Wachstumsprozesse an Oberflächen und Nukleation der zweiten Lage

Abstract

Bei Wachstumsprozessen an Oberflaechen, wie beispielsweise der Molekularstrahlepitaxie, spielen Nukleation und Keimbildung eine herausragende Rolle. Einzelne Atome des aufzubringenden Materials treffen auf der Oberflaeche auf und fuehren dort thermisch aktivierte Diffusionsprozesse aus. Die kritische Keimgroesse, die Diffusionskonstante(n) sowie die Aufdampfrate bestimmen die Dichte der stabilen Keime. Im sogenannten Submonolagenbereich geringer Bedeckungen wachsen diese Keime diffusiv unter dem Zustrom von Adatomen. Die sich entwickelnde Clustergroessenverteilung weist eine statistische Selbstähnlichkeit auf, was einen dynamischen Skalenansatz ermöglicht. Das Einsetzen der Nukleation der zweiten Lage ist von grosser Bedeutung fuer die entstehende Filmstruktur. Wenn sich stabile Cluster in der zweiten Lage erst nach dem Zusammenwachsen der Inseln in der ersten Lage bilden, wird ein glatter Film entstehen. Geht die Nukleation der zweiten Lage jedoch der Inselkoaleszenz voraus, erhält man eine rauhe Morphologie. Das Nukleationsereignis erfolgt nun stets bei einer charakteristischen Inselgroesse, dem sogenannten kritischen Radius R_c fuer die Nukleation der zweiten Lage. R_c wird entscheidend beeinflusst durch das Vorhandensein von Stufenbarrieren (Ehrlich-Schwoebel-Barrieren), die die Interlagendiffusion behindern. In dieser Arbeit wird mit Hilfe von kinetischen Monte-Carlo Simulationen die Abhaengigkeit des kritischen Radius von den Prozessparametern (Temperatur, Aufdampfrate, kritische Keimgrösse) sowie der Ehrlich-Schwoebel-Barriere ermittelt. Die Simulationsergebnisse koennen mit einer einfachen Kontinuumsbeschreibung fuer den kritischen Radius nicht in Einklang gebracht werden. Deshalb wird ein neuer analytischer, auf Skalenargumenten basierender Zugang entwickelt. Dabei werden unterschiedliche physikalische Mechanismen sichtbar, die zu einem reichhaltigen Gesamtszenario mit verschiedenen Skalenregimen führen.