Methoden

In der Arbeitsgruppe Oberflächenphysik wird die geometrische Struktur von Oberflächen und die Dynamik von Prozessen auf Oberflächen wie Wachstum oder Diffusion untersucht. Die wesentliche Meßmethode dabei ist die Rastertunnelmikroskopie (RTM). Die Proben werden dabei nicht extern beschichtet; stattdessen erfolgt die Abscheidung direkt im RTM mittels Molekularstrahlepitaxie (MBE) oder reaktiver Abscheidung aus der Gasphase (CVD). Die Messungen finden unter Wachstumsbedingungen (Druck und Temperatur) "in-situ" statt. Die Oberfläche wird während des Wachstums zeitaufgelöst beobachtet, wodurch wir Bildsequenzen ("Movies") von Wachstumsprozessen erhalten. Die hohen experimentellen Anforderungen an das RTM ändern sich mit dem zu untersuchenden System. Daher werden keine kommerziellen Geräte sondern ein selbst entworfener Rastertunnelmikroskop-Typ verwendet. Weitere experimentelle Möglichkeiten der Gruppe zur Untersuchung von Oberflächen sind Augerelektronen-Spektroskopie, Beugung langsamer Elektronen (LEED), hochauflösendes LEED (SPA-LEED), Thermodesorptionsspektroskopie (TDS), hochauflösende Schwingungsspektroskopie (HR-EELS), Kerr-Mikroskopie und in-situ MOKE.

In-situ STM

Beispiel 1 : Silizium-Epitaxie

In diesem Themenschwerpunkt wird die Homoepitaxie auf Silizium sowie das Wachstum von Silizidschichten auf Halbleitern untersucht, wobei auch die reaktive Abscheidung aus der Gasphase mit einbezogen wird.

CVD-Homoepitaxie auf Silizium CVD-Homoepitaxie auf Silizium(111) bei 485°C mit Disilan als Precursor-Gas p = 1 x 10-6, 2200 × 1700 Å2

Zerfall eines Si-Clusters Zerfall eines Si-Clusters, Ostwald-Reifung bei 435°C

Untersuchung der Nukleationsprozesse von MBE-Siliziden Charakterisierung von CVD-Siliziden Untersuchungen zur Diamantabscheidung mit Hot-Filament CVD

Beispiel 2 : Metall-Epitaxie

Nukleation und Wachstum von Eisen auf W(110) Nukleation und Wachstum von Eisen auf W(110) bei 300K, 1200 × 600 Å2

Nukleation der dritten Lage Eisen auf W(110) Nukleation der dritten Lage Eisen auf W(110) und Entstehung eines zweidimensionalen Versetzungsnetzwerks, 500 × 450 Å2

Wachstum von Eisen auf Fe(110) Wachstum von Eisen auf Fe(110) bei 300K, 3400 × 3000 Å2

Wachstum der ersten Lage von Kupfer auf W(110) Wachstum der ersten Lage von Kupfer auf W(110) bei 300K, 1400 × 1000 Å2

Wachstum von Kupfer auf W(110) Wachstum von Kupfer auf W(110) bei 300K und Übergang zum Wachstum auf Cu(111).

Schwingungsspektroskopie an Oberflächen

Mittels hochauflösender Elektronenenergie-Verlustspektroskopie (HR-EELS) werden Adsorbate auf Oberflächen untersucht. Die hohe Empfindlichkeit ermöglicht es, schon 1/100 einer Monolage zu detektieren. Mit der spektralen Auflösung von ca. 1meV lassen sich Adsorbatplatz-spezifische Schwingungen auflösen und so Informationen über die lokale Adsorbatgeometrie gewinnen. Dipol-Auswahlregeln für die Anregung erlauben es, Informationen über Orientierung der Adsorbate auf der Oberfläche zu gewinnen.

In-situ MOKE/Kerr-Mikroskopie

Der magnetooptische Kerr-Effekt (MOKE) kann an einem UHV-System, das darüber hinaus strukturelle Analysemethoden wie STM und LEED sowie das Wachstum von Schichtsystemen mittels MBE-Quellen ermöglicht, in-situ durchgeführt werden. Dabei kann die Messung richtungsabhängig erfolgen, woraus sich magnetische Anisotropien bestimmen lassen. Die Geometrie des Experiments ermöglicht, das gleichzeitige Schichtwachstum bei variabler Substrattemperatur, wodurch Proben magnetisch modelliert werden können. Weiterhin besteht durch die Kerr-Mikroskopie die Möglichkeit, magnetische Domänen bildlich darzustellen, was zum Beispiel an einem FeGd-Multilagensystem erfolgreich durchgeführt werden konnte.