Hochauflösende Elektronenbeugung zur Heteroepitaxie von Graphen/Ir(111) und C60 /Bi(111)/Si(001)

Wachstum, Morphologie und Verspannungszustand

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Die vorliegende Arbeit befasst sich mit dem Wachstum von Kohlenstoffschichten: Graphen auf Ir(111) und C60 auf Bi(111)/Si(001). Zur Untersuchung der Struktur der hergestellten Schichten wird hochauflösende niederenergetische Elektronenbeugung (SPA-LEED) eingesetzt. Graphen-Schichten wurden mittels der chemischen Gasphasenabscheidung bei Temperaturen zwischen 1000 K und 1530 K hergestellt. Neben der mit dem Substrat wohlorientierten epitaktischen Phase sind zusätzlich bei Wachstumstemperaturen zwischen 1000 K und 1460 K zufällig gedrehten Domänen zu beobachten. Unterhalb von 1200 K zeigt das Graphen sehr hohe ungeordnete und zufällig gedrehte Strukturen. Bei Wachstumstemperaturen von 1500 K spiegeln die scharfen Moiré-Reflexe in den Beugungsbildern eine Graphen-Schicht mit nur einer Orientierung wider. Zusätzlich sind auch auf Ir(111) Graphen-Domänen mit einem Drehwinkel kleiner als 2° vorhanden. Für diese Domänen ist die Einrastebedingung mit dem Substrat wie bei den wohlorientierten Domänen erfüllt. Bei der Herstellung des Graphens bei hohen Temperaturen bilden sich beim Abkühlen des Substrats bis Raumtemperatur Falten in der Graphen-Schicht. Als Funktion der Temperatur wurden die Kinetik der Entstehung der Falten und die Verspannung in der Graphen-Schicht untersucht. Dabei wurde der Moiré-Abstand in den Beugungsbildern als Lupe zur Bestimmung der Änderung der Gitterkonstanten verwendet. Die Daten zeigen eine Hysterese der Graphen-Gitterkonstante, welche sich durch den Zusammenhang zwischen der Entstehung der Falten und der Verspannung in der Graphen-Schicht erklären lässt. Trotz Relaxation des Graphens durch Faltenbildung zeigt die Schicht bei Raumtemperatur immer noch Druckverspannung. Als zweite Kohlenstoffschicht wurde C60 auf Bi(111)/Si(001) untersucht. Sowohl diese Schicht als auch der Bi(111)-Film auf Si(001) wurden mit Hilfe der Molekularstrahlepitaxie hergestellt. Als initialisierende Nukleationsphase dient eine bei 80 K aufgedampfte Sublage C60 . Nach dem Ausheilen bis 450 K weist diese Lage ein Moiré-Muster mit einer Periodizität von 5 nm, welche durch das Einrasten von C60 mit dem virtuellen Substrat entsteht. Schließlich wurde die Bedeckung beim weiteren Aufdampfen von C60 variiert. Bei jedem Schritt wurde ein 1D-Profil bei 80 K aufgenommen. Durch den Vergleich der Profile miteinander geht die initiale (1x1)-Phase in die (2x2)-Phase über, sobald die erste Lage geschlossen ist. Die Bildung der zweiten molekularen Lage C60 wird durch eine plötzliche Relaxation der lateralen Gitterkonstanten begleitet. Zusätzlich wurde bestätigt, dass C60 -Filme dicker als 1 ML den temperaturabhängigen Oberflächenphasenübergang von (2x2) zu (1x1) bei 238 K analog zur vorherigen Studie zeigt. Das homoepitaktische Wachstum von C60 wurde bei Temperaturen zwischen 140 K und 400 K studiert. Durch Beobachtung der Intensität-Oszillation des (00)-Reflexes beim Aufdampfen wurde bestätigt, dass der C60 -Film bei einer Temperatur von 350 K Lage-für-Lage wächst. Die Abnahme der Amplitude der Oszillation mit der Wachstumstemperatur und der Bedeckung weist auf die Existenz einer Ehrlich-Schwoebel-Barriere hin.
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Dokumententyp:
Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation
Fakultät / Institut:
Fakultät für Physik
Dewey Dezimal-Klassifikation:
500 Naturwissenschaften und Mathematik » 530 Physik
Stichwörter:
SPA-LEED, CVD, MBE, Ir(111), Graphen, C60, Bi(111), Si(001), Moiré-Effekt, Falten, Verspannung, Stress, Moiré-Effect, Wrinkles
Beitragende:
Prof. Dr. Horn-von Hoegen, Michael [Betreuer(in), Doktorvater]
Prof. Dr. Schleberger, Marika [Gutachter(in), Rezensent(in)]
Sprache:
Deutsch
Kollektion / Status:
Dissertationen / Dokument veröffentlicht
Datum der Promotion:
27.02.2012
Dateien geändert am:
09.05.2012
Medientyp:
Text