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Stufenkinetik vizinaler Si(001)-Oberflächen unter dem Einfluss hoher Temperatur und Au-Adsorption

Kirschbaum, Pierre

Inhalt dieser Dissertationsschrift ist die Untersuchung der Stufenkinetik auf leicht vizinalen Si(001)-Oberflächen bei sehr hohen Temperaturen mittels LEEM. Zunächst wird der lagenweise Zerfall isolierter Si-Hügel und Sattelpunkte in deren Umgebung detailliert analysiert. Aufgrund des Gibbs-Thomson-Effekts zerfällt ein solcher Hügel für Temperaturen zwischen 850°C und 1060°C immer schneller als der Sattel. In diesem Temperaturbereich können Hügel folglich vollständig von der Oberfläche entfernt werden. Für höhere Temperaturen werden die Stufenfluktuationen so groß, dass der Gibbs-Thomson-Effekt überall gleich stark wirkt; Sattel und Hügel zerfallen entsprechend gleich schnell. Weiterhin kann gezeigt werden, dass die Zerfallsrate der obersten Hügellage nicht konstant ist, sondern jede zweite Lage schneller zerfällt. Dieser als “Pairing” bezeichnete Effekt beruht auf einer Brechung der Symmetrie. Detaillierte Untersuchungen machen deutlich, dass auf der selben Probe der Pairing-Effekt bei allen Hügeln gleich groß ist und immer derselbe Terrassentyp bevorzugt zerfällt. Beides variiert jedoch für unterschiedliche Proben. Die Brechung der Symmetrie muss daher in einer makroskopischen Verspannung der Probe begründet sein. Dadurch wird schließlich der Zerfall eines der beiden Terrassentypen bevorzugt ablaufen. Darüber hinaus wird gezeigt, dass die Deposition von Gold auf der Oberfläche zu einer Beschleunigung des Hügelzerfalls führt. Gold und Silizium bilden ein Oberflächeneutektikum, wodurch der Schmelzpunkt lokal herabgesetzt wird. Dies geschieht zunächst an den Stufenkanten, was eine deutlich erhöhte Stufenfluktuation und den beschleunigten Hügelzerfall zur Folge hat. Eine noch höhere Goldbedeckung führt schließlich auch zum Aufrauen der Terrassen, sodass dieser Effekt im Wesentlichen wie eine Reduktion der kritischen Aufrauungstemperatur wirkt. Auf unverspannten, gleichmäßig gestuften Oberflächen führt dieser Anlagerungsmechanismus darüber hinaus zu zwei goldinduzierten Domänendominanzen. So wird gezeigt, dass die Adsorption von Gold zunächst zu einer deutlichen Verbreiterung des Terrassentyps führt, auf dem die Dimerreihen parallel zu den Stufen verlaufen. Weiteres Gold kehrt diese Dominanzsituation um, sodass kurz vor dem Aufrauungsphasenübergang der Terrassentyp dominiert, auf dem die Dimerreihen gerade senkrecht zu den Stufen liegen. Erklärt wird dieser Effekt durch eine Minimierung der veränderten Energie des Verspannungsfeldes. Eine extrinsische Verspannung verändert die Situation und treibt das System zunächst in die Dominanz, des bereits ohne Gold vorherrschenden Terrassentyps.

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Kirschbaum, Pierre: Stufenkinetik vizinaler Si(001)-Oberflächen unter dem Einfluss hoher Temperatur und Au-Adsorption. 2016.

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