@phdthesis{Scholz2021,
  author    = {Scholz, Alexander},
  title     = {Components and Systems Based on Printed Metal Oxide Electronics and Silicon Devices},
  institution = {Fakult{\"a}t Elektrotechnik, Medizintechnik und Informatik (EMI) (ab 04/2019)},
  school    = {Karlsruher Institut f{\"u}r Technologie (KIT)},
  pages     = {xiv, 147},
  year      = {2021},
  abstract  = {Gedruckte Elektronik erm{\"o}glicht die Anfertigung elektrischer Bauteile und Systeme auf großfl{\"a}chigen, flexiblen Tr{\"a}gersubstraten. Des Weiteren wird durch ber{\"u}hrungsfreie Druckverfahren, wie dem Tintenstrahldruck, eine flexible, dezentrale Fertigung elektronischer Bauteile und Systeme erm{\"o}glicht. Dies erlaubt unter anderem das Split-Manufacturing sicherheitskritischer elektronischer Komponenten, sowie eine gr{\"o}ßtm{\"o}gliche Designfreiheit im Sinne von freien Formfaktoren und nicht standardisierter Strukturen mit unterschiedlichsten Abmessungen im Bereich von wenigen Mikrometern bis hin zu mehreren Millimetern. Durch die genannten technologischen Aspekte bildet die gedruckte Elektronik einen interessanten Gegenpol zur klassischen hochintegrierbaren, miniaturisierten Silizium-Elektronik. Durch eine komplement{\"a}re Nutzung der Vorteile beider Technologien entstehen neuartige Synergien und Applikationen in Form von hybriden Systemen. W{\"a}hrend hybride L{\"o}sungen, basierend auf passiven gedruckten Bauteilen und elektrisch leitf{\"a}higen Komponenten bereits kommerziell erh{\"a}ltlich sind, bleiben komplexe Systeme, die sowohl passive, als auch aktive, gedruckte elektronische Bauteile nutzen, noch selten. Um ganzheitliche, gedruckte sowie hybride elektronische Systeme zu erm{\"o}glichen, sind diverse Bausteine erforderlich. Hierzu z{\"a}hlen leichtgewichtige M{\"o}glichkeiten zur Datenspeicherung sowie Komponenten, die sich selbst mit Energie versorgende Systeme erm{\"o}glichen und insbesondere Schaltungen zur sicheren, eindeutigen Identifizierbarkeit ganzheitlicher, gedruckter Systeme f{\"u}r das Internet der Dinge. Die hier vorliegende Arbeit befasst sich mit, durch Tintenstrahldruck hergestellten, elektronischen Bauteilen, Schaltkreisen, sowie hybriden Systemen. Es wurden L{\"o}sungen zu aktuellen wissenschaftlichen Fragestellungen in den Bereichen effizienter gedruckter Speicherbausteine, nachhaltiger elektronischer Systeme, sowie der hardwarebasierten Sicherheit, auf Basis gedruckter Elektronik, erforscht und entwickelt. Zur Datenspeicherung f{\"u}r gedruckte Systeme wurde ein, mittels Tintenstrahldruck hergestellter, Memristor entwickelt. Das Bauteil wurde vollumf{\"a}nglich im Hinblick auf die Speicherung digitaler Information, charakterisiert. Die erzielten Ergebnisse zeigen, dass der Memristor als nichtfl{\"u}chtiges Speicherelement genutzt werden kann. Um ganzheitliche, nachhaltige elektronische Systeme zu erm{\"o}glichen wurde ein gedruckter Vollweggleichrichter entwickelt. Durch die Verwendung von Electrolyte-Gated Transistoren mit einer Schwellspannung von nahe-null Volt, ist die Schaltung in der Lage kleine Wechselspannungen, wie sie von piezoelektrischen Energy Harvestern erzeugt werden, gleichzurichten. Der, mittels Tintenstrahldruck hergestellte, Vollweggleichrichter wurde elektrisch vollumf{\"a}nglich charakterisiert. Zur Erzeugung einzigartiger Identifikationsmerkmale wurden zwei Implementierungenm{\"o}glichkeiten physikalisch unklonbarer Funktionen entwickelt. Dieser Ansatz nutzt die unvorhersehbare, intrinsische Variation gedruckter Bauteile als hardwarebasiertes Sicherheitsfeature. Eine untersuchte Implementierung basiert auf einer Crossbar-Anordnung integrierbarer Electrolyte-Gated Transistoren. Die zweite Implementierungsvariante nutzt Inverterstrukturen, ebenfalls auf Basis von Electrolyte-Gated Transistoren, zur Erzeugung der einzigartigen Systemantworten. Beide Varianten wurden sowohl mit Hilfe von elektrischen Simulationen, als auch experimentell untersucht. Die Inverter-basierte, intrinsische Variationsquelle wurde des Weiteren vollst{\"a}ndig in ein Silizium-basiertes Gesamtsystem integriert und hinsichtlich ihrer Sicherheitsmetriken untersucht. Das Gesamtsystem bildet ein hybrides System, bestehend aus gedruckten Bauteilen sowie klassischer Silizium-Elektronik, zur Erzeugung einzigartiger Systemantworten.},
  language  = {en}
}