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Masterarbeiten

Masterarbeit in
Materialwissenschaften/Physik

2-D Elektronengas-basierte Sauerstoffsensoren aus Oxid-Heterostrukturen

Atomar-definierte Oxidheterostruktur mit 2D-Elektronengas, das an der Grenzfläche der zwei angrenzenden Materialien entsteht. Das 2DEG soll als Sauerstoffsensor getestet und charakterisiert werden.

In dieser Masterarbeit werden 2-dimensionale Elektronengase (2DEGs) in Oxid-Schichtsystemen realisiert. Die 2D-Gase werden durch die Herstellung von atomar-definierten Grenzflächen zwischen zwei Oxidschichten erzeugt und grundlegend charakterisiert. Die Eigenschaften der 2DEGs sollen dann in Abhängigkeit der äußeren Atmosphäre bei Temperaturen zwischen 300°C und 800°C untersucht werden. In dynamischen Messungen, bei denen die umliegende Atmosphäre schlagartig verändert werden kann, soll die Eignung der 2DEG-basierten Oxid-Heterostrukturen als Hochtemperatur-Sauerstoffsensor getestet und die zugrunde liegenden atomistischen Prozesse charakterisiert werden.

Das Masterprojekt beinhaltet folgende Aufgaben:

  • Herstellung von Oxid-Schichten mittels gepulster Laserdeposition
  • Durchführung von dynamischen Hochtemperatur-Experimenten
  • Spektroskopische Untersuchung mittels Photoelektronen-Spektroskopie
  • Direkte Mitwirkung an einem internationalen Forschungsprojekt

Wir freuen uns auf Ihre Mitwirkung an diesem spannenden Projekt!

Voraussetzungen: Gute Kenntnisse in Festkörperphysik, Spaß an interdisziplinärer Arbeit, experimentelles Geschick, Fähigkeit zur Teamarbeit in einem internationalen Umfeld.

Ansprechpartner

Dr. Felix Gunkel

Tel: 02461-615339

E-mail: Bitte diesem Link folgen.

Masterarbeit in
Elektrotechnik/Materialwissenschaften/Physik

Untersuchung der Schaltkinetik in resistiv schaltenden SrTiO3 Zellen

Resistive nanoionische Speicher (ReRAMs) bilden eine Gruppe von multifunktionalen, hochdichtenund ultraschnellen Speichern, die künftig als Ersatz u.a. für Flash-Speicher oder in sogenanntenneuromorphen Systemen eingesetzt werden können. Das Speicherkonzept von ReRAMs beruht aufeiner Widerstandsänderung des aktiven Materials auf der Nanometer Skala. DieseWiderstandsänderung in Metall-Isolator-Metall-Strukturen entsteht durch elektrisch-induziertelokale Redoxreaktionen in Übergangsmetalloxiden. Dabei können die Schaltphänomene mitunterschiedlicher Spannungspolarität erzeugt werden.

Oxid-Clusteranlage am PGI-7

Beispielhafte Pulslängenabhängigkeit der Schaltspannungen für SrTiO3 Zellen

Während der Schaltprozess in der sogenannten counter-eightwise Schaltrichtung („An-Schalten” mitnegativen Spannungen) sehr gut charakterisiert und verstanden ist, sind die Details des eightwise-Schaltvorgangs („An-Schalten” mit positiven Spannungen) noch unklar. Im Rahmen der Masterarbeitsoll die Kinetik des Schaltvorgangs durch Spannungspulse mit Pulslängen über vieleGrößenordnungen untersucht werden (Nanosekunden bis Sekunden). Die experimentellen Datenwerden anschließend anhand von Modellen analysiert (z.B. mit dem Mott-Gurney Gesetz fürIonenbewegung in Oxiden und der Butler-Volmer Gleichung für Elektrodenreaktionen).

Das Masterprojekt wird am IWE2 (RWTH Aachen) und am PGI-7 (Forschungszentrum Jülich)durchgeführt und beinhaltet folgende Aufgaben:

  • Herstellung epitaktischer SrTiO3 Schichten mittels gepulster Laserdeposition am electronic oxide cluster in Jülich (aktive Schicht der Bauelemente)
  • Strukturierung von Speicherzellen durch Fotolithografie
  • Elektrische Charakterisierung der SrTiO3 Speicherzellen durch Strom-Spannungs-Sweeps und Spannungespulse im Bereich von Nanosekunden bis Sekunden
  • Analyse der Schaltkinetik anhand mathematischer Modelle

Ansprechpartner:

Dr. Christoph Bäumer

Forschungszentrum Jülich GmbH, PGI-7

Tel: 02461-61-5339

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Masterarbeit in
Materialwissenschaften/Chemie/Physik

Tieftemperatur Rastertunnel­mikroskopische Untersuchung von einzelnen Donor-Akzeptor-Molekülen

Ziele: Deposition und Charakterisierung von Donor-Akzeptor-Molekülen mittels Rastertunnelmikroskopie.

Durch die Verwendung von Molekülen als elektronische Speicherelemente und Schalter kann die Miniaturisierung der Strukturgrößen von Schaltkreisen an ihre äußerste Grenze geführt werden. Hierbei sollen Donor-Akzeptor-Diaden verwendet werden, die durch optische Anregung schaltbar sind. Die Grundlage hierzu bildet die elektronische und topografische Charakterisierung der verwendeten organischen Moleküle mittels Rastertunnelmikroskop, welches Abbildungen von Strukturen bis in den Ångström-Bereich ermöglicht.

In dieser Arbeit sollen verschiedene Donor-Akzeptor-Moleküle durch Sublimation auf zuvor präparierte Metallloberflächen abgeschieden werden. Im Anschluss sollen diese Moleküle und Ihre Anordnung auf der Oberfläche bei 4K untersucht werden. Als Hauptmethodik ist hierzu ein Hochvakuum-Rastertunnelmikroskop vorgesehen. Die Aufgaben in der Masterarbeit sind im Einzelnen:

  • Präparation eines Platineinkristalls als Substrat
  • Deposition von Molekülen auf Oberflächen
  • Charakterisierung der Oberflächen mittels Rastertunnelmikroskop
  • Elektronische Charakterisierung einzelner Moleküle zur Überprüfung Ihrer Eignung zum optischen Schalten

Voraus­setzungen:

  • Interesse am experimentellen Arbeiten
  • Solide Kenntnisse in Festkörperphysik und Oberflächenanalytik
  • Grundkenntnisse in Chemie
  • Bereitschaft sich in neue Methoden einzuarbeiten

Ansprech­partner:

Dr.-Ing. Silvia Karthäuser

Peter Grünberg Institut (PGI-7) - FZ Jülich

Tel: Tel.: 02461-61-4015

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oder:

René Ebeling, M.Sc.

Peter Grünberg Institut (PGI-7) - FZ Jülich

Tel: Tel.: 02461-61-4389

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28.02.2017

Masterarbeit in
Materialwissenschaften/Physik

Epitaktische Doppelperowskit-Dünnfilme für die Wasser-Elektrokatalyse

Wasser-Elektrokatalyse an epitaktischen Doppel-Perowskit-Oberflächen

Die effiziente Herstellung von Wasserstoff durch Elektrokatalyse ist zentrale Voraussetzung für die Nutzung von H2 als Energieträger der Zukunft. Dabei wird mittels maßgeschneiderter katalyti-scher Oberflächen Wasser direkt in seine Bestandteile O2 und H2 zerlegt (water splitting). Auf der Suche nach den effizientesten Materialien gehören komplex Oxide und Doppelperowskite zu den aussichtreichsten Kandidaten.

In dieser Masterarbeit sollen epitaktische Dünnschichten mit Nanometerpräzision hergestellt und näher Untersucht werden. Mittels gepulster Laser-Deposition werden dazu Doppelperowskit-Dünnschichten atomar definiert abgeschieden und die katalytischen Eigenschaf-ten untersucht. Ziel der Arbeit ist die Evaluation von „Structure-Property-Relations“ mit besonde-rem Fokus auf die Auswirkung der Sauerstoffunterstöchiomtrie in der Katalysatorschicht.

Das Masterprojekt beinhaltet folgende Aufgaben:

  • Herstellung epitaktischer Filme mittels gepulster Laserdeposition (Laser-MBE) und Varia-tion der Dünnfilm-Stöchiometrie und Orientierung
  • Elektrische und strukturelle Charakterisierung der Schichten (Transport, AFM und XRD)
  • Elektrochemische Charakterisierung der katalytischen Aktivität
  • Evaluation von der Funktionsmaterialien Schichten als katalytisches Oxid

Voraus­setzungen: Gute Kenntnisse in Festkörperphysik, Spaß an interdisziplinärer Arbeit, Experimentelles Geschick, Fähigkeit zur Teamarbeit in einem internationalen Umfeld.

Wir freuen uns auf Ihre Bewerbung für dieses spannende Projekt!

Ansprech­partner:

Dr. Felix Gunkel

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Bachelor-, Masterarbeit in
Elektrotechnik/Materialwissenschaften/Chemie/Physik

Defektchemie von neuartigen auf Ba und Co basierten Elektrokatalysatoren zur Wasserelektrolyse

Ziel: Aufklärung der Defektchemie in neuartigen Perovskit-Katalysatoren durch elektrische Charakterisierung.

Die Energiewende benötigt technische Lösungen zur Pufferspeicherung von umweltabhängigen, erneuerbaren Energien zur Anpassung der eingespeisten Leistung an den Strombedarf der Verbraucher um die Flexibilität der Stromproduktion von z.B. Kohlekraftwerken zu ersetzen.

Eine vielversprechende Lösung ist die Erzeugung von Wasserstoff mithilfe der elektrokatalytischen Wasseroxidation (Wasserelektrolyse). So erzeugter Wasserstoff kann eingelagert und bei Bedarf über Brennstoffzellen wiederum in Energie umgewandelt werden. Momentan mangelt es jedoch an kostengünstigen Katalysatoren, die geeignet sind einen dauerhaften und effizienten Einsatz zu gewährleisten. Das größte Verbesserungspotential wird an der Sauerstoffanode gesehen, weshalb sich diese Masterarbeit mit einem Materialsystem beschäftigt, dass für die Sauerstoffentwicklung entwickelt wurde.

Eine Abschlussarbeit in diesem Themenbereich würde folgende Aspekte beinhalten:

  • Herstellung und Lithografie von Dünnen Schichten
  • Elektrische, strukturelle und elektrochemische Charakterisierung
  • Auseinandersetzung mit Modellen der Defektchemie

Voraussetzungen

Zuverlässigkeit; Lösungsorientiertes Denken; Grundkenntnisse der Festkörper- und Oberflächenphysik sowie der physikalischen und der allgemeinen Chemie; Überdurchschnittliche Studienleistungen; Spaß an experimenteller, multidisziplinärer Arbeit in gruppenübergreifenden Teams.

Ansprechpartner

Daniel Bick

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M.Sc.Phys. Moritz von Witzleben
oder: Dr. Ilia Valov

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24.03.2016

Bachelor-, Masterarbeit in
Elektrotechnik/Materialwissenschaften/Physik

Charakterisierung resistiver Speicherzellen

Schemazeichnung (links), I-V-Kurve (rechts) und Retention (inset) einer Pt/SrTiO3/SrTi1-x NbxO3resistiven Speicherzelle mit High Resistance State (HRS) und Low Resistance State (LRS)

Kennziffer: D096/2015

Resistive Speicher (ReRAMs) bilden eine Gruppe von multifunktionalen, hochdichten und ultraschnellen Speichern, die künftig als Ersatz u.a. für Flash-Speicher oder in sogenannten neuromorphen Systemen eingesetzt werden können. Das Speicherkonzept von ReRAMs beruht auf einer Widerstandsänderung des aktiven Materials auf der Nanometer Skala. Diese Widerstandsänderung in Metall-Isolator-Metall-Strukturen entsteht durch elektrisch-induzierte lokale Redoxreaktionen in Übergangsmetalloxiden.

In dem Modelsystem epitaktischer SrTiO3-Schichten ist bekannt, dass die Wider­stands­änderung auf lokalen Valenzwechseln beruht, die durch Sauer­stoff­leer­stellen­bewegung hervorgerufen werden. Dabei spielen die Grenzfläche zwischen Metall­elektrode sowie die Stöchiometrie und Defekt­struktur der SrTiO3-Schichten eine zentrale Rolle. Je nach Proben­system zeigen sich Unter­schiede in den resistiven Schalteigenschaften, wie beispiels­weise Schalt­spannungen, Wider­stands­verhältnissen und Lang­zeit­stabilität der Wider­stands­zustände.

Das Ziel dieser Bachelorarbeit ist daher die systematische Charakterisierung dieser Unterschiede. Mögliche Aufgaben beinhalten:

  • Einprogrammieren von Widerstandszuständen in verschiedenen Probensystemen
  • Untersuchung der Langzeitstabilität
  • Auswertung und Interpretation der Messdaten

Voraussetzungen:

Gute Kenntnisse in Physik und Chemie, Spaß an interdisziplinärer Arbeit, Teamfähigkeit, Vorkenntnisse in „OriginPro” wünschenswert, aber nicht zwingend notwendig

Ansprechpartner:

Prof. Dr. Regina Dittmann

Peter Grünberg Institut (PGI-7) – Forschungszentrum Jülich

Tel: 02461-61-4760

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Nicolas Raab, M.Sc.

Peter Grünberg Institut (PGI-7) – Forschungszentrum Jülich

Tel: 02461-61-6302

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15.07.2015

Masterarbeit in
Materialwissenschaften/Chemie/Physik

Ultradünne Oxidschichten in memristivenSpeichern

Ziel: Untersuchung des Einflusses lokaler Erwärmung auf die Schaltkinetik resistiver Speicherzellen (ReRAM)

Resistive Datenspeicher auf Oxidbasis (ReRAM) sind eine Gruppe nichtflüchtiger Daten-speicher, die aufgrund ihres Energieverbrauchs, ihrer Skalierbarkeit und ihrer schnellen Schaltzeiten als potentieller Kandidat für zukünftige Speicherkonzepte gelten.

Die Funktionsweise der Speicherzellen basiert auf einer lokalen Widerstandsänderung im Oxid, ausgelöst durch eine von außen angelegte Spannung. Diese Widerstandsänderung kann durch ein Signal entgegengessetzter Polarität rückgängig gemacht werden.Die während des Schaltens auftretenden hohen Stromdichten können zu einer lokalen Erwärmung führen, die den Schaltprozess maßgeblich beeinflusst.

Um diesen Einfluss zu untersuchen soll die Temperatur der Zellen mittels einer nano-strukturierten Heizerstruktur eingestellt und der Effekt auf die Schaltkinetik untersucht werden. Zur Interpretation sollen die Messergebnisse mit FEM-Simulationen verglichen werden, für die das weit verbreitete Simulationstool COMSOL eingesetzt wird.

Voraussetzungen

Interesse & Spaß an der Verknüpfung von experimenteller Arbeit und SimulationSelbständige ArbeitsweiseTeamfähigkeit

Ansprechpartner

Dipl.Phys. Karsten Fleck

WSH - Raum 24 B 007

Tel: 0241 80-27817

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M.Sc.Phys. Moritz von Witzleben

WSH - Raum 24B005a

Tel: 0241 80-27829

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29.01.2016

Masterarbeit in
Elektrotechnik/Physik

Modellierung memristiver Speicherzellen (ReRAMs)

Aufbau mit Temperaturverteilung während des Schlatens (rechts, Quelle: A. Marchewka) und Konzentrationsprofile der mobilen Spezies (rechts) einer resistiven Speicherzelle

Ziel: Modellierung des dynamischen Schaltverhaltens von memristiven Speicherzellen für künftige nichtflüchtige Tbit-Speicher

Aufgrund ihrer schnelleren Schaltzeiten, ihres niedrigeren Energieverbrauchs und ihrer guten Skalierbarkeit gelten memristive Speicherzellen (ReRAMs) als potentielle Nachfolger der Flash-Speicher für die nächste Generation nichtflüchtiger Speicherbauelemente. ReRAMs sind Metall-Oxid-Metall-Strukturen, deren Widerstand durch Anlegen einer Spannung oder eines Stromes zwischen einem hochohmigen Zustand (OFF-Zustand der Zelle) und einem niederohmigen Zustand (ON-Zustand) geschaltet werden kann. Ein solches Schaltverhalten zeigen z. B. Zellen mit Ta2O5 als aktivem Material zwischen den Metallelektroden.

In dieser Arbeit soll ein Simulationsmodell entwickelt werden, das das dynamische Verhalten einer resistiven Speicherzelle beschreibt. Dazu soll ein bestehendes Modell, das die Drift und Diffusion der beweglichen Ladungsträger im Oxid beinhaltet, um mögliche Reoxprozesse zwischen Elektrode und Oxidmaterial (z.B. Oxidation/Reduktion der Metallelektrode) erweitert werden und anschließend das Schaltverhalten anhand von Simulationen untersucht werden.

Voraussetzungen:

Interesse an der Modellierung physikalischer Vorgänge, Programmierkenntnisse in C/C++, MATLAB sind hilfreich.

Ansprechpartner:

Dr.-Ing. Stephan Menzel

WSH - Raum 24 B 007

Tel: 0241 80-27817

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23.07.2015

Masterarbeit in
Materialwissenschaften/Chemie/Physik

Verfolgung des Wachstums von selbstorganisierten molekularen Drähten mittels Rastertunnelmikroskopie

Ziele: Herstellung von selbstorganisierten molekularen Drähten sowie Charakterisierung ihres Wachstums mittels Rastertunnelmikroskopie.

Durch Selbstorganisation hergestellte nanoelektronische Bauelemente sind von hohem Interesse im Bereich der Molekularelektronik. In dieser Arbeit sollen molekulare Drähte durch Selbstorganisation auf einer Goldoberfläche abgeschieden und die einzelnen Wachstumsschritte mit Hilfe eines Rastertunnelmikroskops charakterisiert werden. Weiterhin soll die Funktionalität des molekularen Drahtes überprüft werden, der ein Schaltelement darstellt, das durch elektrische oder optische Impulse angesprochen werden kann. Die einzelnen durchzuführenden Schritte sind:

  • Herstellung von Goldsubstraten
  • Selbstorganisation von Molekülen auf Oberflächen
  • Durchführung von einfachen chemischen „Klick”-Reaktionen auf Oberflächen
  • Charakterisierung der Oberflächen mittels Rastertunnelmikroskop
  • Überprüfung der Funktionalität des molekularen Drahtes

S. Karthäuser et al., PCCP 14, 1635 (2012)

Bewerberprofil:

  • Interesse am experimentellen Arbeiten
  • Solide Kenntnisse in Festkörperphysik und Oberflächenanalytik
  • Grundkenntnisse in Chemie
  • Bereitschaft sich in neue Methoden einzuarbeiten.

Ansprechpartner:

Dr. S. Karthäuser

Peter Grünberg Institut (PGI-7) - FZ Jülich

Tel: 02461 61-4015

E-mail: Bitte diesem Link folgen.

oder

René Ebeling, M.Sc.

Peter Grünberg Institut (PGI-7) - FZ Jülich

Tel: 02461-61-4389

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22.07.2015

Masterarbeit in
Elektrotechnik/Materialwissenschaften/Physik

Herstellung von selbstorganisierten Bornitrid-Monolagen und Charakterisierung mittels Rastertunnelmikroskopie

Ziel: Herstellung von BN-Monolagen und Deposition einzelner Moleküle auf diese sowie deren Charakterisierung mittels Rastertunnelmikroskopie.

Durch Selbstorganisation hergestellte nanostrukturierte Materialien sind ein aktuelles Gebiet intensiver Forschung. Insbesondere Bornitrid-Monolagen mit periodischer Lochstruktur im Nanometerbereich eignen sich als Matrize für die Abscheidung einzelner Moleküle. Ziel dieser Arbeit ist die Abscheidung einer selbstorganisierten Bornitrid-Schicht auf Einkristallen und die Überprüfung der Funktionalität der Schicht durch Molekülabscheidung. Hierzu sollen im Einzelnen folgende Schritte durchgeführt werden:

  • Oberflächenpräparation eines Einkristalls
  • Inbetriebnahme eines Verdampfers zur BN-Abscheidung und Testen des Arbeitspunktes
  • Selbstorganisation von Molekülen auf der BN-Schicht
  • Charakterisierung der Oberflächen mittels Rastertunnelmikroskopie

A. B. Preobrajenski et al., Phys. Rev. B 75, 245412 (2007)A

Voraussetzungen:

  • Interesse am experimentellen Arbeiten
  • Solide Kenntnisse in Festkörperphysik und Oberflächenanalytik
  • Bereitschaft sich in neue Methoden einzuarbeiten.

Ansprechpartner:

Dr. S. Karthäuser

Peter Grünberg Institut (PGI-7) - FZ Jülich

Tel: 02461 61-4015

E-mail: Bitte diesem Link folgen.

oder

René Ebeling, M.Sc.

Peter Grünberg Institut (PGI-7) - FZ Jülich

Tel: 02461-61-4389

E-mail: Bitte diesem Link folgen.


22.07.2015

Masterarbeit in
Materialwissenschaften/Physik

Wachstum ferroelektrischer Heterostrukturen für die in-situ PEEM-Analyse

Kennziffer: D078/2015

Ferroelektrische bzw. multiferroische Heterostrukturen sind von großen Interesse für zukünftige multifunktionale nanoelektronische Bauelemente. Das Verständnis der physikalischen Prozesse und Kopplungen an der Grenzfläche zwischen Ferroelektrikum und Metallelektrode ist für die Weiterentwicklung dieser Bauelemente von ganz zentraler Bedeutung. Im Rahmen dieser Masterarbeit sollen ferroelektrische Bauelemente hergestellt werden, deren Geometrie es ermöglicht, die elektronische Struktur der Grenzfläche mittels spektromikroskopischer Methoden (PEEM) in verschiedenen Polarisationszuständen zu untersuchen

Das Masterprojekt beinhaltet folgende Aufgaben:

  • Herstellung epitaktischen BaTiO3-Schichten mittels Laser-MBE
  • Charakterisierung der Schichten mittel Piezoresponse Rasterkraftmikroskopie (PFM)
  • Herstellung und Test ferroelektrischer Kondensatorstukturen für den in-situ-Betrieb während der PEEM-Analyse
  • Teilnahme an einer PEEM-Synchrotron Strahlzeit in Trieste (Elettra) bzw. Berlin (BESSY)

Voraussetzungen:

Gute Kenntnisse in Festkörperphysik
Spaß an interdisziplinärer Arbeit
Experimentelles Geschick
Fähigkeit zur Teamarbeit in einem internationalen Umfeld

Ansprechpartner:

Prof. Dr. Regina Dittmann

Forschungszentrum Jülich GmbH, PGI-7

Tel: 02461-614760

E-mail: Bitte diesem Link folgen.

oder:

Prof. Dr. Claus M. Schneider

Forschungszentrum Jülich GmbH, PGI-6

Tel: 02461-614428

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31.07.2015

Bachelor-, Masterarbeit in
Elektrotechnik/Materialwissenschaften/Physik

Herstellung und Charakterisierung von resistiven Speicherzellen mit kohlenstoffbasierten Interlayern

Ziel:Entwicklung eines Sputterprozesses für Subnanometer-Kohlenstoffschichten und anschließende Implementierung in resistive Speicherelemente

Resistive Speicherzellen (ReRAMs) gelten als vielversprechende Kandidaten als zukünftige Datenspeicher, welche DRAM sowie Flash ablösen könnten. Das Funktionsprinzip beruht dabei darauf, dass sich der elektrische Widerstand des aktiven Materials durch Anlegen einer Spannung um mehrere Größenordnungen reversibel verändern lässt.

Unter Anderem stehen dabei sogenannte elektrochemische Metallisierungszellen (ECM), sowie auf den Valenzwechsel-Mechanimus (VCM) basierende Materialsysteme im Fokus aktueller Forschung.

Durch die Implementierung von ultradünnen kohlenstoffbasierten Interlayern (Ziel: < 1 nm) ist mit einer Verbesserung der chemischen sowie elektrischen Stabiliät der Speicherzellen zu rechnen.

Im Rahmen dieser Arbeit sollen ECM- sowie VCM-Speicherzellen um solche Zwischen­schichten ergänzt werden. Die Herstellung der Speicherzellen erfolgt mittels gängiger Methoden der Chipherstellung durch Elektronenstrahlverdampfung, Sputterdeposition und Photolithographie.

Für die elektrische Charakterisierung stehen flexibel anpassbare Messaufbauten zur Verfügung.

Der Schwerpunkt der Arbeit liegt zunächst auf der Entwicklung eines geeigneten Prozesses für die Herstellung der Zwischenschicht. Je nach Fachrichtung und eigenem Interesse ist das weitere Vorgehen flexibel anpassbar.

Voraussetzungen:

Interesse und Spaß an experimenteller, interdisziplinärer Arbeit. Selbstständige Arbeitsweise.

Ansprechpartner:

Michael Lübben M.Sc.

Walter-Schottky-Haus – Raum 24 B 007

Tel: 0241 80-27817

E-mail: Bitte diesem Link folgen.

oder:

Dr. Ilia Valov

Walter-Schottky-Haus – Raum 24 B 014

Tel: 0241 80-27824

E-mail: Bitte diesem Link folgen.


23.09.2014

Masterarbeit in
Materialwissenschaften/Chemie/Physik

Dotierte Perovskite als leitfähige Oxide

Ziel: Untersuchung des lokalen Einflusses von Dotieratomen auf Perowskitoberflächen mittels Rastertunnelmikroskopie

Marshall et al., Phys. Rev. B 83 (2011) 035410

Castell, Surf. Sci. 505 (2002) 1

Ternäre Metalloxide wie die Perowskite decken einen weiten Bereich unterschiedlicher elektrischer und ionischer Leitfähigkeiten ab und stellen somit eine äußerst interessante Substanzklasse für die Entwicklung von resistiven Speichern dar. Durch Dotierung mit Fremdatomen ist eine gezielte Steuerung der elektronischen Eigenschaften dieser Substanzklasse in weiten Grenzen möglich. Über die zugrunde legenden Mechanismen ist dabei allerdings nur wenig bekannt.

Im Rahmen dieser Arbeit soll die Rolle von gängigen Dotieratomen wie Nb, La oder Fe auf die lokale Oberflächenstruktur von klassischen Perowskit-Materialien untersucht werden. Mit Hilfe von hochauflösender Rastertunnelmikroskopie wird eine atome Abbildung von oberflächennahen Fremdatomen angestrebt, um Aussagen über deren Verteilung und den Einfluss auf die lokale elektronische Struktur des Kristallverbunds treffen zu können. Das Projekt umfasst die Präparation von unterschiedlich stark dotierten Einkristalloberflächen für die Vermessung unter Ultrahochvakuumbedingungen sowie deren Untersuchung mittels Tieftemperatur-Rastertunnelmikroskopie, Elektronenbeugung und Photo­elektronen­spek­tros­kopie.

Voraus­setzungen:

Interesse am Umgang mit komplexen Präzisionsapparaturen, experimentelles Geschick, selbstständiges Arbeiten

Ansprech­partner:

Prof. Dr. Rainer Waser

E-mail: Bitte diesem Link folgen.

oder:

Dr. Marco Moors

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05.09.2014

Masterarbeit in
Materialwissenschaften/Physik

Oxidische Molekülsysteme als resistive Nanospeicher

Ziel: Charakterisierung und Manipulation von Polyoxovandaten auf atomarer Ebene mittels Rastertunnelmikroskopie

Die kontinuierliche Verkleinerung von konventionellen CMOS-Bauelementen hat in der Vergangenheit zu einem steten Anstieg an Speicherkapazität und Rechenleistung geführt. Da diese Entwicklung aber zunehmend an physikalische Grenzen stößt, müssen alternative Technologien entwickelt werden. Eine Möglichkeit besteht in der Verwendung von molekularen Systemen als Informationsträgern. Die bereits erfolgreich etablierte Technik des resistiven Schaltens zwischen verschiedenen Leitfähigkeiten von oxidischen Dünnschichtsystemen eignet sich hierfür in besonderem Maße.

Im Rahmen dieser Arbeit sollen verschiedene komplexe Polyoxovanadate (POV) auf ihre Eigenschaften zum resistiven Schalten hin untersucht werden. Hierzu wird die Adsorption auf metallischen Oberflächen unter Ultrahochvakuum-Bedingungen und Charakterisierung mittels Tieftemperaturrastertunnelmikroskop durchgeführt. Die Aufgabenstellung umfasst zunächst die Überführung der Moleküle ins Ultrahochvakuum, die hochauflösende Abbildung sowie die elektronische Charakterisierung der Moleküle. Im finalen Schritt soll schließlich der molekulare Redoxzustand durch gezielten Ladungstransfer mit der STM-Spitze manipuliert werden, um unterschiedliche Informationszustände zu simulieren.

Voraus­setzungen:

Interesse am Umgang mit komplexen Präzisionsapparaturen, experimentelles Geschick, chemische Grundkenntnisse

Ansprech­partner:

Prof. Dr. Rainer Waser

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oder:

Dr. Marco Moors

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11.07.2013

Bachelor-, Masterarbeit in
Elektrotechnik/Materialwissenschaften/Physik

Elektrokatalytische Wasseroxidation – Entwicklung eines Meßsystems

Ziel: Herstellung und Charakterisierung epitaktischer Oxid-Anoden für die Wasserelektrolyse

Die großtechnische Wasserelektrolyse wird den wichtigsten Prozess in der künftigen Energie-Infrastruktur darstellen. Der gewonnene Wasserstoff wird in Brennstoffzellen-basierten Fahrzeugen (PkW, Busse, etc.) eingesetzt werden. Zugleich ist er der Schlüssel zur Lösung des Speicherproblems der regenerativen Energieerzeugung, da er – wie heute Erdgas – in großen Gaskavernen als strategische Reserve der Bundesrepublik gespeichert werden kann.

Die Verbesserung der Effizienz der Wasserelektrolyse – und aufgrund des elektrischen Überpotentials insbesondere die Oxidationsseite – ist hierbei die größte Herausforderung für die Forschung & Entwicklung. Diese kann nur durch ein mikroskopisches Verständnis der elektrokatalytischen Teilschritte und ein daraus abgeleitetes, neuartiges Konzept für Elektrodenmaterialien bewältigt werden. Gegenüber bestehenden Lösungen ist der Anteil an Edelmetallen bei geringerem Überpotential in der Zelle zu verringern und die Lebensdauer zu erhöhen.

Zu den Aufgaben in der geplanten Arbeit (PGI-7, FZ Jülich / IWE2, RWTH Aachen) gehören:

  • Herstellung epitaktischer Oxid-Dünnschichten mittels Pulsed Laser Deposition (PLD)
  • Charakterisierung der Oberflächen-Morphologie mittels SEM und AFM, Strukturanalyse mittels Röntgenbeugung
  • Elektrochemische Charakterisierung

Voraus­setzungen:

Grundkenntnisse der Festkörper- und Oberflächenphysik sowie der physikalischen Chemie; Spaß an experimenteller, multidisziplinärer Arbeit in gruppenübergreifenden Teams.

Ansprech­partner:

Prof. Dr. Rainer Waser

E-mail: Bitte diesem Link folgen.

oder:

Dr. Ilia Valov

E-mail: Bitte diesem Link folgen.


11.07.2013

Bachelor-, Masterarbeit in
Elektrotechnik/Materialwissenschaften/Physik

Elektrokatalytische Wasseroxidation – Entwicklung und Aufbau eines Meßplatzes

Ziel: Entwicklung und Aufbau eines Meßplatzes für die Wasserelektrolyse

Die großtechnische Wasserelektrolyse wird den wichtigsten Prozess in der künftigen Energie-Infrastruktur darstellen. Der gewonnene Wasserstoff wird in Brennstoffzellen-basierten Fahrzeugen (PkW, Busse, etc.) eingesetzt werden. Zugleich ist er der Schlüssel zur Lösung des Speicherproblems der regenerativen Energieerzeugung, da er – wie heute Erdgas – in großen Gaskavernen als strategische Reserve der Bundesrepublik gespeichert werden kann.

Die Verbesserung der Effizienz der Wasserelektrolyse – und aufgrund des elektrischen Überpotentials insbesondere die Oxidationsseite – ist hierbei die größte Herausforderung für die Forschung & Entwicklung. Diese kann nur durch ein mikroskopisches Verständnis der elektrokatalytischen Teilschritte und ein daraus abgeleitetes, neuartiges Konzept für Elektrodenmaterialien bewältigt werden. Zentraler Bestandteil ist die Entwicklung und der Aufbau eines dedizierten Meßplatzes zur gezielten Untersuchung der Wasseroxidation.

Zu den Aufgaben in der geplanten Arbeit gehören:

  • Entwicklung eines elektrochemischen Meßplatzes zur gezielten Untersuchung der Wasseroxidation (3-Elektrodenanordnung unter potentiostatischer Kontrolle)
  • Charakterisierung mittels Impedanzspektroskopie, sowie mittels potentiostatischer und potentiodynamischer Strom-Spannungs-Messungen
  • Vorbereitung auf in-situ Untersuchungen mittels Tunnelspektroskopie

Voraus­setzungen:

Analogschaltungstechnik; Grundkenntnisse der physikalischen Chemie; Spaß an experimenteller, multidisziplinärer Arbeit in gruppenübergreifenden Teams.

Ansprech­partner:

Prof. Dr. Rainer Waser

E-mail: Bitte diesem Link folgen.

oder:

Dr. Ilia Valov

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11.07.2013

Masterarbeit in
Elektrotechnik/Physik

Untersuchung der Schaltkinetik an resistiven Speichern

Beispiel schnelle Pulsmessung (Source Hermes et. al, IEEE EDL, 2011)

Nanoskalige Resisitive Speicherzelle

Ziel: Dynamische Charakterisierung von TiO2basierten Memristoren

Resistive Speicherzellen (RRAMs) stellen einen vielversprechenden Ansatz für die nächste Generation nichtüchtiger Speicherbauelemente dar. Bei diesen Speicherzellen handelt es sich um Metall-Oxid-Metall-Strukturen, die durch Anlegen einer Spannung oder eines Stromes reversibel zwischen einem hochohmigen und einem niederohmigen Zustand geschaltet werden können. Die Details der physikalischen Vorgänge, die diesem Schaltmechanismus zugrunde liegen, sind jedoch noch nicht vollständig verstanden. Um die grundlegenden physikalischen Eekte, die das resistive Schalten beeinussen, zu untersuchen sollen temperatur- sowie atmosphärenabhängige elektrische Messungen mit einem hohen Dynamikumfang (ns ... s Zeitskala, bzw. GHz ... Hz Frequenzbereich) durchgeführt und analysiert werden. Hierzu sollen elektronische Messgeräte erweitert und automatisiert werden. Die hochfrequenten Messungen an Speicherzellen und die Auswertung der Ergebnisse sind weitere Aufgaben der Arbeit.

Voraussetzungen:

Erfahrungen in den Bereichen elektrische Messtechnik/-elektronik, Labview Programmierung Umgang mit Mathematischen Auswertemethoden, vorteilhaft sind Spass an experimenteller Arbeit und Interesse an Halbleiterprozesstechnologien

Ansprechpartner:

Dr. Vikas Rana

Peter Grünberg Institut – Forschungszentrum Jülich

Tel: 02461-616074

E-mail: Bitte diesem Link folgen.

oder:

Dipl.-Ing. Florian Lentz

Peter Grünberg Institut – Forschungszentrum Jülich

Tel: 02461-616288

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20.01.2012

Masterarbeit in
Materialwissenschaften/Physik

Redox-basierte nanoionische Speicherzellen

Ziel: Verständnis der mikros­kopischen Schalt­mechanismen in Übergangs­metalloxid-Hetero­strukturen für künftige, memristive Tbit-Speicher

Übergangs­metall­oxide lassen sich durch Anlegen einer Spannung reversibel zwischen zwei Widerstands­zuständen hin und her schalten. Dieser Effekt ist von großem Interesse für zukünftige hoch-integrier­bare nicht-flüchtige Speicher. Im Rahmen dieser Arbeit sollen die zugrunde liegenden physikalischen und elektro­chemischen Mechanismen weiter aufgeklärt werden.

Im Rahmen dieser Diplom-/ Master­arbeit sollen Dünnschicht­bauelemente mittels Laser-MBE abgeschieden und photo­lithographisch strukturiert werden. Nach elektrischer Charakteri­sierung soll die Deck­elektrode abgelöst und die Grenz­fläche mittels AFM charakterisiert werden. Darüber hinaus sollen die Proben anschließend in Kooperation mit anderen Gruppen mittels verschiedener mikroskopischer bzw. spektro­mikroskopischer Methoden untersucht werden (PEEM, TEM, STM/STS).

Voraussetzungen:

Spaß an experimenteller, technologisch orientierter Arbeit in gruppen­übergreifenden Teams.

Ansprechpartner:

Dr. Regina Dittmann

IFF-EM (FZ-Juelich)

Tel: 02461-614760

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26.04.2010

Masterarbeit in
Materialwissenschaften/Physik

Ferroelektrische Heterostrukturen

Ziel: Aufklärung des Einflusses atomar maßgeschneiderter Grenz­flächen auf die Charakteristik nicht-flüchtiger Speicher

Ziel dieser Arbeit ist die Aufklärung des Einflusses der Grenz­flächen auf die polaren Eigen­schaften von ferro­elektrischen Oxid­hetero­strukturen. Zu diesem Zweck sollen die Grenz­flächen auf atomarer Skala kontrolliert und gezielt modifiziert werden. Diese Kenntnisse sollen für die Entwicklung von zukünftigen nicht-flüchtige Bau­elementen genutzt werden.

Im Rahmen dieser Diplom-/ Master­arbeit sollen Dünnschicht­bauelemente mittels Laser-MBE abgeschieden und mittels AFM und XRD charakterisiert werden. Es sollen Kondensa­toren photo­lithographisch strukturiert und elektrisch untersucht werden. Im Rahmen verschiedener Kooperationen sollen die Proben mittels HRTEM, HREELS, HXPES und Elektronen­holographie analysiert werden.

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Voraussetzungen:

Spaß an experimenteller, technologisch orientierter Arbeit in gruppen­übergreifenden Teams.

Ansprechpartner:

Dr. Regina Dittmann

IFF-EM (FZ-Juelich)

Tel: 02461-614760

E-mail: Bitte diesem Link folgen.


26.04.2010