter, der Gesamtwiderstand, erlaubt Rückschlüsse auf die Leitfähigkeit des zu detektierenden Mediums. Dieses neue Verfahren hat das Potenzial auch in komplexeren Applikationen Anwendung zu finden.Capacitive sensors, especially capacitive proximity switches, are used in many applications because of their ability to detect almost any material. These sensors are still commonly used today due to their compact design, their high robustness and their comparatively low price. Because of their high sensitivity to changes of the electrical properties of materials in vicinity of the measurement electrode, capacitive proximity switches can be used for contactless limit level sensing. The sensor is often mounted on the outside of the liquid container. In recent years, requirements in regard to sensor performance have increased. Instead of just outputting a binary signal, capacitive proximity switches are expected to also output their measured capacitance, which could potentially open new fields of application.
When detecting highly conductive fluids, soiling on the inside of the container in vicinity of the measurement electrode is problematic. The measured capacitance of a conductive film and the actual limit level are almost identical, which can cause false positive detection of a limit level. There are already various approaches to compensate for conductive soiling in vicinity of the measurement electrode, one of which includes the usage of short impulses for excitation. However, the high frequencies involved in these methods can cause problems with respect to electromagnetic compatibility. In addition, alternative measurement principles, like the eddy current principle, can be used. However, this principle imposes constraints on the minimum conductivity of the material to be detected.
In this work, a technique to distinguish between conductive soiling and the actual fill level, which also allows to extract information about the material to be detected, is developed. Using impedance spectroscopy combined with analytical and numerical modelling, a model consisting of three parameters is developed. The model allows to reliably distinguish between actual limit level and conductive soiling. The overall resistance supplied by the model can be used as a measure for the conductivity of the material to be detected. The technique has the potential to be used in demanding applications
Atomistische Simulationen der Diffusionsprozesse in SiGe Verbindungen
Get PDFDie vorliegende Bachelorarbeit beschäftigt sich mit der Untersuchung der Diffusionsprozesse in SiGe-Verbindungen mittels Molekulardynamiksimulationen. Für die Simulationen wird die freie Software LAMMPS verwendet in Kombination mit einem reaktiven Kraftfeld. Das Ziel der Si-mulationen ist einerseits herauszufinden, inwieweit eine Untersuchung von Diffusionsprozessen mit der heutigen Rechentechnik möglich ist, und andererseits zu untersuchen, wie gut das hier verwendete Kraftfeld die Diffusionsprozesse beschreibt. Darauf aufbauend sollen die Diffusi-onsmechanismen genauer erforscht werden.
Untersuchungen der Gitterkonstante von SiGe-Systemen zeigen, dass das Temperaturverhalten von Silizium und Germanium nicht korrekt von dem verwendeten Potential wiedergegeben wird. Einerseits zeigen die Systeme kein Schmelzverhalten und andererseits ist die simulierte Gitter-konstante unabhängig von der Temperatur. Hingegen ergibt sich für die Germaniumabhängigkeit der Gitterkonstante ein linearer Verlauf, wie es in der Literatur angegeben wird.
Simulationen eines Zweilagensystems, bestehend aus einer Lage Silizium und einer Lage Silizi-umgermanium, zeigen, dass die Diffusion des Germaniums in die Siliziumschicht zu langsam abläuft, um mit Molekulardynamik direkt untersucht zu werden.
In weiteren Untersuchungen werden deshalb die einzelnen Diffusionsmechanismen genauer betrachtet. Die dabei ermittelten Diffusionskonstanten nehmen exponentiell, wie in der Literatur angegeben, mit der Temperatur zu. Weiterhin folgt aus den Simulationen, dass der Einbau von Germaniumatomen in Siliziumsysteme die Diffusionsmechanismen behindert. Dabei ergibt sich ein nichtlinearer Zusammenhang zwischen dem Anteil an Germaniumatomen und der Diffusi-onskonstante.
Die berechneten Diffusionskonstanten können als Eingabewert für gröbere Modelle verwendet werden, wie zum Beispiel kinetic-Monte-Carlo-Simulationen.:I. ABKÜRZUNGSVERZEICHNIS
II. SYMBOLVERZEICHNIS
1. EINLEITUNG
2. SIGE ALS KANALMATERIAL FÜR MOSFET-TRANSISTOREN
2.1. MOSFET IN DIGITALEN SCHALTUNGEN
2.2. KRISTALLSTRUKTUR VON SIGE-VERBINDUNGEN
2.2.1. Der Idealkristall
2.2.2. Der Realkristall
2.3. BILDUNG DES KANALS
2.3.1. Heteroepitaxie von SiGe auf Ge
2.3.2. SGOI Technologie
2.4. DIE ATOMISTISCHE DIFFUSION
3. GRUNDLAGEN DER MOLEKULARDYNAMIKSIMULATION
3.1. DAS REAXFF POTENTIAL
3.2. PHYSIKALISCHE ENSEMBLES
3.3. LAMMPS
4. SIMULATIONEN
4.1. GITTERKONSTANTE VON SIGE-VERBINDUNGEN
4.1.1. Modellsystem
4.1.2. Ergebnisse und Vergleich mit der Literatur
4.2. INTERDIFFUSION IN SIGE-HETEROSYSTEMEN
4.2.1. Modellsystem
4.2.2. Ergebnisse
4.3. EINZELSPRUNGBETRACHTUNG VON INTERSTITIALS
4.3.1. Modellsystem
4.3.2. Einzelsprungauswertung von Interstitials
4.3.3. Ergebnisse der Einzelsprungauswertung
4.4. MSD-BETRACHTUNG VON INTERSTITIALS
4.4.1. Modellsystem und Auswertemethode
4.4.2. Vergleich der MSD-Betrachtung mit der Einzelsprungbetrachtung und mit Literaturwerten
4.5. MSD-BETRACHTUNG VON LEERSTELLEN
4.5.1. Modellsystem und Auswertemethode
4.5.2. Ergebnisse und Vergleich mit Literatur
4.6. VERGLEICH DER DIFFUSION VON LEERSTELLEN UND INTERSTITIALS
5. ZUSAMMENFASSUNG UND AUSBLICKE
5.1. ZUSAMMENFASSUNG
5.2. AUSBLICKE
6. ABBILDUNGSVERZEICHNIS
7. TABELLENVERZEICHNIS
8. REFERENCE
Induction Assisted Single Point Incremental Forming of Advanced High Strength Steels
Get PDFInduction Assisted Single Point Incremental Forming (IASPIF) is a die-less hot sheet metal forming. The IASPIF does not apply characteristic complex tooling like those applied in deep drawing and bending. In this thesis, induction heating was used to heat up the sheet while simultaneously forming with a tool. The research goal is to improve the formability of high strength steels by heating. The IASPIF consists of non-complicated set up that allows induction heating to be utilized through the coil inductor moved under the sheet and synchronized with the forming tool that moves on the upper side of the sheet. The advanced high strength steel alloys, DP980, DP600 and 22MnB5 steels, were investigated. The influence of induction heating on formability was evaluated by the maximum wall angle that can be achieved in a single pass. Additionally, tool diameter and tool feed rate was also varied. The most influencing parameters were tool feed rate, induction power, and the profile depth. A new forming strategy was also developed by control the heating temperature through coupling the formed profile depth with a successively increased tool feed rate. The forming forces of DP980 steel sheet, were reduced from 7 kN to 2.5 kN when forming process was performed at room and elevated temperature, respectively. Stretching stresses were developed during forming process causing a high reduction in the resulting wall part thickness. New findings in this investigation were the reverse relationship between the step-down depth and the thickness reduction percentage. The smaller the tool diameter, the better was the formability. The finite element simulation of the investigated forming process showed that the increase in heating temperature has a direct effect on rising the plastic strain from 0.2 at room temperature to 1.02 at 800 ◦ C. The maximum true strain achieved in the resulting wall part thickness was determined by FEM simulations and validated with experimental trials. The part shape accuracy was measured and the highest deflection was founded when the part was formed by the highest step-down depth. Moreover, the minimum deflection in the part shape was achieved by utilizing a high induction power in the experiments. Finally, the resulting mechanical properties of the 22MnB5 alloy sheet material were tailored during IASPIF. For this purpose, the sheets were locally heated by induction during the forming process and subsequently quenched at different rates. As a result, the produced tailored parts consist of three different regions, which consist of a ductile, transitional and hardened region. The proposed procedure allows forming and quenching at the same time without transfer and thus, process time was reduced.Die induktionsgestützte, inkrementelle Blechumformung (englisch: Induction Assisted Single-Point Incremental Forming IASPIF) ist Warmumformprozess, bei dem keine komplexen Werkzeuge wie beim Tiefziehen und Biegen benötigt werden. Inhalt dieser Arbeit ist die inkrementelle Umformung eines Bleches mit gleichzeitig ablaufender induktiver Erwärmung. Das Forschungsziel bestand in der Verbesserung der Umformbarkeit von hochfesten Stahlwerkstoffen wie DP600, DP980 und 22MnB5 durch eine gezielte partielle Erwärmung. Der prinzipielle Aufbau des Versuchsstandes besteht aus einem Spuleninduktor, der unterhalb des umzuformenden Blechs platziert ist, und der synchron mit dem Werkzeug – einem Drückdorn – während des Umformvorganges verfährt. Ein wesentlicher Untersuchungsschwerpunkt bestand in der Ermittlung der Einflussgrößen auf den untersuchten IASPIF-Prozess. Für die Bewertung der Umformbarkeit wurden hierbei der maximal erreichbare Teilwandwinkel und die Profiltiefe, die in einem Umformdurchgang herstellbar waren, ermittelt und ausgewertet. Darüber hinaus konnten im Rahmen der Arbeit die Induktionsleistung des Generators, der Werkzeugdurchmesser und die Werkzeugvorschubgeschwindigkeit als relevante Prozessparameter identifiziert werden. Im Ergebnis der durchgeführten Untersuchungen zeigten die Werkzeugvorschubgeschwindigkeit und die Induktionsleistung einen wesentlichen Einfluss auf die erreichbare Profiltiefe. Aufbauend auf den erzielten Ergebnissen konnte eine prozessangepasste Umformstrategie entwickelt werden, bei der eine konstante Erwärmungstemperatur durch das Koppeln der momentanen Profiltiefe mit einer sukzessiv steigenden Werkzeugvorschubgeschwindigkeit erreicht wird. Weiterhin ließen sich die Kräfte bei der Umformung eines Stahlbleches aus DP980 von 7 kN (bei Raumtemperatur) auf 2,5 kN (bei erhöhter Temperatur) reduzieren. Aufgrund des mit einem Streckziehvorgang vergleichbaren Spannungszustandes während des Umformprozesses war eine starke Verringerung der resultierenden Wanddicke zu beobachten. Als neue Erkenntnis in dieser Untersuchung konnte die umgekehrte Beziehung zwischen der Zustelltiefe und dem Dickenreduktionsprozentsatz abgleitet werden. Aus der Finite - Elemente - Simulation des vorgestellten Umformprozesses wurde erkennbar, dass die Erhöhung der Erwärmungstemperatur einen direkten Einfluss auf die plastische Dehnung von 0,2 (bei Raumtemperatur) auf 1,02 (bei 800 °C) hat. Mittels der numerischen Simulation und der nachfolgenden experimentellen Validierung erfolgte darüber hinaus die Bestimmung der maximalen wahren Dehnung, die in der resultierenden Wanddicke erreicht wurde. Bei den Versuchen mit der größten Zustellung ließ sich durch die Bestimmung der Teileformgenauigkeit die höchste Abweichung von der Sollgeometrie CAD Modell feststellen. Abschließend wurde nachgewiesen, dass der IASPIF Prozess auch zur Einstellung maßgeschneiderter Bauteileigenschaften wie der resultierenden mechanischen Eigenschaften des Blechmaterials aus 22MnB5 einsetzbar ist. Zu diesem Zweck wurden die Bleche während des Umformprozesses lokal induktiv erwärmt und anschließend zur Einstellung des gewünschten Gefüges bei unterschiedlichen Abkühlgeschwindigkeiten abgeschreckt
A plastic multilayer network of the early visual system inspired by the neocortical circuit
Get PDFThe ability of the visual system for object recognition is remarkable. A better understanding of its processing would lead to better computer vision systems and could improve our understanding of the underlying principles which produce intelligence.
We propose a computational model of the visual areas V1 and V2, implementing a rich connectivity inspired by the neocortical circuit. We combined the three most important cortical plasticity mechanisms. 1) Hebbian synaptic plasticity to learn the synapse strengths of excitatory and inhibitory neurons, including trace learning to learn invariant representations. 2) Intrinsic plasticity to regulate the neurons responses and stabilize the learning in deeper layers. 3) Structural plasticity to modify the connections and to overcome the bias for the learnings from the initial definitions.
Among others, we show that our model neurons learn comparable receptive fields to cortical ones. We verify the invariant object recognition performance of the model. We further show that the developed weight strengths and connection probabilities are related to the response correlations of the neurons. We link the connection probabilities of the inhibitory connections to the underlying plasticity mechanisms and explain why inhibitory connections appear unspecific.
The proposed model is more detailed than previous approaches. It can reproduce neuroscientific findings and fulfills the purpose of the visual system, invariant object recognition.Das visuelle System des Menschen hat die herausragende Fähigkeit zur invarianten Objekterkennung. Ein besseres Verständnis seiner Arbeitsweise kann zu besseren Computersystemen für das Bildverstehen führen und könnte darüber hinaus unser Verständnis von den zugrundeliegenden Prinzipien unserer Intelligenz verbessern.
Diese Arbeit stellt ein Modell der visuellen Areale V1 und V2 vor, welches eine komplexe, von den Strukturen des Neokortex inspirierte, Verbindungsstruktur integriert. Es kombiniert die drei wichtigsten kortikalen Plastizitäten: 1) Hebbsche synaptische Plastizität, um die Stärke der exzitatorischen und inhibitorischen Synapsen zu lernen, welches auch „trace“-Lernen, zum Lernen invarianter Repräsentationen, umfasst. 2) Intrinsische Plastizität, um das Antwortverhalten der Neuronen zu regulieren und damit das Lernen in tieferen Schichten zu stabilisieren. 3) Strukturelle Plastizität, um die Verbindungen zu modifizieren und damit den Einfluss anfänglicher Festlegungen auf das Lernergebnis zu reduzieren.
Neben weiteren Ergebnissen wird gezeigt, dass die Neuronen des Modells vergleichbare rezeptive Felder zu Neuronen des visuellen Kortex erlernen. Ebenso wird die Leistungsfähigkeit des Modells zur invariante Objekterkennung verifiziert. Des Weiteren wird der Zusammenhang von Gewichtsstärke und Verbindungswahrscheinlichkeit zur Korrelation der Aktivitäten der Neuronen aufgezeigt. Die gefundenen Verbindungswahrscheinlichkeiten der inhibitorischen Neuronen werden in Zusammenhang mit der Funktionsweise der inhibitorischen Plastizität gesetzt, womit erklärt wird warum inhibitorische Verbindungen unspezifisch erscheinen.
Das vorgestellte Modell ist detaillierter als vorangegangene Arbeiten. Es ermöglicht neurowissenschaftliche Erkenntnisse nachzuvollziehen, wobei es ebenso die Hauptleistung des visuellen Systems erbringt, invariante Objekterkennung. Darüber hinaus ermöglichen sein Detailgrad und seine Selbstorganisationsprinzipien weitere neurowissenschaftliche Erkenntnisse und die Modellierung komplexerer Modelle der Verarbeitung im Gehirn
Monitoring of age-relevant parameters in an integrated inverter system for electrical drives based on SiC-BJTs
Get PDFThe Silicon Carbide Bipolar Transistor is a device that is barely brought into real application so far. It features very low conduction losses and a high power density. The application is in some points different and unusual in comparison to the mainstream power semiconductors as IGBTs or MOSFETs. The Silicon Carbide Bipolar Transistor, the SiC-BJT, is a current driven device and the effort in driving is uncommonly high. As an outcome of the present work it can be said that it is more like a shift of requirements from the power semiconductor power unit to the driver stage. With consideration of all system losses, including driving losses, the final unoptimized COSIVU prototype inverter system gained an increase of efficiency of 40-60% in comparison to the IGBT-based reference system dependent on the applied load points.
In terms of reliability and possible failure modes, the SiC-BJT behaves differently from the mainstream devices. One result of the project is that the chips itself are quite robust but the packaging needs some improvements. Thermal impedance spectroscopy is a method for detecting possible deterioration in the cooling path of a device. A method for temperature estimation of the SiC-BJT during on-state will be presented in this work. The electronic hardware for thermal impedance spectroscopy has been developed to do the measurements in a non-laboratory setup in the inverter in real application. Furthermore, the hardware implementation was realized on a very small space for integration into an in-wheel motor inverter system.Der Siliciumkarbid Bipolartransistor ist ein leistungselektronisches Bauelement, was bis heute kaum über Labor- und Forschungsprojekte hinaus anwendungsnah zum Einsatz kam. Er verfügt über sehr geringe Durchlassverluste und eine hohe Leistungsdichte. Seine Verwendung und Anwendung ist in mancher Hinsicht anders und unüblich im Vergleich zu den etablierten leistungselektronischen Bauelementen wie IGBT und MOSFET. Der Siliciumkarbid Bipolartransistor, also der SiC-BJT, ist ein stromgesteuertes Bauteil, weswegen der Aufwand für die Treiber sehr hoch ist. Die praktische Arbeit im Rahmen des Forschungsprojektes „COSIVU“ mit den SiC-BJTs in Verbindung mit dem fertigen integrierten Invertersystem hat unter anderem gezeigt, dass es mehr eine Verschiebung der Anforderungen von der Leistungselektronik hin zu den Treibern für die Leistungselektronik ist. Unter Betrachtung der Verluste des gesamten Systems, einschließlich der Motor-, Treiber- und Steuerverluste, hat das fertige Prototyp-Invertersystem, welches durchaus noch Potential zur Optimierung besaß, eine deutliche Verbesserung des Wirkungsgrades erreicht. Gegenüber dem auf IGBT basierenden Referenz-Invertersystem, hat das COSIVU Invertersystem eine Verbesserung des Wirkungsgrades um 40-60 % erreicht.
Eine Erkenntnis aus dem Forschungsprojekt in Bezug auf Zuverlässigkeit und mögliche Fehler und Defekte ist, dass der Chip selbst zwar ziemlich robust ist, aber dass die Gehäuse-, Aufbau- und Verbindungstechnik angepasst und verbessert werden sollte. Thermische Impedanzspektroskopie ist eine Methode um Verschlechterungen im Kühlpfad eines leistungselektronischen Halbleiters zu erkennen, was ein Kriterium für die Alterung des Bauteils ist. Eine Methode zur Bestimmung der Sperrschichttemperatur von SiC-BJTs während des normalen Durchlassbetriebes wird in dieser Arbeit vorgestellt. Die Platine für die thermische Impedanzspektroskopie wurde entwickelt, um die Messung in einem laborfernen Aufbau in einer echten Inverteranwendung durchzuführen. Zudem wurden die Platinenaufbauten auf sehr kleiner Fläche realisiert. Die Integration musste nämlich sehr kompakt gestaltet werden, da es sich um ein „in-wheel“ Motor-Inverter-System handelt, was zum größten Teil innerhalb eines Fahrzeugrades untergebracht ist
Elektronentransport in Graphen-Nanobändern mit Kantenrauheit
Get PDFDiese Arbeit untersucht die Auswirkungen von Kantendefekten auf die Leitfähigkeit von Graphen-Nanobändern (GNRs). Es werden die Kantenatome von zigzag- und armchair-GNRs zufällig umverteilt. Mittels Tight-Binding-Verfahren und rekursivem Greenfunktions-Formalismus werden die Transmissionsspektren der Systeme berechnet und mit Landauer-Formalismus die Leitfähigkeit bei variierter Länge bestimmt. Aus der Leitfähigkeit in Abhängigkeit von der Länge wird die Lokalisierungslänge nach Anderson ermittelt. Es wurde berechnet, dass die Lokalisierungslänge bei rauhen zigzag-GNRs gegen einen konstanten Wert strebt. Bei armchair-GNRs wurde ein linearer Abfall der Lokalisierungslänge bei zunehmender Rauheit vorgefunden.:1. Einleitung
2. Physikalische Grundlagen
2.1 Graphen
2.2 Landauer-Formalismus
2.3 Tight-Binding-Verfahren
2.4 Greenfunktions-Formalismus
2.5 Anderson-Lokalisierung
3. Methoden
3.1 Bandstrukturen
3.2 Strukturerzeugung
3.2.1 Allgemeines
3.2.2 zigzag-GNRs
3.2.3 armchair-GNRs
3.3 Rauheitsparameter
3.4 Leitfähigkeit
3.5 Lokalisierungslänge
4. Ergebnisse
4.1 Atomumverteilung
4.2 Transmissionsspektren
4.3 Leitfähigkeit
4.4 Lokalisierungslängen
4.5 Weitere Rauheitsmaße
5. Zusammenfassung und Ausblic
Micro- and tip-enhanced Raman spectroscopy of single-wall carbon nanotubes: from material studies to device applications
No full textEinwandige Kohlenstoffnanoröhrchen wurden aufgrund ihrer einzigartigen elektrischen, mechanischen und thermischen Eigenschaften 1991 in den Fokus der Forschung gerückt. In dieser Dissertation wird gezeigt, dass Ramanspektroskopie eine der besten Methoden ist, um die unterschiedlichen Eigenschaften der Nanoröhrchen wie ihren elektrischen Charakter (halbleitend oder metallisch), ihren Durchmesser, die Chiralität, Defekte oder auch Dotierung zu untersuchen. Die Charakterisierung dieser Eigenschaften wird sowohl für das reine Material als auch im elektrischen Bauteil, in diesem Fall einem Feldeffekttransistor, durchgeführt.
Der erste Teil der Arbeit vermittelt einen Überblick und gibt eine Einführung in Ramanspektroskopie und in die Struktur von Kohlenstoffnanoröhrchen. Es wird erklärt, welche Eigenschaften speziell mit Hilfe von Position und Intensität der Raman-Modi untersucht werden können und welche Aussagen über die Eigenschaften getroffen werden können. Im experimentellen Teil der Arbeit wurde eine Methode entwickelt, die eine rückstandslose Abscheidung von Dünnschichten aus Kohlenstoffnanoröhrchen ermöglicht. Die Quantifizierung von Defekten wurde durch die in den untersuchten Proben vorhandenen metallischen und halbleitenden Kohlenstoff-Nanoröhrchen ermöglicht. Mittels spitzenverstärkter Ramanspektroskopie wurden außerdem Defekte mit hoher Ortsauflösung (unterhalb von 10 nm) an einzelnen Nanoröhrchen charakterisiert. Der letzte Teil widmet sich den Eigenschaften in elektrische Bauteile, speziell Feldeffekttransistoren, die integrierten Kohlenstoffnanoröhrchen.:Bibliographische Beschreibung 3
Table of Contents 5
1 Introduction 7
2 Background 9
2.1 Structure of carbon nanotubes 9
2.2 Raman spectroscopy basics 10
2.3 Raman spectroscopy on graphene 14
2.4 Raman spectroscopy on carbon nanotubes 16
2.4.1 First-order Raman bands 18
2.4.2 Second-order Raman bands 20
2.5 How to analyze Raman spectra of single-wall carbon nanotubes 21
2.5.1 Diameter and chirality identification 22
2.5.2 Defect characterization 23
2.5.3 Doping and its connection to defects 25
2.5.4 Other effects that can cause frequency shifts 27
2.6 Tip-enhanced Raman spectroscopy 27
2.6.1 TERS experimental requirements 30
2.6.2 Tip and the signal enhancement 30
2.6.3 Brief summary of TERS on single-wall carbon nanotubes 31
3 Materials and Methods 33
3.1 Raman spectroscopy 33
3.2 Ion beam irradiation 34
3.3 SWCNT samples 35
3.4 SWCNT thin film preparation by vacuum filtration 36
3.5 Field effect transistor fabrication and electrical characterization 37
3.6 Tip-enhanced Raman spectroscopy 39
3.6.1 Preparation of the TERS tips 39
3.6.2 Instrumentation 39
3.6.3 SWCNT sample preparation 40
4 Preparation of carbon nanotube thin films 41
4.1 Removal of SDS 42
4.2 Removal of the density gradient medium 43
4.3 Summary 44
5 Quantifying defects in single-wall carbon nanotubes 45
5.1 Parameters of the defect creation 46
5.2 Reference measurement on ion irradiated graphite 47
5.3 Qualitative description of SWCNT defect development 48
5.3.1 Quantitative analysis of the SWCNT defects 57
5.3.2 Summary 59
6 Raman spectroscopy applied to investigate carbon nanotube transistors 61
6.1 Effect of chemical and thermal cleaning of SWCNTs 61
6.2 Effect of temperature and doping on SWCNTs in a Field-effect transistor 65
6.2.1 Investigation of temperature effect 66
6.2.2 In operando CNT-FET Raman spectroscopy measurement 67
6.3 Summary 71
7 TERS on SWCNTs 73
7.1 Preparation of TERS tips 73
7.1.1 Corrosion protection for silver TERS probes 73
7.2 Spatial resolution 76
7.3 Raman spectra of an individual nanotube at the nanoscale 77
7.4 Summary 81
8 Conclusions 83
References 85
Acknowledgement 97
Selbstständigkeitserklärung 99
Lebenslauf 101
Publication list 10