Modulating Thin Film Transistor Characteristics by Texturing the Gate Metal.

The development of reliable, high performance integrated circuits based on thin film transistors (TFTs) is of interest for the development of flexible electronic circuits. In this work we illustrate the modulation of TFT transconductance via the texturing of the gate metal created by the addition of a conductive pattern on top of a planar gate. Texturing results in the semiconductor-insulator interface acquiring a non-planar geometry with local variations in the radius of curvature. This influences various TFT parameters such as the subthreshold slope, gate voltage at the onset of conduction, contact resistance and gate capacitance. Specific studies are performed on textures based on periodic striations oriented along different directions. Textured TFTs showed upto ±40% variation in transconductance depending on the texture orientation as compared to conventional planar gate TFTs. Analytical models are developed and compared with experiments. Gain boosting in common source amplifiers based on textured TFTs as compared to conventional TFTs is demonstrated

전자소자로 응용을 위한 전이금속계화합물의 직접 합성에 관한 연구

학위논문(박사) -- 서울대학교대학원 : 자연과학대학 화학부, 2021.8. 홍병희.전이금속계화합물은 뛰어난 기계적, 광학적, 전기적 특성으로 인해 차세대 상업용 플렉시블 로직 디바이스 및 센서를 개발하기위한 탁월한 플랫폼으로 입을 수 있는 전자기기 제작을 위한 폼 팩터를 부여할 수 있습니다. 이를 구현하기 위해 전이금속계화합물의 대면적 박막 합성법은 복잡한 진공 기반 접근 방식을 거치는 문제점을 지녀왔습니다. 따라서, 임의의 기판 위에 대면적 전이금속계화합물 박막을 합성하여 대량 생산을 진행할 수 있는 간단하고 효과적인 방법을 개발하는 것이 중요합니다. 이 점에서 용액 기반 전이금속계화합물 합성 방법은 비 진공 분위기에서 제조 공정의 단순화와 대면적화를 동시에 이룰 수 있는 효율적인 합성법입니다. 제1장에서는 용액공정 기반의 전이금속계화합물 전구체 박막 증착 및 합성의 발전 과정을 요약하고, 증착 된 전구체를 열분해 시켜서 전이금속계화합물 박막으로 형성하는 합성 방법의 장단점에 대해 논의합니다. 마지막으로는 전자기기 및 센서에서 미래에 적용 가능한 응용분야에 대해 설명합니다. 제2장에서는 비진공 상태에서 펄스 레이저 어닐링 기법 (λ = 1.06 μm, 펄스 지속 시간 ~ 100 ps)을 사용하여 웨이퍼 규모에서 이황화몰리브데넘 및 이황화텅스텐 구조의 층간 선택 합성을 위한 직접적이고 신속한 제작 방법을 소개합니다. 그 결과 이황화몰리브데넘 기반 전계 효과 트랜지스터, 피부 부착 형 모션 센서 및 이황화몰리브데넘/이황화텅스텐 기반 이종 접합 다이오드의 동작을 시연했습니다. 제3 장에서는 표면이 구겨진 형태를 가지는 이황화몰리브데넘 기반 마찰 전기 발생 장치를 제작하여 기존의 이황화 몰리브데넘 대비 약 40 % 향상된 전력을 가지는 이황화몰리브데넘의 형태학적 구조를 손쉽게 조절하는 합성법을 소개합니다. 표면이 구겨진 형태의 이황화몰리브데넘 기반 마찰 전기 발생 장치는 추가 공정 및 재료의 도움없이 고성능 에너지 수확 효율을 최대 ~ 25V 및 ~ 1.2 μA 까지 보여줍니다. 마지막으로, 4장에서는 위 실험들에 관한 결론을 기술 하는 것으로 이 논문을 마무리하였다.Transition metal dichalcogenides (TMDC) have been identified as excellent platforms for developing the next-generation commercial flexible logic devices and sensors, owing to their outstanding mechanical, optical, and electrical properties. The TMDCs can be used to produce novel form-factors for wearable electronic devices. Typically, synthesis of large-scale TMDC thin film have been achieved by complexity vacuum-based approach. Therefore, it is essential to develop a simple and effective method to boost-up mass production of TMDC thin films on a large scale upon arbitrary substrates. In this regard, the solution-based TMDC synthesis method is advantageous because it proposes a simplification of the fabrication processes and an easy scaling-up of the material with a non-vacuum system. In Chapter 1, we summarize the evolution of the solution-based thin-film preparation and synthesis of the TMDCs; subsequently, we discuss the merits and drawbacks of the recently developed methods to form TMDC thin films directly from the deposited precursor. Finally, we discuss the practical applications of the TMDC thin films, which demonstrate the feasibility of their commercialized applications in electronic devices and sensors. In Chapter 2, we introduce a direct and rapid method for layer-selective synthesis of MoS2 and WS2 structures in wafer-scale using a pulsed laser annealing system (λ = 1.06 μm, pulse duration ∼100 ps) in ambient conditions. As a proof of concept, we demonstrated the behavior of a MoS2-based field-effect transistor, a skin-attachable motion sensor, and a MoS2/WS2-based heterojunction diode in this study. In Chapter 3, we demonstrate synthesis technique to adjusting MoS2 morphological structure, so that a surface-crumpled MoS2 TENG device generates ~40% more power than a flat MoS2 one. Compared to other MoS2-based TENG devices, it shows high-performance energy harvesting (up to ~25 V and ~1.2 μA) without assistance from other materials, even when the counterpart triboelectric surface has a slightly different triboelectric series. In Chapter 4, the summary and conclusion of the thesis are depicted, finally.Chapter 1. Introducton of Large-Scale Synthesis of Transition Metal Dichalcogenide 1 1. 1. Introduction 1 1. 2. Synthesis of TMDC thin films by thermolysis 3 1. 2. 1. Principles of thermolysis 3 1. 2. 2. Characteristics 5 1. 2. 3. Synthesis of TMDC films on a large scale 8 1. 2. 4. Synthesis of direct-patterned TMDC films 12 1. 3. Applications of TMDCs 17 1. 3. 1. Field-effect transistors (FETs) 17 1. 3. 2. Photodetectors 18 1. 3. 3. Hydrogen evolution reactor (HER) 19 1. 3. 4. Strain and haptic sensors 22 1. 4. Perspectives and summary 25 1. 5. References 26 Chapter 2. Layer-Selective Synthesis of MoS2 and WS2 Structures under Ambient Conditions for Customized Electronics 30 2. 1. Abstract 30 2. 2. Introduction 31 2. 3. Expermental 34 2. 4. Results and discussion 36 2. 5. Conclusion 68 2. 6. References 69 Chapter 3. Laser-Directed Synthesis of Strain-Induced Crumpled MoS2 Structure for Enhanced Triboelectrification toward Haptic Sensors 73 3. 1. Abstract 73 3. 2. Introduction 74 3. 3. Expermental 77 3. 4. Results and discussion 80 3. 5. Conclusion 113 3. 6. References 114 Chapter 4. Conclusion 124 Abstract (in Korean) 126박

연성 및 생재흡수성 전자소자용 비휘발성 메모리 소자와 집적센서 구현

학위논문 (박사)-- 서울대학교 대학원 : 화학생물공학부, 2015. 8. 김대형.Over years, major advances in healthcare have been made through research in the fields of nanomaterials and microelectronics technologies. However, the mechanical and geometrical constraints inherent in the standard forms of rigid electronics have imposed challanges of unique integration and therapeutic delivery in non-invasive and minimally invasive medical devices. Here, we describe two types of multifunctional electronic systems. The first type is wearable-on-the-skin systems that address the challenges via monolithic integration of nanomembranes fabricated by top-down approach, nanotubes and nanoparticles assembled by bottom-up strategies, and stretchable electronics on tissue-like polymeric substrate. The system consists of physiological sensors, non-volatile memory, logic gates, and drug-release actuators. Some quantitative analyses on the operation of each electronics, mechanics, heat-transfer, and drug-diffusion characteristic validated their system-level multi-functionalities. The second type is a bioresorbable electronic stent with drug-infused functionalized nanoparticles that takes flow sensing, temperature monitoring, data storage, wireless power/data transmission, inflammation suppression, localized drug delivery, and photothermal therapy. In vivo and ex vivo animal experiments as well as in vitro cell researches demonstrate its unrecognized potential for bioresorbable electronic implants coupled with bioinert therapeutic nanoparticles in the endovascular system. As demonstrations of these technologies, we herein highlight two representative examples of multifunctional systems in order of increasing degree of invasiveness: electronically enabled wearable patch and endovascular electronic stent that incorporate onboard physiological monitoring, data storage, and therapy under moist and mechanically rigorous conditions.Contents Abstract Chapter 1. Introduction 1.1 Organic flexible and wearable electronics.................................................. 1 1.2 Inorganic flexible and wearable electronics............................................... 14 1.3 Flexible non-volatile memory devices.......................................................... 25 1.4 Bioresorbable materials and devices........................................................... 34 References Chapter 2. Multifunctional wearable devices for diagnosis and therapy of movement disorders 2.1 Introduction ................................................................................. 45 2.2 Experimental Section ......................................................................... 49 2.3 Result and Discussion ........................................................................ 65 2.4 Conclusion ................................................................................... 95 References Chapter 3. Stretchable Carbon Nanotube Charge-Trap Floating-Gate Memory and Logic Devices for Wearable Electronics 3.1 Introduction ................................................................................ 101 3.2 Experimental Section ........................................................................ 104 3.3 Result and Discussion ....................................................................... 107 3.4 Conclusion .................................................................................. 138 References Chapter 4. Bioresorbable Electronic Stent Integrated with Therapeutic Nanoparticles for Endovascular Diseases 4.1 Introduction ................................................................................ 148 4.2 Experimental Section ........................................................................ 151 4.3 Result and Discussion ....................................................................... 173 4.4 Conclusion .................................................................................. 219 References 국문 초록 (Abstract in Korean) .................................................................. 230Docto

Solution-processed Amorphous Oxide Semiconductors for Thin-film Power Management Circuitry

Thin-film electronics has opened up new applications not achievable by wafer-based electronics. Following commercial success in displays and solar cells, the future industry sectors for thin film devices are limitless, and include novel wearable electronics and medical devices. Such new applications enabled by human-size electronics have been widely investigated, but their potential use in power-management circuitry has been seldom addressed. The key strengths of thin-film electronics are that they can be deposited on various substrates at a large-area scale, and they can be additively deposited on existing device layers without degrading them. These advantageous features can be used to overcome the current barriers facing silicon (Si) electronics in power-management applications. Namely, thin film electronics can be used to directly deposit circuits including power harvesters on RFID tags to reduce the current tag cost based on Si IC. Furthermore, they can be directly heterointegrated with Si chips to enhance their voltage handling capability. Finally, thin film electronics can be deposited onto solar cell arrays to improve efficiency by managing partial shading conditions. Among thin-film materials, we explore the scope of solution-derived amorphous oxide semiconductor (AOS) due to its high carrier mobility, wide band-gap, and in-air deposition capability. In this thesis, we push the boundaries of AOS by (i) developing an air-stable, ink-based deposition process for high-performance amorphous zinc-tin-oxide semiconductor. We choose a deposition process based on metal-organic decomposition, such that the film properties are independent of relative humidity in the deposition ambient, enabling future large-area roll-to-roll processing. (ii) Second, by exploiting in situ chemical evolution, namely reduction and oxidation, at the interface of zinc-tin-oxide and various metal electrodes (primarily Pd, Mo, and Ag), we intentionally manipulate the electrode contact properties to form high-quality ohmic contacts and Schottky barriers. We explain the results based on competing thermodynamic processes and interlayer diffusion. (iii) Third, we combine these techniques to fabricate novel devices, namely vertically-conducting thin-film diodes and Schottky-gated TFTs, and we investigate the impact of the contact formation process on the resulting device physics using temperature-dependent current-voltage measurements. (iv) Finally, we demonstrate the use of these devices in several novel thin-film power electronics applications. These circuits include thin-film RFID energy harvesters, thin-film heterointegrated 3D-IC on Si chip for voltage bridging, and thin-film bypass diodes for future integration on solar cells to improve efficiency under partial shading conditions.PHDElectrical and Computer EngineeringUniversity of Michigan, Horace H. Rackham School of Graduate Studieshttps://deepblue.lib.umich.edu/bitstream/2027.42/149911/1/ybson_1.pd

A hybrid piezoelectric and electrostatic energy harvester for scavenging arterial pulsations

Implantable and wearable biomedical devices suffer from a limited lifespan of on-board batteries which results in a requirement to change the battery or the device itself causing additional physical discomfort. In order to overcome this, various energy harvesters have been developed. The human body possesses several types of energy available for scavenging through appropriately designed energy harvesting devices, while cardiovascular system in particular represents a constant reliable source of mechanical energy from vibration. Most conventional energy harvesters exploit only a single phenomenon, such piezo- or triboelectricity, thus producing reduced power density. As an improvement, hybridisation of energy harvesters intends to negate this drawback by simultaneously scavenging energy by multiple harvesters. In the present work, the reverse electrowetting on dielectric (REWOD) phenomenon is combined with the piezoelectric effect in a proof-of-concept hybrid harvester for scavenging biomechanical energy from arterial or other type pulsations. A mathematical model of the harvester was developed, and a computational investigation using CFD, and fluid-structure interaction simulations were carried out using the COMSOL Multiphysics software. The effect of the materials of piezoelectric film and geometrical features of the harvester on parameters such as the displacement, the frequency of pulsations and the energy produced were studied. An experimental setup that could imitate the displacements caused from arterial pulsations was designed and the produced electrical energy characteristics were analysed. A comparison between experimental and computational data was carried out and demonstrated a good agreement. Dependencies between geometrical parameters and electrical output were obtained, recommendation on piezoelectric materials and design solutions were provided

Digital and Analog Computing Paradigms in Printed Electronics

Da das Ende von Moore\u27s Gesetz schon absehbar ist, müssen neue Wege gefunden werden um den innovationsgetriebenen IT-Markt mit neuartiger Elektronik zu sättigen. Durch den Einsatz von kostengünstiger Hardware mit flexiblem Formfaktor, welche auf neuartigen Materialien und Technologien beruhen, können neue Anwendungsbereiche erschlossen werden, welche über konventionelle siliziumbasierte Elektronik hinausgehen. Im Fokus sind hier insbesondere elektronische Systeme, welche es ermöglichen Konsumgüter für den täglichen Bedarf zu überwachen - z.B. im Zusammenhang einer Qualitätskontrolle - indem sie in das Produkt integriert werden als Teil einer intelligenten Verpackung und dadurch nur begrenzte Produktlebenszeit erfordern. Weitere vorhersehbare Anwendungsbereiche sind tragbare Elektronik oder Produkte für das "Internet der Dinge". Hier entstehen Systemanforderungen wie flexible, dehnbare Hardware unter Einsatz von ungiftigen Materialien. Aus diesem Grund werden additive Technologien herangezogen, wie zum Beispiel gedruckte Elektronik, welche als komplementär zu siliziumbasierten Technologien betrachtet wird, da sie durch den simplen Herstellungsprozess sehr geringe Produktionskosten ermöglicht, und darüber hinaus auf ungiftigen und funktionalen Materialien basiert, welche auf flexible Plastik- oder Papiersubstrate aufgetragen werden können. Unter den verschiedenen Druckprozessen ist insbesondere der Tintenstrahldruck für zukünftige gedruckte Elektronikanwendungen interessant, da er eine Herstellung vor Ort und nach Bedarf ermöglicht auf Grund seines maskenlosen Druckprozesses. Da sich jedoch die Technologie der Tintenstrahl-druckbaren Elektronik in der Frühphasenentwicklung befindet, ist es fraglich ob Schaltungen für zukünftige Anwendungsfelder überhaupt entworfen werden können, beziehungsweise ob sie überhaupt herstellbar sind. Da die laterale Auflösung von Druckprozessen sich um mehrere Größenordnungen über siliziumbasierten Herstellungstechnologien befindet und des Weiteren entweder nur p- oder n-dotierte Transistoren verfügbar sind, können existierende Schaltungsentwürfe nicht direkt in die gedruckte Elektronik überführt werden. Dies führt zu der wissenschaftlichen Fragestellung, welche Rechenparadigmen überhaupt sinnvoll anwendbar sind im Bereich der gedruckten Elektronik. Die Beantwortung dieser Frage wird Schaltungsdesignern in der Zukunft helfen, erfolgreich gedruckte Schaltungen für den sich rasch entwickelnden Konsumgütermarkt zu entwerfen und zu produzieren. Aus diesem Anlass exploriert diese Arbeit verschiedene Rechenparadigmen und Schaltungsentwürfe, welche als essenziell für zukünftige, gedruckte Systeme betrachtet werden. Die erfolgte Analyse beruht auf der recht jungen "Electrolyte-gated Transistor" (EGT) Technologie, welche auf einem kostengünstigen Tintenstrahldruckverfahren basiert und sehr geringe Betriebsspannungen ermöglicht. Da bisher nur einfache Logik-Gatter in der EGT-Technologie realisiert wurden, wird in dieser Arbeit der Entwurfsraum weiter exploriert, durch die Entwicklung von gedruckten Speicherbausteinen, Lookup Tabellen, künstliche Neuronen und Entscheidungsbäume. Besonders bei dem künstlichen Neuron und den Entscheidungsbäumen wird Bezug auf Hardware-Implementierungen von Algorithmen des maschinellen Lernens gemacht und die Skalierung der Schaltungen auf die Anwendungsebene aufgezeigt. Die Rechenparadigmen, welche in dieser Arbeit evaluiert wurden, reichen von digitalen, analogen, neuromorphen Berechnungen bis zu stochastischen Verfahren. Zusätzlich wurden individuell anpassbare Schaltungsentwürfe untersucht, welche durch das Tintenstrahldruckverfahren ermöglicht werden und zu substanziellen Verbesserungen bezüglich des Flächenbedarfs, Leistungsverbrauch und Schaltungslatenzen führen, indem variable Entwurfsparameter in die Schaltung fest verdrahtet werden. Da die explorierten Schaltungen die Komplexität von bisher hergestellter, gedruckter Hardware weit übertreffen, ist es prinzipiell nicht automatisch garantiert, dass sie herstellbar sind, was insbesondere die nicht-digitalen Schaltungen betrifft. Aus diesem Grund wurden in dieser Arbeit EGT-basierte Hardware-Prototypen hergestellt und bezüglich Flächenbedarf, Leistungsverbrauch und Latenz charakterisiert. Die Messergebnisse können verwendet werden, um eine Extrapolation auf komplexere anwendungsbezogenere Schaltungsentwürfe durchzuführen. In diesem Zusammenhang wurden Validierungen von den entwickelten Hardware-Implementierungen von Algorithmen des maschinellen Lernens durchgeführt, um einen Wirksamkeitsnachweis zu erhalten. Die Ergebnisse dieser Thesis führen zu mehreren Schlussfolgerungen. Zum ersten kann gefolgert werden, dass die sequentielle Verarbeitung von Algorithmen in gedruckter EGT-basierter Hardware prinzipiell möglich ist, da, wie in dieser Arbeit dargestellt wird, neben kombinatorischen Schaltungen auch Speicherbausteine implementiert werden können. Letzteres wurde experimentell validiert. Des Weiteren können analoge und neuromorphe Rechenparadigmen sinnvoll eingesetzt werden, um gedruckte Hardware für maschinelles Lernen zu realisieren, um gegenüber konventionellen Methoden die Komplexität von Schaltungsentwürfen erheblich zu minimieren, welches schlussendlich zu einer höheren Produktionsausbeute im Herstellungsprozess führt. Ebenso können neuronale Netzwerkarchitekturen, welche auf Stochastic Computing basieren, zur Reduzierung des Hardwareumfangs gegenüber konventionellen Implementierungen verwendet werden. Letztlich kann geschlussfolgert werden, dass durch den Tintenstrahldruckprozess Schaltungsentwürfe bezüglich Kundenwünschen während der Herstellung individuell angepasst werden können, um die Anwendbarkeit von gedruckter Hardware generell zu erhöhen, da auch hier geringerer Hardwareaufwand im Vergleich zu konventionellen Schaltungsentwürfen erreicht wird. Es wird antizipiert, dass die in dieser Thesis vorgestellten Forschungsergebnisse relevant sind für Informatiker, Elektrotechniker und Materialwissenschaftler, welche aktiv im Bereich der druckbaren Elektronik arbeiten. Die untersuchten Rechenparadigmen und ihr Einfluss auf Verhalten und wichtige Charakteristiken gedruckter Hardware geben Einblicke darüber, wie gedruckte Schaltungen in der Zukunft effizient umgesetzt werden können, um neuartige auf Druckverfahren-basierte Produkte im Elektronikbereich zu ermöglichen

Innovative micro-NMR/MRI functionality utilizing flexible electronics and control systems

Das zentrale Thema dieser Arbeit ist die Entwicklung und Integration von flexibler Elektronik für Mikro-Magnetresonanz (MR)-Anwendungen. Zwei wichtige Anwendungen wurden in der Dissertation behandelt; eine Anwendung auf dem Gebiet der Magnetresonanztomographie (MRI) und die andere auf dem Gebiet der Kernspinresonanz (NMR). Die MRI-Anwendung konzentriert sich auf die Lösung der Sicherheits- und Zuverlässigkeitsaspekte von MR-Kathetern. Die NMR-Anwendung stellt einen neuartigen Ansatz zur Steigerung des Durchsatzes bei der NMR-Spektroskopie vor. Der erste Teil der Dissertation behandelt die verschiedenen Technologien die zur Herstellung flexibler Elektronik auf der Mikroskala entwickelt wurden. Die behandelten MR-Anwendungen erfordern die Herstellung von Induktoren, Kondensatoren und Dioden auf flexiblen Substraten. Die erste Technologie, die im Rahmen der Mikrofabrikation behandelt wird, ist das Aufbringen einer leitfähigen Startschicht auf flexiblen Substraten. Es wurden verschiedene Techniken getestet und verglichen. Die entwickelte Technologie ermöglicht die Herstellung einer mehrschichtigen leitfähigen Struktur auf einem flexiblen Substrat (50 $\mu$m Dicke), die sich zum Umwickeln eines schlanken Rohres (>0,5 mm Durchmesser) eignet. Die zweite Methode ist der Tintenstrahldruck von Kondensatoren mit hoher Dichte und niedrigem Verlustkoeffizienten. Zwei dielektrische Tinten auf Polymerbasis wurden synthetisiert, durch die Dispersion von TiO$_2$ und BaTiO$_3$ in Benzocyclobuten (BCB) Polymer. Die im Tintenstrahldruckverfahren hergestellten Kondensatoren zeigen eine relativ hohe Kapazität pro Flächeneinheit von bis zu 69 pFmm$^{-2}$ und erreichen dabei einen Qualitätsfaktor (Q) von etwa 100. Außerdem wurde eine Technik für eine tintenstrahlgedruckte gleichrichtende Schottky-Diode entwickelt. Die letzte behandelte Technologie ist die Galvanisierung der leitenden Startschichten. Die Galvanik ist eine gut erforschte Technologie und ein sehr wichtiger Prozess auf dem Gebiet der Mikrofabrikation. Sie ist jedoch in hohem Maße von der Erfahrung des Bedieners abhängig. Darüber hinaus ist eine präzise Steuerung der Galvanikleistung erforderlich, insbesondere bei der Herstellung kleiner Strukturen, wobei sich die Pulsgalvanik als ein Verfahren erwiesen hat, das ein hohes Maß an Kontrolle über die abgeschiedene Struktur bietet. In diesem Zusammenhang wurde eine hochflexible Stromquelle auf Basis einer Mikrocontroller-Einheit entwickelt, um Genauigkeit in die Erstellung optimaler Galvanikrezepte zu bringen. Die Stromquelle wurde auf Basis einer modifizierten Howland-Stromquelle (MHCS) unter Verwendung eines Hochleistungs-Operationsverstärkers (OPAMP) aufgebaut. Die Stromquelle wurde validiert und verifiziert, und ihre hohe Leistungsfähigkeit wurde durch die Durchführung einiger schwieriger Anwendungen demonstriert, von denen die wichtigste die Verbesserung der Haftung der im Tintenstrahldruckverfahren gedruckten Startschicht auf flexiblen Substraten ist. Der zweite Teil der Dissertation befasst sich mit interventioneller MRT mittels MR-Katheter. MR-Katheter haben potenziell einen erheblichen Einfluss auf den Bereich der minimalinvasiven medizinischen Eingriffe. Implantierte längliche Übertragungsleiter und Detektorspulen wirken wie eine Antenne und koppeln sich an das MR-Hochfrequenz (HF)-Sendefeld an und machen so den Katheter während des Einsatzes in einem MRT-Scanner sichtbar. Durch diese Kopplung können sich die Leiter jedoch erhitzen, was zu einer gefährlichen Erwärmung des Gewebes führt und eine breite Anwendung dieser Technologie bisher verhindert hat. Ein alternativer Ansatz besteht darin, einen Resonator an der Katheterspitze induktive mit einer Oberflächenspule außerhalb des Körpers zu koppeln. Allerdings könnte sich auch dieser Mikroresonator an der Katheterspitze während der Anregungsphase erwärmen. Außerdem ändert sich die Sichtbarkeit der Katheterspitze, wenn sich die axiale Ausrichtung des Katheters während der Bewegung ändert, und kann verloren gehen, wenn die Magnetfelder des drahtlosen Resonators und der externen Spule orthogonal sind. In diesem Beitrag wird die Abstimmkapazität des Mikrodetektors des Katheters drahtlos über eine Impulsfolgensteuerung gesteuert, die an einen HF-Abstimmkreis gesendet wird, der in eine Detektorspule integriert ist. Der integrierte Schaltkreis erzeugt Gleichstrom aus dem übertragenen HF Signal zur Steuerung der Kapazität aus der Ferne, wodurch ein intelligenter eingebetteter abstimmbarer Detektor an der Katheterspitze entsteht. Während der HF-Übertragung erfolgt die Entkopplung durch eine Feinabstimmung der Detektorbetriebsfrequenz weg von der Larmor-Frequenz. Zusätzlich wird ein neuartiges Detektordesign eingeführt, das auf zwei senkrecht ausgerichteten Mikro-Saddle-Spulen basiert, die eine konstante Sichtbarkeit des Katheters für den gesamten Bereich der axialen Ausrichtungen ohne toten Winkel gewährleisten. Das System wurde experimentell in einem 1T MRT-Scanner verifiziert. Der dritte Teil der Dissertation befasst sich mit dem Durchsatz von NMR-Spektroskopie. Flussbasierte NMR ist eine vielversprechende Technik zur Verbesserung des NMR-Durchsatzes. Eine häufige Herausforderung ist jedoch das relativ große Totvolumen im Schlauch, der den NMR-Detektor speist. In diesem Beitrag wird ein neuartiger Ansatz für vollautomatische NMR-Spektroskopie mit hohem Durchsatz und verbesserter Massensensitivität vorgestellt. Der entwickelte Ansatz wird durch die Nutzung von Mikrofluidik-Technologien in Kombination mit Dünnfilm-Mikro-NMR-Detektoren verwirklicht. Es wurde ein passender NMR-Sensor mit einem mikrofluidischen System entwickelt, das Folgendes umfasst: i) einen Mikro-Sattel-Detektor für die NMR-Spektroskopie und ii) ein Paar Durchflusssensoren, die den NMR-Detektor flankieren und an eine Mikrocontrollereinheit angeschlossen sind. Ein mikrofluidischer Schlauch wird verwendet, um eine Probenserie durch den Sondenkopf zu transportieren, die einzelnen Probenbereiche sind durch eine nicht mischbare Flüssigkeit getrennt, das System erlaubt im Prinzip eine unbegrenzte Anzahl an Proben. Das entwickelte System verfolgt die Position und Geschwindigkeit der Proben in diesem zweiphasigen Fluss und synchronisiert die NMR-Akquisition. Der entwickelte kundenspezifische Sondenkopf ist Plug-and-Play-fähig mit marktüblichen NMR-Systemen. Das System wurde erfolgreich zur Automatisierung von flussbasierten NMR-Messungen in einem 500 MHz NMR-System eingesetzt. Der entwickelte Mikro-NMR-Detektor ermöglicht hochauflösende Spektroskopie mit einer NMR-Empfindlichkeit von 2,18 nmol s$^{1/2}$ bei Betrieb der Durchflusssensoren. Die Durchflusssensoren wiesen eine hohe Empfindlichkeit bis zu einem absoluten Unterschied von 0,2 in der relativen Permittivität auf, was eine Differenzierung zwischen den meisten gängigen Lösungsmitteln ermöglichte. Es wurde gezeigt, dass eine vollautomatische NMR-Spektroskopie von neun verschiedenen 120 $\mu$L Proben innerhalb von 3,6 min oder effektiv 15,3 s pro Probe erreicht werden konnte