| Theoretische Aspekte des Wachstums auf ein und zwei dimensionalen verzerrten Kristalloberflächen |
Schlüsselwörter:
epitaxial growth, strain, transitions metals, self diffusion, exchange diffusion, surface reconstruction, Ehrlich-Schwoebel barrier, iron (110), anisotropic diffusion, relaxation
Epitaktisches Wachstum, Verzerrungen, Übergangsmetalle, Diffusion, Austauschdiffusion, Oberflächen Rekonstruktion, Ehrlich-Schwoebel Barriere, Eisen (110), anisotrope Diffusion, Relaxationsphänomene
Sachgruppe der DNBAbstract
Elastic strain, which appears especially in heteroepitaxial growth,
has an important effect on the resulting growth morphologies.
To study this phenomenon, the strain dependence of the microscopic
diffusion barriers were calculated for transition metals with fcc
and bcc structure, using empirical many-body potentials. Two major
trends were found: On the fcc(100) surface the barrier for the process
of exchange diffusion is reduced with increasing isotropic tensile
strain. On the other hand, the additional Ehrlich-Schwoebel barrier at
the step edge is increased under tensile strain, as long as exchange
diffusion is the preferred diffusion mode in the unstrained systems,
as e.g. in the case of gold. Taking into account especially
inhomogeneous strain at island borders due to relaxation effects, a
careful analysis of microscopic properties, like diffusion barriers
and binding energies, leads to the conclusion that the layer-by-layer
growth of systems which prefer exchange diffusion should be improved
under compressive strain. This conclusion was supported by kinetic
Monte Carlo(KMC) simulations of a simplified system.
In addition to Pt, Au, Ir and Al, which where expected to prefer
diffusion by atomic exchange before, also Pb was found to be a
potential candidate for this diffusion mode.
Finally, comparing KMC simulations with experimental results for the
homoepitaxial growth of Fe/Fe(110), it was shown that the barriers
obtained from empirical many body potentials can be successfully used
as input parameters for such simulations. The important details of
in-situ scanning tunneling microscope pictures were reproduced by the
KMC calculations.
Elastische Verzerrungen, die insbesondere bei heteroepitaktischem Wachstum
auftreten, wirken sich wesentlich auf die entstehenden
Oberflächenmorphologien aus.
Um dieses Problem zu studieren, wurde mit Hilfe empirischer
Vielteilchenpotentiale eine Reihe mikroskopischer Diffusionsbarrieren
und deren Verzerrungsabhängigkeit für Übergangsmetalle mit kubisch-flächen-
wie auch kubisch-raumzentrierter Struktur berechnet. Dabei wurden zwei
wesentliche Trends gefunden. Generell nimmt die Barriere für einen
Austauschprozess auf der (100) Oberfäche des kfz-Gitters unter isotroper
Zugspannung ab. Andererseits nimmt die sog. Ehrlich-Schwoebel Barriere am
Inselrand unter Zugspannung zu, falls das betrachtete Material, wie
z.B. Gold, im unverzerrten Zustand den Austauschprozess gegenüber einem
Hüpfprozess bevorzugt. Sonst nimmt sie unter Zug ab. Eine
sorgfältige Analyse der Verzerrungsabängigkeit der verschiedenen
Diffusionsbarrieren und der Bindungsenergien, insbesondere unter
Berücksichtigung von inhomogenen Verzerrungen auf Grund von
Relaxationsprozessen an Inselrändern, führt zu der Schlussfolgerung,
dass das Lagenwachstum von Systemen, die Austauschdiffusion
bevorzugen, unter Druckspannung optimiert werden kann.
Diese Erwartung konnte durch kinetische Monte Carlo(KMC)Simulationen
eines vereinfachten Systems gestützt werden.
Zusätzlich zu Pt, Au, Ir und Al, von denen man bereits erwartet, dass
sie Diffusion durch einen Austauschprozess bevorzugen, wurde auch für
Pb eine niedrigere Austauschbarriere im Vergleich zum Hüpfprozess
gefunden.
Abschließend wurde in einem Vergleich von KMC Simulationen mit
experimentellen Ergebnissen für das homoepitaktische Wachstum von
Eisen auf der krz (110) Oberfläche gezeigt, dass in diesem Fall
die mit Hilfe empirischer Potentiale gewonnenen Barrieren sich gut als
Eingangsparameter für solche Simulationen eignen. Wesentliche Details
von in-situ Rastertunnelmikroskop-Aufnahmen des betrachteten Systems
finden sich in den Ergebnissen der KMC Berechnungen wieder.
| Betreuer | Wolf, D.E.; Prof. Dr. |
| Gutachter | Wolf, D.E.; Prof. Dr. |
| Gutachter | Entel, P.; Prof. Dr. |
| Upload: | 2000-02-07 |
| URL of Theses: | http://www.ub.uni-duisburg.de/diss/diss0005/diss_a.schindler_99.pdf |