05 Fakultät Informatik, Elektrotechnik und Informationstechnik
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Item Open Access Strukturelle Eigenschaften von Cu(In,Ga)(Se,S)2 Dünnschichten(2003) Kötschau, Immo Michael; Werner, Jürgen H. (Prof. Dr. rer. nat. habil.)In Cu(In,Ga)(S,Se)2-Dünnfilmen treten, je nach Wachstum, auf natürliche Weise teilweise recht große Zusammensetzungsgradienten auf. Einerseits wurde an In-reichem Material eine Cu-arme Oberflächendefektschicht entdeckt, andererseits sorgt die Dynamik Cu-reicher Wachstumsprozesse für einen über die gesamte Schichtdicke veränderlichen Ga- oder S-Gehalt. Die gezielte Beeinflussung der tiefenabhängigen Konzentration von Ga und S kann unter anderem dazu genutzt werden, Rekombinationsverluste innerhalb der Solarzelle zu minimieren. Solches "Bandgap-Engineering" führte bereits zu entscheidenden Verbesserungen des Wirkungsgrades von Cu(In,Ga)(S,Se)2-Solarzellen. Für die gezielte quantitative Untersuchung der tiefenabhängigen Zusammensetzung in Dünnfilmen standen bisher ausschließlich nicht zerstörungsfreie Methoden zur Verfügung. Insbesondere können die mit Sputtermethoden erzielten Tiefenprofile der Zusammensetzung aufgrund des Sputterprozesses selbst stark fehlerbehaftet sein. Wegen dieser Problematik entwickelt diese Arbeit eine alternative Methode. Es hat sich gezeigt, dass sich Röntgenbeugungsspektren von Cu(In,Ga)(S,Se)2-Dünnfilmen, gemessen unter streifendem Einfall (Grazing Incidence X-Ray Diffraction; GIXRD), korrekt mittels eines Schichtenabsorptionsmodells, in welchem über die Absorption gewichteter Anteile aus unterschiedlich tiefen Schichten das Beugungsspektrum als Summe über alle Schichten berechnet wird, beschreiben lassen. Eine quantitative Auswertung von Strukturdaten, insbesondere die Verfeinerung von Zusammensetzungstiefenprofilen, ist damit möglich. Um die Gültigkeit der Modellierung einzugrenzen, erfolgte die Betrachtung und ausführliche Diskussion aller in der Praxis vorkommender apparate- und probenspezifischer Effekte. Während die Wechselwirkung von Oberflächenrauigkeiten und Brechung durch einfache Transformationen zu kompensieren sind, können beispielsweise tiefenabhängige Unterschiede der bevorzugten Orientierung Probleme aufwerfen, wenn über ihre Tiefenabhängigkeit keine Daten vorliegen. Prinzipiell ist jedoch die Untersuchung der Einflüsse aller Eingangsparamter, seien sie apparatebedingt oder durch die Probe selbst verursacht, möglich, solange alle übrigen Parameter bekannt sind. Eine eindeutige Verfeinerung von Tiefenprofilen muss dabei immer die Voraussetzung erfüllen, dass ein und derselbe Eingangsparametersatz gleichzeitig alle unter verschiedenen Einfallswinkeln gemessenen Spektren hinreichend genau beschreibt. Die Verfeinerung von Zusammensetzungstiefenprofilen erfolgt praktisch durch den Vergleich gemessener und simulierter Spektren, wobei dies in der jetzigen Fassung des dafür entwickelten Simulationsprogrammes (Thin Film X-Ray Diffraction Absorption Utility; TFXDAU) interaktiv geschieht. Die Eindeutigkeit der Anpassung hängt vom Umfang der a priori zur Verfügung stehenden Eingangsparameter ab. Liegen beispielsweise aufgrund des Wachstumsprozesses Informationen über mögliche Tiefenprofile bereits vor, lassen sich geeignete Modellfunktionen (Diffusionsprofile, Stufenfunktionen etc.) schrittweise durch vergleichende Simulationen anpassen. So gelang es, einen mehrstufigen S-Se-Gradienten des Anionen-Untergitters in einer Cu(In,Ga)(S,Se)2-Schicht detailgenau nachzuweisen. Die Veränderungen, die sich dabei gegenüber dem mit Sekundärionen-Massenspektrometrie gemessenen Tiefenprofil ergaben, ließen sich auf Messartefakte zurückführen, die der Sputterprozess selbst verursacht hat. Ebenso war ein In-Ga-Gradient im Kationen-Untergitter einer Cu(In,Ga)Se2-Schicht mit einer Tiefenauflösung von unter 50nm nachzuweisen. Die Gradierungen erstrecken sich dabei immer über die ganze Schichtdicke. In diesem Sinne erreicht diese Arbeit ihr eigentliches Ziel: die Entwicklung einer Methode, mit der die Tiefenabhängigkeiten der strukturellen Eigenschaften, welche auf das Engste mit den elektronischen Eigenschaften (Verlauf der Bandkanten) in Verbindung stehen, zu bestimmen sind. Als "Nebenprodukt" eignet sich diese Modellierung dazu, die integralen Ga- und S-Gehalte an homogenen Proben bis auf 2% genau zu bestimmen. Darüber hinaus hat sich gezeigt, dass die Möglichkeiten des Schichtenabsorptionsmodells noch nicht ausgeschöpft sind. Oberflächennahe Zusammensetzungsgradienten zeigen in Beugungsspektren, die unter kleinsten Einfallswinkeln gemessen werden, noch deutliche Auswirkungen. Die Existenz der immer wieder ins Spiel gebrachten Cu-armen Oberflächendefektschicht war mit Hilfe der Modellierung Cu-armer Oberflächen eindeutig nachzuwiesen. Überdies ließ sich ein Zusammenhang zwischen integralem Cu-Gehalt und der mittleren Dicke der Cu-armen Oberflächendefektschicht belegen.Item Open Access A protocol for preserving the exactly-once property of mobile agents(1997) Rothermel, Kurt; Straßer, MarkusMobile agents are autonomous objects that can migrate from node to node of a computer network. Mobile agent technology has been proposed for various application areas, including electronic commerce, systems management and active messaging. Many of these applications - especially those for electronic commerce - require agents to be performed 'exactly once', independent of communication and node failures. In other words, once a mobile agent has been launched, it must never be lost before its execution is finished. Moreover, each 'portion' of the agent performed at the visited nodes is performed exactly once. Due to the autonomy of mobile agents, there is no 'natural' instance that monitors the progress of an agent's execution. As a result of that agents may be blocked due to node crashes or network partitioning even if there are other nodes available that could continue processing. In this paper, we will describe a protocol that ensures the exactly once property of agents and additionally reduces the blocking probability of agents by introducing so-called observer nodes for monitoring the progress of agents. This protocol is based on conventional transactional technology, such as defined by X/Open DTP or CORBA OTS. It is implemented in the Mole, a mobile agent system developed at Stuttgart University.Item Open Access Languages, methods, and tools for software specification(1989) Ludewig, JochenSpecification systems consist of methods, languages, and tools; the languages may be more or less formal. In this paper, the general ideas of semi-formal specification systems are presented, and some examples are shown.Item Open Access Reachability analysis of multithreaded software with asynchronous communication(2005) Bouajjani, Ahmed; Esparza, Javier; Schwoon, Stefan; Strejcek, JanWe introduce asynchronous dynamic pushdown networks (ADPN), a new model for multithreaded programs in which pushdown systems communicate via shared memory. ADPN generalizes both CPS (concurrent pushdown systems) and DPN (dynamic pushdown networks). We show that ADPN exhibit several advantages as a program model. Since the reachability problem for ADPN is undecidable even in the case without dynamic creation of processes, we address the bounded reachability problem, which considers only those computation sequences where the (index of the) thread accessing the shared memory is changed at most a fixed given number of times. We provide efficient algorithms for both forward and backward reachability analysis. The algorithms are based on automata techniques for symbolic representation of sets of configurations.Item Open Access Software Engineering und CASE - Begriffserklärung und Standortbestimmung(1991) Ludewig, JochenCASE-Tools werden heute als wichtige Mittel der Leistungs- und Qualitätssteigerung im Software Engineering betrachtet. Diese Einschätzung ist richtig, wenn sie mittel- und langfristig verstanden wird; sie ist falsch, wenn man erwartet, rasche Hilfe zu bekommen, die Versäumnisse in der Methodik und Schulung ausgleicht. Die heute angebotenen Werkzeuge weisen charakteristische Mängel auf, die - entgegen den Ankündigungen - ihren durchgehenden Einsatz sehr schwer machen. Trotzdem kann unter bestimmten Voraussetzungen, auch organisatorischen, die Qualität des Entwicklungsprozesses tatsächlich erhöht werden. Diese Verbesserung wirkt sich auch auf die Produktivität aus.Item Open Access A context-aware hoarding mechanism for location-dependent information systems(2000) Kubach, Uwe; Rothermel, KurtWhen used in an outdoor environment mobile information systems often suffer from the disadvantages of wireless WANs, especially low bandwidth, high delay, and frequent disconnections. Hoarding is an effective method to overcome these disadvantages by transferring information which is probably needed by the user in advance. In this paper we propose a generic, context-aware hoarding mechanism. When selecting the information to hoard, it considers the user's future location as well as the expected speed of movement. In contrast to existing hoarding mechanisms it is universally applicable for different types of location-dependent, mobile information systems. Its flexibility allows it to rely on different knowledge sources in order to get information about a user's context.Item Open Access Application sharing in teaching context with wireless networks(2001) Burger, Cora; Papakosta, Stella; Rothermel, KurtThe success of teaching is depending on a couple of factors: on how far students are involved into lectures, on the material, its completeness and on co-learning of students. Involvement of students into lectures means, being able to follow the thoughts of the teacher, ask questions and make comments. The material must be presented in a suitable form and essential parts of it have to be available during the whole learning process, for preparing participation in lectures and exercises as well as for exams. For more effective learning and training of social abilities, working in groups of co-learners has to be encouraged. Mobile and ubiquitous computing offer new possibilities to achieve these goals by increasing the awareness in class and supporting an active participation of students. By promoting existing concepts and enabling new ways of application sharing, the project SASCIA (System architecture supporting cooperative and interactive applications) aims at developing a framework for multiple applications to support teaching in collocated, remote and hybrid scenarios. Its core is composed of components to capture and distribute context information about sessions, participants and those applications that are used during a lecture or encounter among students. A configurable floor control was designed to cope with a wide spectrum of applications and learning situations. For some cases, even a control for semantic consistency can be necessary. In combination with a suitable user and session management, a whiteboard for annotations and a recording facility to support latecomers as well as subsequent replay, these components are providing the required functionality. As a consequence, SASCIA offers remote control and viewing facilities to all participants during lectures and co-learning sessions.Item Open Access Validierung komponentenbasierter Software für Echtzeitsysteme(2003) Fleisch, Wolfgang; Göhner, Peter (Prof. Dr.-Ing. Dr. h.c.)Der Anteil und die Bedeutung von Software bei der Entwicklung von Echtzeitsystemen wächst sehr stark. Gleichzeitig werden die Entwicklungszyklen für Software-Produkte zunehmend kürzer, was sich immer häufiger in ausgelieferter fehlerhafter Software widerspiegelt. Durch die Verwendung vorgefertigter Software-Komponenten kann nach dem Baukastenprinzip bei der Konstruktion neuer Produkte die Produktivität und die Qualität erheblich gesteigert werden. Aber auch wenn durch den Einsatz geprüfter, betriebsbewährter Software-Komponenten viele Fehler vermieden werden, muss eine aus Komponenten zusammengesetzte Software auch in Zukunft mit geeigneten Prüfverfahren validiert werden, weil beim Zusammenspiel der Komponenten weiterhin Fehler entstehen können. In der vorliegenden Arbeit wird dazu ein Prüfverfahren zur Validierung komponentenbasierter Software für Echtzeitsysteme entwickelt, das das dynamische Verhalten von komponentenbasierter Software gegenüber den Anforderungen aus Anwendersicht überprüft. Die Anforderungen werden zu Beginn der komponentenbasierten Softwareentwicklung als Anwendungsfälle spezifiziert. Mit Hilfe von erweiterten UML Sequenzdiagrammen werden die Anwendungsfälle systematisch in eine formale, automatisiert prüfbare Notation überführt, die auch die Spezifikation von Echtzeitanforderungen explizit unterstützt. Da beim Entwurf von komponentenbasierter Software bereits vollständig spezifizierte Software-Komponenten verwendet werden, kann das Verhalten schon in der frühen Entwurfsphase mit Hilfe von Simulation validiert werden. Die Verwendung von Simulation hat den Vorteil, dass auch ohne die in der Praxis meist spät verfügbaren Bestandteile des technischen Prozesses und des Automatisierungsrechnersystems eine Prüfung des simulierten Verhaltens der komponentenbasierten Software durchgeführt werden kann. Anhand festgelegter Prüfkriterien wird dann das simulierte Verhalten der komponentenbasierten Software gegenüber dem in den Anwendungsfällen spezifizierten Verhalten geprüft, um damit frühzeitig Fehler aufzudecken. Eine im Rahmen der Arbeit realisierte Validierungsumgebung unterstützt den Softwareentwickler dabei umfassend, angefangen bei der Spezifikation von prüfbaren Anwendungsfällen, bis hin zur automatisierten Prüfung des simulierten Verhaltens. Die Leistungsfähigkeit des Prüfverfahrens und der Validierungsumgebung werden abschließend am Beispiel der Entwicklung und Validierung einer komponentenbasierten Software für eine Kfz-Scheibenwischeranlage demonstriert.Item Open Access The design and implementation of a presentation system for interactive 3D graphics applications(2005) Stegmaier, Simon; Klein, Thomas; Strengert, Magnus; Ertl, ThomasWe present the design and implementation of a stand-alone system for presenting interactive 3D graphics applications and arbitrary multimedia contents to a public audience. The description includes technical details regarding the construction of a sturdy case to accommodate touchscreen, PC, video projector, and sound equipment, and details involved in the design of the presentation software. The presented system was evaluated during a week-long exhibition with several hundreds of users.Item Open Access Entwicklung hybrider Komponentenmodelle zur Prozessüberwachung komplexer dynamischer Systeme(2004) Manz, Susanne; Göhner, Peter (Prof. Dr.-Ing. Dr. h. c.)Für die Automatisierung kontinuierlich-diskreter technischer Prozesse ist neben der Realisierung der Steuerungs- und Regelungsfunktionen auch die automatische Überwachung des bestimmungsgemäßen Betriebs von großer Bedeutung. In ingenieurtechnischen Anwendungen werden zur Prozessüberwachung und Diagnose häufig modellbasierte Lösungen mit dem Ziel betrachtet, eine möglichst genaue Beschreibung der betreffenden technischen Anlage zu erhalten. Jedoch ist besonders für komplexe dynamische Systeme das Aufstellen und Betreiben eines mathematischen Modells zur Online-Überwachung mit vielen Schwierigkeiten verbunden. Aufgrund dieser Schwierigkeiten bieten sich für komplexe Systeme qualitative Modellierungsverfahren an. Bei diesen Verfahren müssen die inneren physikalischen Zusammenhänge nicht genau wiedergegeben werden, sondern die Modelle enthalten nur Situationen, in denen etwas „passiert“. Das qualitative Modell muss solche Situationen voneinander unterscheiden können. Eine Möglichkeit, diese Schwierigkeiten in den Griff zu bekommen, ist die Kombination von qualitativen und kontinuierlichen, so genannten hybriden Modellen. Im Rahmen des Forschungsthemas „Entwicklung hybrider Komponentenmodelle zur Prozessüberwachung komplexer dynamischer Systeme“ wurde das SQMD-Verfahren (Situation based Qualitative Monitoring and Diagnosis) entwickelt. Das Verfahren zeichnet sich durch eine einfache, streng komponentenorientierte Modellierung aus. Komponenten ohne Speicherwirkung des technischen Prozesses werden nur qualitativ modelliert. In diesem Fall ordnet der Modellierer jeder physikalischen Größe verschiedene Wertebereiche zu, die das ordnungsgemäße und das fehlerhafte Verhalten dieser Komponente qualitativ beschreiben. Die dynamische Beschreibung erfolgt nur für Komponenten mit Speicherwirkung und wird für die Abbildung des dynamischen Systemverhaltens im qualitativen Modell benötigt. Im Rahmen der Online-Überwachung werden innerhalb eines bestimmten Zeitfensters alle Komponenten miteinander verknüpft und der Zustandsraum reduziert. Dies erfolgt auf Basis der hybriden Komponentenmodelle, der Systemstruktur und der vom technischen Prozess eingehenden Sensor- und Aktordaten. Der reduzierte Zustandsraum kann auf eventuelles Fehlverhalten des technischen Prozesses untersucht werden. Die Durchführbarkeit des Konzepts wird am Modellprozess Drei-Tank-System demonstriert. Anschließend findet die Übertragung auf ein reales System, die Überwachung der aero- und gasdynamischen Prozesse im Kohlebergwerk, statt.