Optische Leitfähigkeit dünner Goldfilme im infraroten Spektralbereich

Abstract

Die optische Leitfähigkeit von Goldfilmen mit Schichtdicken von 9nm bis hin zu einer Monolagenbedeckung wurde im Frequenzbereich zwischen 600 Wellenzahlen bis 6000 Wellenzahlen bei Temperaturen vom 300K bis 4,5K aus Reflexionsmessungen mittels Fouriertransformationsspektroskopie ermittelt. Die Goldfilme wurden unter UHV Bedingungen auf Si(111)Au-7x7-Oberflächen präpariert, mit LEED charakterisiert und optisch untersucht.

Ein Metall-Isolator Übergang sowohl in der Frequenz- als auch in der Temperaturabhängigkeit der Leitfähigkeit wurde bei einer nominellen Schichtdicke von 2nm beobachtet.

Für Filmdicken größer 3nm lassen sich die Goldfilme mit der Drudetheorie beschreiben. Bei diesen metallischen Goldfilmen wurden frequenzabhängige Sizeeffekte in der Leitfähigkeit identifiziert. Bei Auswertung der Streurate wurde weiterhin ein Anstieg der Debeye-Temperatur in Abhängigkeit der Filmdicke beobachtet.

Für Filmdicken kleiner 2nm wird ein ausgeprägtes Maximum in der frequenzabhängigen Leitfähigkeit beobachtet. Generell steigt die Leitfähigkeit in Abhängigkeit zur inversen Filmdicke stark an. Die Frequenz- und Temperaturabhängigkeit der Leitfähigkeit dieser granularen, nicht geschlossenen Filme lässt sich nicht wiederspruchsfrei mit einer der bekannten Theorien zum Elektronentransport beschreiben.

The optical conductivity of ultra thin gold films grown at clean silicon surfaces was determined from reflectivity measurements at temperatures between 300K and 4,5K in the frequency range from 600 wavenumbers up to 6000 wavenumbers.

A metal to insulator transition in the temperature- and frequency dependance of the conductivity at nominal filmtickness of 2nm was observed.

Experimental data for films with a thickness above 2nm could be validated using drude theory. Frequency dependend size effects are observed as well as a increasing Debeye-temperature for lower filmthickness.

Films with a thickness below 2nm are not homogenious, not closed and form a granular morphology. These films show thermal activated transport characteristica in the frequency dependent conductivity. A well pronounced maximum in the frequency dependent conductivity was observed. In general the conductivity increses with the inverse filmthickness. The observed temperature- und frequency dependence of the conductivity was not able to be explained within the well established theories describing the electronic transport.