Surfactant-Wirkung von Indium auf das Wachstum von Kobalt auf der Kupfer(111)-Oberfläche unter Berücksichtigung der Legierungsbildung von Indium auf Kupfer(111)
Surfactant-Wirkung von Indium auf das Wachstum von Kobalt auf der Kupfer(111)-Oberfläche unter Berücksichtigung der Legierungsbildung von Indium auf Kupfer(111)
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2002
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Wider, Helmut
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Surfactant-effect of Indium on the growth of Cobalt on the Copper(111)-surface in consideration of alloying of Indium on Copper(111)
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Dissertation
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Abstract
In dieser Arbeit wurde der sog. Surfactant-Effekt von In auf das Wachstum von Co auf der Cu(111)-Oberfläche untersucht. Als Surfactant-Effekt bezeichnet man in der Molekularstrahlepitaxie eine Änderung des Wachstumsverhaltens eines Films von 3D- Inselwachstum ohne Surfactant hin zu Lagenwachstum nach vorheriger Bedeckung des Substrats mit einer Surfactant-Spezies. Für fortschreitendes Lagenwachstum muss der Surfactant während des Wachstums ständig an die Oberfläche segregieren und für die nächste Lage als Wachstumskatalysator zur Verfügung stehen. In realen Systemen ist mit einem teilweisen Verbleib des Surfactants an der Adsorbat-Substrat-Grenzfläche und mit einem teilweisen Einbau in die aufwachsende Schicht zu rechnen.
Neben dem Nachweis einer Surfactant-Wirkung von In beim Co-Wachstum auf der Cu(111)-Oberfläche sollte diese Arbeit den Verbleib des In aufklären. Als Methode der nuklearen Festkörperphysik stand dafür die gestörte gg-Winkelkorrelation (PAC) unter Verwendung des radioaktiven 111In-Isotops als lokale Sonde zur Verfügung. Desweiteren wurden LEED, MEED, AES und die Rastertunnelmikroskopie als Untersuchungsmethoden eingesetzt.
Da die Untersuchungen zum Surfactant-Effekt In-bedeckungsabhängig erfolgen sollten, wurde zuerst das Wachstumsverhalten von In auf Cu(111) untersucht. Dabei konnte die Bildung von geordneten Cu-In-Oberflächenlegierungen im nominellen In-Bedeckungsbereich bis ca. 1 ML beobachtet werden.
Beim Co-Wachstum auf den mit In-belegten Cu-Oberflächen wurde Lagenwachstum verschiedenen Ausmaßes nachgewiesen. Aus den Untersuchungsergebnissen konnte ein detailiertes Wachstumsphasendiagramm erstellt und die Menge an In bestimmt werden, die jeweils an der Cu-Co-Grenzfläche verbleibt oder im Co-Film eingebaut wird. Als Modell für den Einbaumechanismus wird der Einfang von In-Atomen in Co-Korngrenzen vorgeschlagen.
Neben dem Nachweis einer Surfactant-Wirkung von In beim Co-Wachstum auf der Cu(111)-Oberfläche sollte diese Arbeit den Verbleib des In aufklären. Als Methode der nuklearen Festkörperphysik stand dafür die gestörte gg-Winkelkorrelation (PAC) unter Verwendung des radioaktiven 111In-Isotops als lokale Sonde zur Verfügung. Desweiteren wurden LEED, MEED, AES und die Rastertunnelmikroskopie als Untersuchungsmethoden eingesetzt.
Da die Untersuchungen zum Surfactant-Effekt In-bedeckungsabhängig erfolgen sollten, wurde zuerst das Wachstumsverhalten von In auf Cu(111) untersucht. Dabei konnte die Bildung von geordneten Cu-In-Oberflächenlegierungen im nominellen In-Bedeckungsbereich bis ca. 1 ML beobachtet werden.
Beim Co-Wachstum auf den mit In-belegten Cu-Oberflächen wurde Lagenwachstum verschiedenen Ausmaßes nachgewiesen. Aus den Untersuchungsergebnissen konnte ein detailiertes Wachstumsphasendiagramm erstellt und die Menge an In bestimmt werden, die jeweils an der Cu-Co-Grenzfläche verbleibt oder im Co-Film eingebaut wird. Als Modell für den Einbaumechanismus wird der Einfang von In-Atomen in Co-Korngrenzen vorgeschlagen.
Summary in another language
The subject of this work was the so called surfactant effect of In on the growth of Co on the Cu(111) surface. In molecular beam epitaxy the surfactant effect means the change of the growth behavior of a thin film from 3D island growth to layer-by-layer growth after coveraging the substrate with a surfactant species. A necessary condition for continious layer-by-layer growth is the segregation of the surfactant species to the surface where it acts as a growth catalyst. In real systems, however, it is expected that surfactant atoms partly stay at the adsorbate substrate interface and that they are partly incorporated into the film.
Besides the proof of a possible surfactant effect of In on the growth of Co on the Cu(111) surface a main aspect of this work was to gather information about the location of the surfactant species in this system. As a method of nuclear solid-state physics perturbed angular correlation (PAC) was used with the radioactive 111In isotope as a local probe. Other techniques used were LEED, MEED, AES and scanning tunneling microscopy.
Since the dependence of the surfactant effect on the In-coverage was of high interest, first the growth behavior of In on Cu(111) had to be investigated. Here the formation of ordered Cu-In surface alloys has been observed for nominal In-coverages of less than 1 ML.
During the Co growth on the In-covered Cu(111) sufaces a layer-by-layer growth mode could be observed in different extend, including the case of existance of the ordered Cu-In alloys. A detailed phase diagram of the observed growth modes was drawn from the experimental data and the amount of In which stays at the interface and which is incorporated into the Co-film was determined. As a model for the incorporation, trapping of In atoms at the grain bounderies of the Co-films is suggested.
Besides the proof of a possible surfactant effect of In on the growth of Co on the Cu(111) surface a main aspect of this work was to gather information about the location of the surfactant species in this system. As a method of nuclear solid-state physics perturbed angular correlation (PAC) was used with the radioactive 111In isotope as a local probe. Other techniques used were LEED, MEED, AES and scanning tunneling microscopy.
Since the dependence of the surfactant effect on the In-coverage was of high interest, first the growth behavior of In on Cu(111) had to be investigated. Here the formation of ordered Cu-In surface alloys has been observed for nominal In-coverages of less than 1 ML.
During the Co growth on the In-covered Cu(111) sufaces a layer-by-layer growth mode could be observed in different extend, including the case of existance of the ordered Cu-In alloys. A detailed phase diagram of the observed growth modes was drawn from the experimental data and the amount of In which stays at the interface and which is incorporated into the Co-film was determined. As a model for the incorporation, trapping of In atoms at the grain bounderies of the Co-films is suggested.
Subject (DDC)
530 Physics
Keywords
Surfactant,Lagenwachstum,Oberflächenlegierung,surfactant,heteroepitaxy,layer-by-layer growth,surface alloy
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ISO 690
WIDER, Helmut, 2002. Surfactant-Wirkung von Indium auf das Wachstum von Kobalt auf der Kupfer(111)-Oberfläche unter Berücksichtigung der Legierungsbildung von Indium auf Kupfer(111) [Dissertation]. Konstanz: University of KonstanzBibTex
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Examination date of dissertation
June 17, 2002