Hierarchy and Dynamics of Neural Networks

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Ein Kategorienschema zur Kennzeichnung der Tätigkeiten gewerblicher Arbeitnehmer in der Industrie. Ansatz, Entwicklung und Erprobung

"Mit den Feststellungen, daß sich ++ Berufsbezeichnungen und Ausbildungsberufsbilder einerseits zur Erfassung und Beschreibung von Tätigkeitsinhalten kaum eignen, ++ Arbeitsanalysen andererseits zwar Tätigkeitsinhalte abzu bilden vermögen, aber zu aufwendig sind und ihre Ergebnisse für eine übergeordnete Anwendung nicht verschlüssel- und vergleichbar sind, wird die Forderung nach einem handlichen, operablen, praktikablen und vielseitig anwendbaren Instrument zur Charakterisierung menschlicher Tätigkeiten (Tätigkeitsfunktionen) im Arbeitsprozeß erhoben. Nach dem Grundprinzip der Arbeitsteilung wird eine Betriebsaufgabe so lange und so weit in Teilaufgaben aufgegliedert, bis diese (im Rahmen von Mensch-Maschine- und Mensch-MenschSystemen) auf Menschen und Maschinen übertragen werden können. Für den Entwurf eines Schemas menschlicher Tätigkeitsfunktionen sind (innerhalb des Mensch-Maschine-Systems) nur die nicht mechanisierten, von Menschen ausgeübten Tätigkeiten relevant. Folgende Tätigkeitsfunktionen werden unterschieden: Manuelles Bearbeiten, Zusammenfügen/Verbinden/Zerlegen, Befördern mit Körperkraft, Steuern, Überwachen, Prüfen, Registrieren, Ordnen, Bestimmen von Prozeßdaten und Arbeitsabläufen, Menschen führen. Durch Einführung zusätzlicher Differenzierungskriterien kann der Informationsgehalt der einzelnen Tätigkeitsfunktionen und damit der des gesamten Tätigkeitschemas beträchtlich erhöht werdden. Das im Anhang dargestellte Tätigkeitsfunktionen-Schema ist das Ergebnis einer aus der Literatur entwickelten ersten Konzeption, die in wiederholten empirischen Arbeitsplatz- und Tätigkeitsanalysen, in Gesprächen und Diskussionen mit Fachleuten aus Betrieben und einschlägigen Forschungsinstituten zu ihrer jetzigen Endfassung überarbeitet wurde. Das Tätigkeitsschema hat sich dabei im großen und ganzen als brauchbares, empirisch anwendbares und praktikables Instrumentarium zur Erfassung und Beschreibung von Inhalten einfacher Tätigkeiten gewerblicher Arbeitnehmer erwiesen."Tätigkeitsmerkmale, Arbeiter, Klassifikation

Beiträge zur Herstellung von MOSFETs in Germaniumschichten

Germanium has been the material of choice for the very first transistor devices in the 50s and 60s of the last century. However, silicon became the dominant semiconductor in the following decades due to lower leakage currents and the excellent properties of its oxide. Those are the surface passivation, and the usability as insulating material in gate stacks of MOSFETs (metal-insulator-semiconductor-field-effect transistor). Yet, scaling of highly integrated circuits leads to decrease of the oxide thickness. As a consequence, higher leakage currents require the introduction of alternative dielectric materials in the gate stack. Accordingly, the best argument for silicon has ceased to exist. Hence, germanium receives renewed interest because of its higher carrier mobility. Though, higher leakage currents owing to a smaller band gap must be taken into consideration. In this thesis, the prospects for an integration of MOSFETs in germanium layers are discussed. The use of single process steps is investigated in regard to their usability for germanium-based technologies. For instance, the loss of substrate material and formation of etch pits due to thermal etching are studied. Small amounts of residual oxygen in nominally inert atmospheres (N2, Ar, and vacuum) lead to loss rates of e.g. up to 3 nm/min at 600 °C in Ar atmosphere. Low thermal budgets, small furnace volumes, vacuum conditions, and coating layers are supposed to reduce substrate loss. As the dominant method for forming pn junctions, ion implantation is examined. To study the inadmissible surface roughness and formation of voids during implantation, different ions (BF2, P, Al, Ga, As, Sb) were implanted at various doses, dose rates, and energies. The voids occur above a critical dose in the case of Ga, As, and Sb. For ions with lower mass (BF2, P, Al), no or only negligible surface roughening was observed. Oxidation of germanium is examined as a potential passivation of the germanium surface in gate stacks. In addition to layer growth, there is a mechanism leading to a reduction of the oxide thickness and higher interfacial densities of states. As an enhancement, cooling-down at the end of an oxidation process should be done in oxygen atmosphere. A process flow for MOSFETs on germanium substrates is described. The influence of forming gas anneal on the electrical properties of stacks with Al2O2 and GeO2 is investigated. To study this, MOS capacitors with Al or Ti metallization are fabricated. A loss of the insulating properties of the stacks is found above 450 °C for Al, and above 375 °C for Ti, respectively. In the case of Al metallization, the annealing at 450 °C and below leads to lowered interfacial density of states, total amount of trapped charge in the stack and flat-band voltage shift. By the use of this stack, a p-channel MOSFET with a maximum effective mobility as high as 315 cm²/Vs is presented. In contrast, p-channel MOSFETs with Ti metallization show mobilities as low as 13,9 ± 1,5 cm²/Vs. As a consequence, a potential interaction with the gate dielectric must be taken into account when choosing the gate metal.Germanium war in den fünfziger und sechziger Jahren des letzten Jahrhunderts in der Halbleiterindustrie ein dominierender Werkstoff, wurde aber bald durch Silicium abgelöst. Die Gründe dafür waren, die aus der höheren Bandlücke des Siliciums resultierenden geringeren Leckströmen in Bauelementen sowie die hervorragenden Eigenschaft des Siliciumoxids als Passivierung und Isolatormaterial für den Bau von MOSFETs (Feldeffekttransistoren mit isolierter Steuerelektrode). Da in hochintegrierten Schaltungen jedoch die notwendige Dicke des Gatedielektrikums unter der Steuerelektrode immer weiter abnimmt, steigen als Folge Leckströme durch den Isolator immer weiter an. Das führt zur Einführung alternativer Isolatormaterialien, womit die Eigenschaften des SiO2 als Vorteil des Siliciums nicht mehr gelten. Damit steigt das Interesse an Germanium als alternativen Halbleiter, da man sich einen verbesserten Stromtransport durch hohe Beweglichkeiten in integrierten MOSFETs verspricht. Aufgrund der geringen Verfügbarkeit ist jedoch zu erwarten, dass Germanium nur in Form dünner Schichten auf Siliciumsubstraten eingesetzt wird. Bevorzugt werden dabei GeOI-Substrate (engl. GErmanium-On-Insulator, dt. Germanium auf Isolator). Im Rahmen dieser Arbeit wird die Integration von MOSFETs in Germaniumschichten untersucht. Es werden verschiedene Einzelprozessschritte betrachtet und ihre spezifischen Eigenschaften beim Einsatz für Germanium untersucht. Bei der Prozessführung ist zu vermeiden, dass eine blanke Germaniumfläche bei hohen Temperaturen mit der umliegenden Atmosphäre wechselwirken kann. Es werden Ätzgruben und Substratverlust von bis zu 3 nm/min bei 600 °C aufgrund von Kleinstmengen von Sauerstoff in nominell inerten Atmosphären (Ar, N2 oder Vakuum) beobachtet. Eine Verringerung dieses Effektes ist durch niedrigere Temperaturen, kleine Ofenvolumina, Vakuumbedingungen und Deckschichten zu erreichen. Für die Dotierung wird vorzugsweise die Ionenimplantation genutzt. Bei Germanium treten Oberflächenrauigkeiten oder vergrabene Hohlräume bei der Implantation schwerer Ionen wie Ga, As oder Sb oberhalb einer kritischen Dosis auf, die für alle drei Elemente bestimmt wird. Die Ergebnisse sprechen gegen einen Einfluss der Implantationsenergie auf die kritische Dosis. Als Bildungsmechanismus kann reines Sputtern ausgeschlossen werden. Als eine potentielle Passivierungsmethode wird die Verwendung von Germaniumoxid untersucht, da hier geringe Grenzflächenzustandsdichten zu erwarten sind. Dazu wird die Oxidation betrachtet. Bei Germanium tritt neben dem Oxidwachstum ein Mechanismus hinzu, der die Oxiddicke verringert und höhere Grenzflächenzustände verursacht. Um die Degradation im Prozess zu verringern, sollte unter Sauerstoffatmosphäre abgekühlt werden. Zur Demonstration einer möglichen Technologie wird ein Prozess für den Bau von MOSFETs auf Germaniumsubstrat dargestellt. Als mögliches hoch-epsilon Dielektrikum wird Al2O3 untersucht. Die thermische Stabilität von Schichtstapeln aus GeO2 und Al2O3 bei Ausheilungen in Formiergas wird untersucht. Dazu werden MOS-Kondensatoren mit Elektroden aus Al oder Ti hergestellt. Es zeigt sich eine Zerstörung der Stapel oberhalb von 450 °C bei Aluminiummetallisierung und oberhalb von 375 °C bei Titanmetallisierung. Bis zu dieser Grenztemperatur wird für Schichtstapel mit einer Aluminiummetallisierung eine Reduktion der Grenzflächenzustandsdichte, der Summe der Oxidladungen und der Flachbandhysterese festgestellt. Mit diesem Stapel wird ein p-Kanal MOSFET mit einer effektiven Kanalbeweglichkeit von maximal 315 cm²/Vs demonstriert. Dagegen wirkt sich eine Titanmetallisierung nachteilig auf die Beweglichkeit aus und es wird lediglich eine Kanalbeweglichkeit von 13,9 ± 1,5 cm²/Vs erreicht. Für die Wahl des Gatemetalls ist daher eine potentielle Wechselwirkung mit dem Gatedielektrikum zu berücksichtigen

An Architecture Pattern Enabling Safety at Lower Cost and with Higher Performance

International audienceIn both avionic and automotive systems, it might become very costly and/or restricting the functional performance, to prove functions safe in all operational conditions and for 100% of the mission time. This is especially true if the quality of sensor data and of communication data may vary very much. One way to solve this trade-off paradox is to leave part of the safety assessment from design-time to run-time. This paper proposes a general architectural pattern for this, and also how to instantiate this pattern in Integrated Modular Avionics (IMA) for the avionic domain, and in AUTOSAR for the automotive domain. The solutions imply some extensions of ARINC 653 and of AUTOSAR respectively, but they are not in conflict with the existing concepts. The proposed solutions are also fully in-line what is prescribed by the standards for functional safety of the two domains

Cohort Profile: A European Multidisciplinary Network for the Fight against HIV Drug Resistance (EuResist Network)

: The EuResist cohort was established in 2006 with the purpose of developing a clinical decision-support tool predicting the most effective antiretroviral therapy (ART) for persons living with HIV (PLWH), based on their clinical and virological data. Further to continuous extensive data collection from several European countries, the EuResist cohort later widened its activity to the more general area of antiretroviral treatment resistance with a focus on virus evolution. The EuResist cohort has retrospectively enrolled PLWH, both treatment-naïve and treatment-experienced, under clinical follow-up from 1998, in nine national cohorts across Europe and beyond, and this article is an overview of its achievement. A clinically oriented treatment-response prediction system was released and made available online in 2008. Clinical and virological data have been collected from more than one hundred thousand PLWH, allowing for a number of studies on the response to treatment, selection and spread of resistance-associated mutations and the circulation of viral subtypes. Drawing from its interdisciplinary vocation, EuResist will continue to investigate clinical response to antiretroviral treatment against HIV and monitor the development and circulation of HIV drug resistance in clinical settings, along with the development of novel drugs and the introduction of new treatment strategies. The support of artificial intelligence in these activities is essential

Generating Synthetic Clinical Data that Capture Class Imbalanced Distributions with Generative Adversarial Networks: Example using Antiretroviral Therapy for HIV

Clinical data usually cannot be freely distributed due to their highly confidential nature and this hampers the development of machine learning in the healthcare domain. One way to mitigate this problem is by generating realistic synthetic datasets using generative adversarial networks (GANs). However, GANs are known to suffer from mode collapse thus creating outputs of low diversity. This lowers the quality of the synthetic healthcare data, and may cause it to omit patients of minority demographics or neglect less common clinical practices. In this paper, we extend the classic GAN setup with an additional variational autoencoder (VAE) and include an external memory to replay latent features observed from the real samples to the GAN generator. Using antiretroviral therapy for human immunodeficiency virus (ART for HIV) as a case study, we show that our extended setup overcomes mode collapse and generates a synthetic dataset that accurately describes severely imbalanced class distributions commonly found in real-world clinical variables. In addition, we demonstrate that our synthetic dataset is associated with a very low patient disclosure risk, and that it retains a high level of utility from the ground truth dataset to support the development of downstream machine learning algorithms.Comment: In the near future, we will make our codes and synthetic datasets publicly available to facilitate future research. Follow us on https://healthgym.ai

First Magnetic Resonance Imaging-Guided Aortic Stenting and Cava Filter Placement Using a Polyetheretherketone-Based Magnetic Resonance Imaging-Compatible Guidewire in Swine: Proof of Concept

The purpose of this study was to demonstrate feasibility of percutaneous transluminal aortic stenting and cava filter placement under magnetic resonance imaging (MRI) guidance exclusively using a polyetheretherketone (PEEK)-based MRI-compatible guidewire. Percutaneous transluminal aortic stenting and cava filter placement were performed in 3 domestic swine. Procedures were performed under MRI-guidance in an open-bore 1.5-T scanner. The applied 0.035-inch guidewire has a PEEK core reinforced by fibres, floppy tip, hydrophilic coating, and paramagnetic markings for passive visualization. Through an 11F sheath, the guidewire was advanced into the abdominal (swine 1) or thoracic aorta (swine 2), and the stents were deployed. The guidewire was advanced into the inferior vena cava (swine 3), and the cava filter was deployed. Postmortem autopsy was performed. Procedural success, guidewire visibility, pushability, and stent support were qualitatively assessed by consensus. Procedure times were documented. Guidewire guidance into the abdominal and thoracic aortas and the inferior vena cava was successful. Stent deployments were successful in the abdominal (swine 1) and thoracic (swine 2) segments of the descending aorta. Cava filter positioning and deployment was successful. Autopsy documented good stent and filter positioning. Guidewire visibility through applied markers was rated acceptable for aortic stenting and good for venous filter placement. Steerability, pushability, and device support were good. The PEEK-based guidewire allows either percutaneous MRI-guided aortic stenting in the thoracic and abdominal segments of the descending aorta and filter placement in the inferior vena cava with acceptable to good device visibility and offers good steerability, pushability, and device suppor