Digitales Repositorium der BTU Cottbus – Senftenberg
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Bedeutung der räumlich-zeitlichen Variabilität und Bewegung von Gewittern für die hydrodynamische Modellierung von Hochwasser
No full textThis dissertation aims to explore the impact of various storm properties on computational flood modelling and to propose a method for integrating them into flood risk assessment. It focuses on three key areas:
Firstly, it examines within-storm variability, investigating how variations in storm intensity, duration, and spatial distribution affect runoff dynamics. Through a systematic theoretical approach, the study generates synthetic rainfall signals with different hyetograph variabilities and applies them to a hydrodynamic model. The results highlight the significant influence of storm spatiotemporal variability on runoff response, affecting peak discharge, hydrograph shapes, and flooded areas. Temporal variability emerges as particularly dominant, overshadowing spatial variability and other storm properties such as return period and volume. The study emphasizes the spatial dependency of these effects within the drainage network.
Secondly, it investigates the role of storm movement in flood modelling, recognizing its potential to alter runoff dynamics and inundation patterns. By generating synthetic rain hyetographs traversing the catchment area at varying velocities and directions, the study shows that storm movement significantly impacts runoff response and flood extents. Higher storm velocities lead to more pronounced peaks and faster runoff onsets, resulting in larger flooded areas. The direction of storm movement plays a crucial role, with storms aligning with the average stream direction causing the highest peaks and flooded areas. The magnitude of this influence varies depending on the location within the catchment.
Finally, the dissertation introduces a dynamic spatiotemporal rainfall model aimed at preserving storm event properties. Using an event-based approach, dynamic precipitation events are identified and regenerated, ensuring the conservation of storm spatiotemporal variability and movement characteristics. This facilitates the generation of more physically plausible and spatiotemporally coherent precipitation time series. The model prioritizes user accessibility, offering a practical tool for integrating storm properties into flood computation modelling and risk analysis frameworks. By addressing these aspects of storm behaviour, the dissertation contributes to enhancing the accuracy and effectiveness of flood modelling, thereby improving flood risk mitigation efforts.Ziel dieser Dissertation ist es, die Auswirkungen verschiedener Unwettereigenschaften auf die computergestützte Hochwassermodellierung zu untersuchen und eine Methode vorzuschlagen, mit der diese in die Hochwasserrisikobewertung integriert werden können. Sie konzentriert sich auf drei Schlüsselbereiche:
Erstens wird die Variabilität innerhalb eines Gewitters untersucht, um herauszufinden, wie sich Variationen der Gewitterintensität, der Dauer und der räumlichen Verteilung auf die Abflussdynamik auswirken. Mit Hilfe eines systematischen theoretischen Ansatzes werden in der Studie synthetische Niederschlagssignale mit unterschiedlichen hyetographischen Variabilitäten erzeugt und auf ein hydrodynamisches Modell angewendet. Die Ergebnisse verdeutlichen den signifikanten Einfluss der räumlich-zeitlichen Variabilität von Gewittern auf die Abflussreaktion und beeinflussen den Spitzenabfluss, die Form der Ganglinie und die überfluteten Gebiete. Die zeitliche Variabilität erweist sich als besonders dominant und überschattet die räumliche Variabilität und andere Gewittereigenschaften wie die Wiederkehrperiode und das Volumen. Die Studie unterstreicht die räumliche Abhängigkeit dieser Effekte innerhalb des Entwässerungsnetzes.
Zweitens wird die Rolle der Gewitterbewegung bei der Hochwassermodellierung untersucht, da sie die Abflussdynamik und Überschwemmungsmuster verändern kann. Durch die Erzeugung synthetischer Regenhyetogramme, die das Einzugsgebiet mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten und Richtungen durchqueren, zeigt die Studie, dass die Bewegung des Sturms die Abflussreaktion und das Ausmaß der Überschwemmung erheblich beeinflusst. Höhere Sturmgeschwindigkeiten führen zu ausgeprägteren Spitzenwerten und schnelleren Abflüssen, was zu größeren Überschwemmungsgebieten führt. Die Richtung der Sturmbewegung spielt eine entscheidende Rolle, wobei Stürme, die sich an der durchschnittlichen Fließrichtung orientieren, die höchsten Spitzenwerte und überfluteten Gebiete verursachen. Das Ausmaß dieses Einflusses variiert je nach Lage im Einzugsgebiet.
Schließlich wird in der Dissertation ein dynamisches raum-zeitliches Niederschlagsmodell vorgestellt, das die Eigenschaften von Sturmereignissen erhalten soll. Mit Hilfe eines ereignisbasierten Ansatzes werden dynamische Niederschlagsereignisse identifiziert und regeneriert, um die Erhaltung der raum-zeitlichen Variabilität und der Bewegungsmerkmale von Gewittern zu gewährleisten. Dies erleichtert die Erstellung physikalisch plausibler und räumlich kohärenter Niederschlagszeitreihen. Das Modell stellt die Zugänglichkeit für den Benutzer in den Vordergrund und bietet ein praktisches Werkzeug für die Integration von Gewittereigenschaften in die Modellierung von Hochwasserberechnungen und Risikoanalysen. Durch die Berücksichtigung dieser Aspekte des Sturmverhaltens trägt die Dissertation dazu bei, die Genauigkeit und Effektivität der Hochwassermodellierung zu erhöhen und damit die Bemühungen zur Minderung des Hochwasserrisikos zu verbessern
Amtliches Mitteilungsblatt der BTU Cottbus–Senftenberg, 2025,01 (29.01.2025)
No full textFachspezifische Prüfungs- und Studienordnung für den Master-Studiengang Chemistry: Materials, Engineering and Sustainability vom 22. Januar 202
Amtliches Mitteilungsblatt der BTU Cottbus–Senftenberg, 2025,04 (05.02.2025)
No full textErste Änderungssatzung zur Prüfungs- und Studienordnung für den Master-Studiengang Hybrid Electric Propulsion Technology (M. Sc.) vom 04. Februar 2025
Lesefassung: Fachspezifische Prüfungs- und Studienordnung für den Master-Studiengang Hybrid Electric Propulsion Technology vom 05. Juli 2024 (AMbl. 19/2024) i. d. F. der Ersten Änderungssatzung zur Prüfungs- und Studienordnung für den Master-Studiengang Hybrid Electric Propulsion Technology (M. Sc.) vom 04. Februar 202
Thermochemical investigations of the system [C₄mim]Cl/AlCl₃ and selected model reactions
No full text1-Butyl-3-methylimidazoliumchlorid in Kombination mit Aluminiumchlorid fand bereits bei vielen unterschiedlichen Synthesen Anwendung. Dennoch gibt es bisher wenig thermodynamische Daten zu diesem binären System. Daher wurde mittels dynamischer Differenzkalorimetrie dieses System charakterisiert und das Phasendiagramm modelliert. Weiterhin wurden in der Literatur beschriebenen Synthesen in diesem Stoffsystem mit Hilfe der Mikroreaktionskalorimetrie analysiert. Diese kam hier erstmals zur Untersuchung ionischer Flüssigkeiten zum Einsatz. Dabei sollte überprüft werden, ob sich verschiedene Teilvorgänge, wie Phasenbildung oder Ausfällen des Produkts, messtechnisch erfassen und quantifizieren lassen. Zur Ergänzung beider thermochemischer Schwerpunkte wurden spektroskopische Methoden, dabei hauptsächlich die Ramanspektroskopie, eingesetzt. Es sollten die in der ionischen Flüssigkeit vorliegenden Spezies identifiziert werden, um Rückschlüsse auf die ablaufenden Reaktionen ziehen zu können.1-Butyl-3-methylimidazolium chloride in combination with aluminum chloride has already been used in many different syntheses. However, there is still little thermodynamic data on this binary system. Therefore, this system was characterized using dynamic differential calorimetry and the phase diagram was modeled. In addition, syntheses in this material system described in the literature were analyzed using microreaction calorimetry. This was used here for the first time to investigate ionic liquids. The aim was to check whether various partial processes, such as phase formation or precipitation of the product, can be measured and quantified. Spectroscopic methods, mainly Raman spectroscopy, were used to complement both thermochemical focuses. The aim was to identify the species present in the ionic liquid in order to be able to draw conclusions about the reactions taking place
Barcelona Les Tres Xemeneies : perspectives for the transformation of an iconic power plant
No full textDas Fachgebiet Städtebau und Entwerfen der Brandenburgischen Technischen Universität Cottbus-Senftenberg widmet sich im Entwurfsstudio Barcelona – Les Tres Xemeneies den Zukunftsperspektiven für das ehemalige Kraftwerk Sant Adrià de Besòs. Das denkmalgeschützte Gebäude mit seinen ikonischen, 200 Meter hohen Schornsteinen wurde anlässlich der Manifesta 15 im Herbst 2024 für die Öffentlichkeit zugänglich gemacht. Diese temporäre Aktivierung bildet den Ausgangspunkt für eine langfristige Transformation des Areals. Die studentischen Entwürfe präsentieren Konzepte für die städtebauliche Entwicklung des Gebiets: Einerseits werden Vorschläge für den Umbau und die Nachnutzung des ehemaligen Kraftwerks entwickelt, andererseits werden Lösungen für ein gemischt genutztes Quartier aufgezeigt, das aktuelle Herausforderungen wie die Wohnungsfrage, die Klimaanpassung und das Verhältnis zwischen Stadt und Meer adressiert.The Chair of Urban Design at Brandenburg University of Technology Cottbus-Senftenberg is exploring future perspectives for the former Sant Adrià de Besòs power plant in the design studio Barcelona – Les Tres Xemeneies. The listed building, with its iconic 200-meter-high three chimneys, was made accessible to the public during Manifesta 15 in the fall of 2024. This temporary activation serves as a starting point for a long-term transformation of the site. The student projects present concepts for the urban development of the area: on the one hand, proposals for the renovation and repurposing of the former power plant are being developed; on the other hand, solutions for a mixed-use neighbourhood are being proposed, addressing current challenges such as the housing issue, climate adaptation, and the relationship between city and sea
Ein neuartiges System zur Charakterisierung von rauscharmen GaN-Verstärkern
No full textAlthough low-noise amplifiers (LNA) are designed to amplify low RF power levels, there are possibilities that they receive high RF powers as front-end radios and electronic warfare receiver systems. Commonly, this high power levels are not desired. Due to such applications and demands, robust LNA are required. The GaN-based HEMT low-noise amplifiers are being considered an established technology used on different applications for telecommunications systems and radars. The GaN-based LNAs can handle high RF input powers, and they still keep functional. These GaN-based robust LNAs have several advantages, as no limiters are required to protect them against high RF input powers. As a result, these robust LNAs have a simplified RF receiver architecture and are cheaper to manufacture.
However, the GaN HEMTs LNAs are known to show significant memory effects, which also play a negative role when a high RF input power level is received by the LNA and drives it into compression. After degradation of the LNA performance, it needs time to recover to its normal small-signal operation mode. This time is called recovery time. This is an important measurement parameter, once some applications require receivers to work immediately after a high RF input power was received, especially for pulse-radar applications.
The main focus of this thesis is on the implementation of a novel measurement setup suitable to characterize the GaN-based robust LNAs and their recovery time. First, the system concept was implemented step by step using different instruments. The whole system setup has been programmed to work remotely, to perform the measurement and to save the results automatically. A software based on Matlab script language was developed and integrated to the system setup in order to control the test equipment.
The setup allows for simultaneous measurements and data acquisitions. The setup can perform recovery time measurements in time domain, can measure the reflected power and also monitor the drain current of the LNA. A pulse signal is used as overdrive signal to stress the LNA with high-power levels, which can be variously defined in width and period according to the target application. This overdrive signal can also be monitored and measured during the recovery time characterization. The core of the measurement system is an PNA-X vector network analyzer, which allows the characterization of small-signal gain recovery time. The reflected power is measured using a power sensor, while the drain current is monitored using an oscilloscope. In order to validate the system setup, three different GaN LNAs were used.
Finally, the system was extended to work also for 5 GHz frequency band. The results shown in this thesis enables for innovative future research activities on robust LNAs.Obwohl rauscharme Verstärker (LNA) für die Verstärkung niedriger HF-Leistungspegel ausgelegt sind, kann es vorkommen, dass sie als Empfänger für Front-End-Systeme und elektronische militärische Anlagen hohe HF-Leistungen empfangen. Diese hohen Leistungspegel sind in der Regel nicht erwünscht. Die rauscharmen HEMT-Verstärker auf GaN-Basis gelten als etablierte Technologie, die in verschiedenen Anwendungen für Telekommunikationssysteme und Radargeräte eingesetzt werden. Die GaN-basierten LNAs können hohe HF-Eingangsleistungen aushalten und bleiben dennoch funktionsfähig.
Diese robusten LNAs auf GaN-Basis weisen einige Vorteile auf, da keine Limiter für den Schutz vor hohen HF-Eingangsleistungen benötigt werden. Es ist jedoch bekannt, dass GaN-HEMTs-LNAs signifikante Memory-Effekte aufweisen, die auch eine negative Rolle spielen, wenn der LNA einen hohen HF-Eingangsleistungspegel empfängt und ihn in die Kompression bringt. Nach der Beeinträchtigung der LNA's Funktion, benötigt dieser eine gewisse Zeit, um zu seinem normalen Kleinsignalbetrieb zurückzukehren. Diese Zeit wird als Erholungszeit bezeichnet.
Das Hauptziel dieser Arbeit ist die Implementierung eines neuartigen Messaufbaus, der geeignet ist, die GaN-basierten robusten LNAs und ihre Erholungszeit zu charakterisieren.
Der gesamte Aufbau wurde so programmiert, dass er ferngesteuert arbeitet, die Messung durchführt und die Ergebnisse automatisch speichert. Eine auf Matlab-Skriptsprache basierende Software wurde entwickelt und in den Systemaufbau integriert, um die Messgeräte zu steuern.
Der Messaufbau ermöglicht gleichzeitige Messungen und Datenerfassungen. Der Aufbau kann Erholungszeitmessungen im Zeitbereich durchführen, die reflektierte Leistung messen und auch den Drainstrom des LNA erfassen. Ein Pulssignal wird als Übersteuerungssignal verwendet, um den LNA mit hohen Leistungspegeln zu belasten, die je nach Anforderung, in Breite und Periode unterschiedlich definiert werden können. Dieses Übersteuerungssignal kann auch während der Charakterisierung der Erholungszeit erfasst und gemessen werden.
Um den Messaufbau zu verifizieren, wurden drei verschiedene GaN-LNAs verwendet. Zunächst wurden zwei GaN-LNAs getestet, die für das X-Band entwickelt wurden. Ein LNA wurde mit einer traditionellen zweistufigen Topologie hergestellt. Der zweite wurde als robuster LNA auf der Grundlage der Stacked-Technologie entwickelt. Diese LNAs wurden mit der GaN-Prozesslinie der Ferdinand-Braun-Institut gGmbH (FBH) hergestellt.
Schließlich wurde das Messsystem weiterentwickelt, dass es auch im 5-GHz-Frequenzband funktioniert. Die in dieser Arbeit gezeigten Ergebnisse ermöglichen innovative zukünftige Forschungsaktivitäten an robusten LNAs
Solutions to Magazine 1 - Triangles : everything about right-angled and general triangles
No full textBeim Magazin „Lösungen zu Magazin 1“ zum Serious Game re:construction handelt es sich um das Lösungsheft zum Thema Dreiecke. Neben spannend verpackter Theorie zu den Themen rechtwinkliges und allgemeines Dreieck befinden sich in diesem Heft auch die Lösungen zu Übungsaufgaben, Rätseln und Experimenten zum Nachmachen. Ebenso gibt es wissenswerte Fakten, Witze sowie Verweise (via Link und QR-Code) zu Lernvideos und anderen interessanten Quellen, um sich das Thema der Dreiecke zu erschließen. Das Magazin 1 ohne Lösungen finden Sie im „Magazin 1“. Zu den Lernzielen gehören: Eigenschaften des rechtwinkligen Dreiecks erkennen; Seiten im rechtwinkligen Dreieck benennen; Sinus, Cosinus, Tangens im rechtwinkligen Dreieck anwenden; Satz des Pythagoras anwenden; Eigenschaften des allgemeinen Dreiecks kennen; Cosinussatz im allgemeinen Dreieck anwenden; Sinussatz im allgemeinen Dreieck anwenden.The magazine "Solutions to Magazine 1" for the serious game re:construction is the solution booklet on the topic of triangles. In addition to excitingly packaged theory on the topics of right-angled and general triangles, this booklet also contains the solutions to exercises, puzzles and experiments to copy. There are also interesting facts, jokes and links (via link and QR code) to educational videos and other interesting sources to help you familiarise yourself with the topic of triangles. Magazine 1 without solutions can be found in "Magazine 1". The learning objectives include: Recognise properties of the right-angled triangle; name sides in the right-angled triangle; apply sine, cosine, tangent in the right-angled triangle; apply Pythagoras' theorem; know properties of the general triangle; apply cosine theorem in the general triangle; apply sine theorem in the general triangle
Solutions to Magazine 2 - Axioms : everything on the topics of the axiom of equilibrium, the axiom of interactions and the axiom of coplanar parallel forces
No full textBeim Magazin „Lösungen zu Magazin 2“ zum Serious Game re:construction handelt es sich um das Lösungsheft zum Thema Axiome. Neben spannend verpackter Theorie zu den Themen Gleichgewichts-, Wechselwirkungsaxiom und das Axiom der Linienflüchtigkeit befinden sich in diesem Heft auch die Lösungen zu den Übungsaufgaben, Rätseln und Experimenten zum Nachmachen. Ebenso gibt es wissenswerte Fakten sowie Verweise (via Link und QR-Code) zu Lernvideos und anderen interessanten Quellen, um sich das Thema der Axiome zu erschließen. Das Magazin 2 ohne Lösungen finden Sie im „Magazin 2“. Zu den Lernzielen gehören: Kräftegleichgewicht beschreiben und darstellen; Kräftegleichgewicht realisieren; Wechselwirkung von Kräften beschreiben und darstellen (Actio = Reactio); Unterschied zwischen Gleichgewicht und Wechselwirkung erkennen; Linienflüchtigkeit von Kräften beschreiben und darstellen; die Verbindung zwischen Vektoren und Kräften benennen und beschreiben; Kräfte als Vektoren zeichnen/darstellen.The magazine "Solutions to Magazine 2" for the serious game re:construction is the solution booklet on the topic of axioms. In addition to excitingly packaged theory on the topics of the axiom of equilibrium, the axiom of interactions and the axiom of coplanar parallel forces, this booklet also contains the solutions to the exercises, puzzles and experiments to copy. There are also interesting facts and references (via link and QR code) to educational videos and other inte-resting sources to familiarise yourself with the topic of axioms. Magazine 2 without solutions can be found in "Magazine 2". The learning objectives include: Describe and illustrate equilibrium of forces; realise equilibrium of forces; describe and illustrate interaction of forces (actio = reactio); recognise the difference between equilibrium and interaction; describe and illustrate the coplanar prallelism of forces; name and describe the connection between vectors and forces; draw/illustrate forces as vectors
Untersuchung der Auswirkung des Zr-Gehalts auf die elektrochemischen und tribologischen Eigenschaften neu entwickelter β-naher Ti-Legierungen (Ti-25Nb-xZr) für biomedizinische Anwendungen
No full textIn order to create alloys with exceptional properties for orthopedic uses, this study focuses on the impact of zirconium (Zr) content on the structural, electrochemical, and tribological qualities of nanostructured Ti–25NbxZr [x = 5, 10, 15, 20, 25, and 30 atomic (at.) %] alloys. The structural evolution was investigated using XRD and SEM techniques. The mechanical characteristics of the produced alloys, including Vickers hardness and Young’s modulus, were measured. In addition, the corrosion tests were performed using the OCP, EIS, and PD methods in Ringer’s solution within the independent pH range at 37°C. A ball-on-disc tribometer was used to investigate the tribological behavior of the alloys under various loads and wet conditions using the Ringer solution. It has been verified that Zr content (at. %) in the alloys had an impact on their morphologies, structural evolution, and mechanical characteristics. According to the morphological analysis, the particle and crystallite size decreases with increasing Zr content. Young’s modulus and Vickers hardness show the same tendency. The EIS data demonstrated that a single passive film formed on the alloy surfaces, and the addition of Zr enhanced the corrosion resistance of the passive films. The polarization curves demonstrate that the alloys had low corrosion current densities and large passive areas without the passive films disintegrating. Likewise, the inclusion of Zr resulted in a reduction in the corrosion and passive current density values. All of these results suggested that the titanium alloys exhibit a more noble electrochemical activity caused by Zr. From the tribological perspective, it was found that the friction coefficient of the alloys reduced with increasing Zr content.Um Legierungen mit außergewöhnlichen Eigenschaften für orthopädische Anwendungen zu schaffen, konzentriert sich diese Studie auf die Auswirkungen des Zirkonium (Zr)-Gehalts auf die strukturellen, elektrochemischen und tribologischen Eigenschaften von nanostrukturierten Ti-25NbxZr [x = 5, 10, 15, 20, 25 und 30 Atom-(at.) %] Legierungen. Die strukturelle Entwicklung wurde mit XRD- und SEM-Techniken untersucht. Die mechanischen Eigenschaften der hergestellten Legierungen, einschließlich der Vickershärte und des Elastizitätsmoduls, wurden gemessen. Darüber hinaus wurden die Korrosionstests mit den Methoden OCP, EIS und PD in Ringerlösung im unabhängigen pH-Bereich bei 37°C durchgeführt. Mit einem Kugel-Scheiben-Tribometer wurde das tribologische Verhalten der Legierungen unter verschiedenen Belastungen und nassen Bedingungen in Ringerlösung untersucht. Es wurde nachgewiesen, dass der Zr-Gehalt (in %) in den Legierungen einen Einfluss auf ihre Morphologie, strukturelle Entwicklung und mechanischen Eigenschaften hat. Die morphologische Analyse ergab, dass die Partikel- und Kristallitgröße mit zunehmendem Zr-Gehalt abnimmt. Elastizitätsmodul und Vickershärte zeigen die gleiche Tendenz. Die EIS-Daten zeigten, dass sich auf den Legierungsoberflächen ein einziger Passivfilm bildete, und der Zusatz von Zr erhöhte die Korrosionsbeständigkeit der Passivfilme. Die Polarisationskurven zeigen, dass die Legierungen niedrige Korrosionsstromdichten und große passive Flächen aufwiesen, ohne dass sich die Passivfilme auflösten. Ebenso führte der Zusatz von Zr zu einer Verringerung der Korrosions- und Passivstromdichtewerte. Alle diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass die Titanlegierungen eine edlere elektrochemische Aktivität aufweisen, die durch Zr verursacht wird. Aus tribologischer Sicht wurde festgestellt, dass der Reibungskoeffizient der Legierungen mit zunehmendem Zr-Gehalt abnahm
Elektrische Charakterisierung von HfO₂-basierten memristiven Bauelementen zur Integration in CMOS-kompatible neuromorphe Systeme
No full textThe rapid development of information and communication technologies is reaching critical limits that might compromise the global digitalization progress, one of the main economy pillars nowadays. Among others, limits like the end of Moore’s law, derived from miniaturization issues in nano-scale devices; the need for massive data processing parallelization due to the ever-increasing amount of data generated in every single aspect of our daily routine; and the acute increase of the annual electricity consumption in data center due to energy inefficiency in their computational architectures. Therefore, the need for partial or complete migration of current computing paradigms towards more sustainable ones is of paramount importance to bypass these limits. Neuromorphic computing systems inspired by the neural and synaptic activity of the human brain irrupted as an innovative alternative to merge memory and computing units, traditionally separated following the von Neumann architecture. Emerging non-volatile memory technologies, specifically the Resistive Random Access Memory (RRAM) technology, are playing important roles in the development of new computing paradigms due to their outstanding properties, namely, fast switching, high scalability, long state retention and their multilevel-cell capabilities, among others. The later stands out as a key feature to increase memory densities at lower area cost and it lately gathered special interest concerning neuromorphic applications. Due to the uncertainty surrounding the stochastic processes governing the resistive switching of the RRAM technology, here is still scarce number of real RRAM-based hardware implementations. In this work, motivated by the impact of the inherent stochasticity of the RRAM technology on neuromorphic systems’ performance, a thorough wafer-scale electrical characterization is carried out over HfO2-based RRAM devices to study their quasistatic response. Their non-idealities are identified, in a way that they could be modelled and potentially mitigated to enhance the memristive devices stability and thus, their performance carrying out multiply-accumulate (MAC) tasks, fundamental operations for the implementation of artificial intelligence (AI) applications. This characterization supports the adaptation of three physics-based compact models and an empirical study of vector-matrix multiplication (VMM) operations performed using real RRAM devices for neuromorphic applications. The impact of the devices’ non-idealities on the final operation results is assessed along consecutive VMMs. This work sets the baseline of the quasistatic characterization of IHP’s RRAM devices and opens the way towards real ardware neuromorphic systems with such technology.Durch die immer schnelle voranschreitende Entwicklung von Informations- und Kommunikationstechnologien werden kritische Grenzen erreicht, die dem globalen Digitalisierungsprozess im Wege stehen. Eine dieser Grenzen ist das Mooresche Gesetz, welches den Skalierungsprozess von integrierten Schaltkreisen beschreibt. Außerdem steigt der Bedarf der Informationsverarbeitung von digitalen Daten und damit dem globalen Energieverbrauch stetig an. Deshalb müssen herkömmliche Rechnerstrukturen durch neue nachhaltigere Konzepte, welche energiesparender arbeiten sollen, ersetzt werden. In klassischen von-Neumann Computern sind das Speicher- und Rechenwerk voneinander getrennt. Eine Möglichkeit, die angesprochenen Grenzen zu überwinden, sind neuromorphe Rechner, welche von neuronalen Strukturen inspiriert sind, in denen speichernde Bauelemente gleichzeitig einen Teil der Rechnung Übernehmen (In-Memory Computing). Eine dafür geeignete Technologie ist RRAM (Resistive Random Access Memory), dank deren Eigenschaften wie: Nichtflüchtigkeit, gute Skalierbarkeit, schnelles Schaltverhalten, lange Rentention-Zeiten und der Speichermöglichkeit mehrerer Bits pro Zelle. Gerade die zuletzt genannte Eigenschaft ist wichtig, um kompakte In-Memory Computing Einheiten für neuromorphe Anwendungen zu entwickeln. Des Weiteren können RRAM-Speicherzellen zusammen mit Transistoren in integrierten Schaltkreisen gefertigt werden. Auf Grund verschiedener Nicht-Idealitäten der RRAM-Bauelemente gibt es bis zum heutigen Zeitpunkt nur wenige neuromorphe RRAM-Systeme.
In dieser Arbeit wird eine umfängliche On-Wafer Untersuchung zum statischen Verhalten von integrierten HfO2-basierten RRAM-Bauelementen durchgeführt. Die angesprochenen Nicht-Idealitäten werden auf Grundlage der Messwerte quantisiert und Empfehlungen, wie dieses stochastische Verhalten für Anwendungen der künstlichen Intelligenz genutzt werden können gegeben. Diese Charakterisierung hilft bei der Adapation von drei physikalischen RRAM-Modellen. Ausgehend von den Messungen wird der Einsatz von RRAMs für die Berechnung von Vektor-Matrix Multipliationen (VMMs) überprüft. Diese mathematische Operation ist in neuromorphen Anwendungen allgegenwärtig. Es wird weiterhin untersucht, wie die Nicht-Idealitäten der RRAMs sich auf das Rechenergebnis auswirkt. Diese Arbeit legt durch die Charakterisierung von IHP‘s RRAM-Technologie den Grundstein für energieeffiziente neuromorphe Hardware-Beschleuniger mit eben dieser Technologie