Bachelor and Master Theses

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last update: 31-03-2017

Graphene

Masterarbeit: Wachstum von epitaktischem Graphen auf SiC-Substraten (ab September 2017)

Graphen weist als eindimensionales Material eine Reihe von ganz besonderen Eigenschaf-ten auf, die in der Elektronik und Energietechnik neue Anwendungen ermöglichen. Graphen kommt dabei sowohl als Metall als auch als Halbleitermaterial zum Einsatz. Die Herstellung von Graphen-Schichten erfolgt heute im Wesentlichen nach vier Verfahren: Die „Skotch-Tape“-Methode ermöglich strukturell defektarmes Material für Grundlagenuntersuchungen. CVD-Methoden ermöglichen großflächige Schichten, z.B. für Displayanwendungen. Die nasschemische Abscheidung von kolloidalem Graphen eignet besonders gut für die Her-stellung von Elektroden. Das sogenanntes epitaktische Graphen wird auf dem Halbleiter Siliziumkarbid hergestellt indem kontrolliert Silizium verdampft wird. Auf der SiC-Oberfläche bildet sich dabei ein sehr geordnetes Graphen, dass von seiner strukturellen Qualität zwar nicht ganz an das „Skotch-Tape“-Pendent heranreicht, aber das größte Potential für die Realisierung von elektronischen Bauelementen mit Graphen in der aktiven Zone aufweist.
Aufgabenstellung:
Im Rahmen der Arbeit soll Graphen auf unterschiedlichen SiC Kristallorientierungen hergestellt und auf seine Eigenschaften untersucht werden. Als Besonderheit für das Labor in Erlangen kommen dabei Siliziumkarbid-Substrate aus eigener Fertigung zum Einsatz, die sich in der kristallographischen Oberflächenorientierung unterscheiden. Die Charakterisierung der hergestellten Schichten erfolgt mittels Rasterkraftmikroskopie, Raman Spektroskopie, optischer Transmission und evtl. weiterer oberflächensensitiven Methoden. Ziel der Masterarbeit ist die Entwicklung von Graphen als Elektrodenmaterial auf Siliziumkarbid.

contact peter.wellmann@fau.de, last update 31.03.2017

 

Bulk growth and epitaxy of SiC

Masterarbeit:    Charakterisierung von 3C-SiC Einkristallen (ab Juni 2017)

Kubisches, sogenanntes 3C-SiC unterscheidet sich in seiner Kristallstruktur von den Standardpolytypen 4H-SiC und 6H-SiC und weist physikalische Eigenschaften auf die für Anwendungen in der Optoelektronik und Photovoltaik besonders interessant sind. Das Wachstum von 3C-SiC mit hoher Kristallqualität ist aber noch weitgehend unverstanden. Besonders vielversprechend hat sich in den letzten Jahren die Sublimations-Epitaxie herausgestellt. In Erlangen wurde außerdem ein Transferprozess entwickelt der es ermöglicht CVD gewachsene 3C-SiC-auf-Silizium Schichten zu transferieren und diese hochqualitativen Schichten als Keime in der Sublimations-Epitaxie anzuwenden- Im Rahmen einer Master-Arbeit werden 3C-SiC Einkristalle präpariert und charakterisiert. Hierfür werden unterschiedlichste Methoden verwendet wie z.B. die Raman-Spektroskopie, Photoluminszenz, REM, etc..

contact: philipp.schuh@fau.de, last update 31.03.2017

 

Masterarbeit:    Wachstum von epitaktischem Graphen auf unterschiedlichen SiC-Oberflächen (ab Juni 2017)

Graphen weist als eindimensionales Material eine Reihe von ganz besonderen Eigenschaften auf, die in der Elektronik und Energietechnik neue Anwendungen ermöglichen. Graphen kommt dabei sowohl als Metall als auch als Halbleitermaterial zum Einsatz. Die Herstellung von Graphen-Schichten erfolgt heute im Wesentlichen nach vier Verfahren: Die „Skotch-Tape“-Methode ermöglicht strukturell defektarmes Material für Grundlagenuntersuchungen. CVD-Methoden ermöglichen großflächige Schichten, z.B. für Displayanwendungen. Die nasschemische Abscheidung von kolloidalem Graphen eignet sich besonders gut für die Herstellung von Elektroden. Das sogenannte epitaktische Graphen wird auf dem Halbleiter Siliziumkarbid hergestellt indem kontrolliert Silizium verdampft wird. Auf der SiC-Oberfläche bildet sich dabei ein sehr geordnetes Graphen, dass von seiner strukturellen Qualität zwar nicht ganz an das „Skotch-Tape“-Pendent heranreicht, aber das größte Potential für die Realisierung von elektronischen Bauelementen mit Graphen in der aktiven Zone aufweist.
Aufgabenstellung:
Im Rahmen der Arbeit soll auf unterschiedlichen Oberflächen der Polytypen 4H und 6H sowie 3C präpariert und epitaktisches Graphen aufgewachsen werden. Anhand einer Serie von Experimenten sollen die besten Parameter zur Herstellung von epitaktischem Graphen auf den jeweiligen Oberflächen gefunden werden. Die Charakterisierung der hergestellten Schichten erfolgt mittels Rasterkraftmikroskopie, Raman Spektroskopie, optischer Transmission, Hall-Messungen und evtl. weiterer oberflächensensitiven Methoden. Ziel der Masterarbeit ist die Entwicklung von Graphen als Elektrodenmaterial auf Siliziumkarbid.

contact: philipp.schuh@fau.de, last update 31.03.2017

 

Formation and characterization of CIGSSe and CZTSSe solar cell materials

Masterarbeit: Herstellung und Charakterisierung einer CuInSe2-Solarzelle mit Absorberschicht aus Nanopartikeln

Hintergrund: Im Bereich der Photovoltaik tun sich Dünnschichtsolarzellen immer mehr als besonders vielversprechend hervor. Verglichen mit einkristallinen Siliziumsolarzellen bieten sie den Vorteil des geringeren Materialverbrauchs, da sie durch höhere Absorptionskoeffizienten nur einen Bruchteil der Schichtdicke benötigen. Der Spitzenreiter unter den Dünnschicht-solarzellen basiert auf dem Chalkopyritsystem CuInxGa1-xSeyS2-y (CIGSSe) und liegt mit einem Rekordwirkungsgrad von 22,6% schon höher als poly-Siliziumsolarzellen (21,3%). Die bisherigen Herstellungsmethoden der CIGSSe Solarzellen-Absorber, SEL-RTP und Coevaporation, sind auf Vakuumtechnologie und teils giftige Chemikalien angewiesen. Daher wird an einer alternativen Methode gearbeitet, die auf der nasschemischen Synthese und Abscheidung verschiedener Nanopartikel basiert.

Aufgabenstellung: Im Rahmen der Arbeit sollen metallische Kupfer-Indium Nanopartikel und elementare Selen-NP sowie Kupfer- und Indiumselenid-NP synthetisiert und auf molybdänbeschichtete Glassubstrate abgeschieden sowie anschließend einer Temperaturbehandlung unterzogen werden. Durch Variation der Parameter für Abscheidung und Temperaturbehandlung wird eine dichte Schicht mit möglichst geringer Porosität angestrebt. Die Charakterisierung der hergestellten Absorberschichten erfolgt hauptsächlich mit Rasterelektronenmikroskop (SEM) und Röntgenbeugung (XRD). Zur fertigen Solarzelle werden die Cadmiumsulfid Pufferschicht sowie eine transparente Frontelektrode ergänzt, die Charakterisierung erfolgt am Solarsimulator.

contact: msc.matthias.schuster@fau.de, last update 31.03.2017

 

Bachelorarbeit: Herstellung und Charakterisierung einer CuInSe2-Solarzelle mit Verwendung von Nanopartikeln für den Absorber

Hintergrund: Im Bereich der Photovoltaik tun sich Dünnschichtsolarzellen immer mehr als besonders vielversprechend hervor. Verglichen mit einkristallinen Siliziumsolarzellen bieten sie den Vorteil des geringeren Materialverbrauchs, da sie durch höhere Absorptionskoeffizienten nur einen Bruchteil der Schichtdicke benötigen. Der Spitzenreiter unter den Dünnschicht-solarzellen basiert auf dem Chalkopyritsystem CuInxGa1-xSeyS2-y (CIGSSe) und liegt mit einem Rekordwirkungsgrad von 22,6% schon höher als poly-Siliziumsolarzellen (21,3%). Die bisherigen Herstellungsmethoden der CIGSSe Solarzellen-Absorber, SEL-RTP und Coevaporation, sind auf Vakuumtechnologie und teils giftige Chemikalien angewiesen. Daher wird an einer alternativen Methode gearbeitet, die auf der nasschemischen Synthese und Abscheidung verschiedener Nanopartikel basiert.

Aufgabenstellung: Im Rahmen der Arbeit sollen elementare Selen-Nanopartikel sowie Kupferselenid-NP synthetisiert und auf Molybdän- und Kupfer-Indium-beschichtete Glassubstrate abgeschieden sowie anschließend einer Temperaturbehandlung unterzogen werden. Die Charakterisierung der hergestellten Absorberschichten erfolgt hauptsächlich mit Rasterelektronenmikroskop (SEM) und Röntgenbeugung (XRD). Zur fertigen Solarzelle werden die Cadmiumsulfid Pufferschicht sowie eine transparente Frontelektrode ergänzt, die Charakterisierung erfolgt am Solarsimulator.

contact: msc.matthias.schuster@fau.de, last update 31.03.2017


Ammonothermal Growth of Nitride Semiconductor

Bachelorarbeit: Untersuchung der ammonothermalen Kristallisation von Galliumnitrid mittels in situ Röntgenabbildung  bereits vergeben / in Arbeit

Die Ammonothermal-Synthese ermöglicht die Herstellung von GaN Einkristallen besonders hoher Qualität für Anwendungen in der Leistungs- und Optoelektronik. Aufgrund der technisch anspruchsvollen Bedingungen bei der ammonothermalen Kristallzüchtung (Temperaturen bis ca. 600°C, Drücke bis ca. 3000bar und korrosive Reaktionsmedien) sind die dem Kristallisationsprozess zugrunde liegenden chemischen und physikalischen Vorgänge bislang nur sehr unzureichend verstanden. In einer vorangegangenen Arbeit wurde ein Versuchsaufbau zur Untersuchung des Kristallisations- und Lösungsgleichgewichtes sowie der zur Kristallisation erforderlichen Übersättigung entwickelt, welcher im Rahmen der Bachelorarbeit für systematische Untersuchungen genutzt werden soll. Die Beobachtung des Kristallisationsprozesses erfolgt hierbei mittels 2D-Röntgenabbildung.

contact: saskia.schimmel@fau.de, last update 31.03.2017

 

Masterarbeit: Untersuchung der ammonothermalen Kristallisation von Galliumnitrid mittels in situ Röntgenbeugung  bereits vergeben / in Arbeit

Die Ammonothermal-Synthese ermöglicht die Herstellung von GaN Einkristallen besonders hoher Qualität für Anwendungen in der Leistungs- und Optoelektronik.

Aufgrund der technisch anspruchsvollen Bedingungen bei der ammonothermalen Kristallzüchtung (Temperaturen bis ca. 600°C, Drücke bis ca. 3000bar und korrosive Reaktionsmedien) sind die dem Kristallisationsprozess zugrunde liegenden chemischen und physikalischen Vorgänge bislang nur sehr unzureichend verstanden. Im Vorfeld wurde eine Anlage zur Kristallisation von GaN entwickelt, welche Röntgenbeugungs-Messungen am wachsenden Kristall ermöglicht. Im Rahmen der Arbeit soll zum einen der Kristallisationsprozess in diesem Aufbau etabliert werden und zum anderen der Einfluss verschiedener Prozessparameter auf das Kristallwachstum anhand der in situ Röntgenbeugung untersucht werden. Dies beinhaltet auch eine Weiterentwicklung der Auswerte-Methodik für die in situ Röntgenbeugungs-Messungen.

contact: saskia.schimmel@fau.de, last update 31.03.2017


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