Wachstum, Struktur und Ordnungsverhalten dünner CuAu-Legierungsfilme : eine röntgenographische Untersuchung

Abstract

Im Rahmen dieser Arbeit wurde der Ordnungs-Unordnungs-Phasenübergang in dünnen aus CuAu-Legierungsfilmen mit Röntgenstreumethoden untersucht. Bei den Systemen handelt es sich um Cu3Au(111)-Schichten auf Saphir-Substraten mit Nb-Pufferschichten. Nach ihrer Herstellung mittels MBE und ihrer Charakterisierung konnten sie in einer mobilen UHV-Kammer an Synchrotronstrahlungsquellen untersucht werden. Zur Untersuchung von Struktur und Ordnung wurde die Intensitätsverteilung entlang der Fundamental- bzw. Überstrukturbraggstäbe senkrecht zur Oberfläche vermessen. Durch numerische Fouriertransformation von Modellprofilen für Struktur bzw. Ordnungsparamter (OP) konnten danach die Daten angepasst werden. Bei den Cu3Au-Filmen zeigte sich, dass der OP an der Oberfläche im Gegensatz zum Cu3Au-Volumen eine kontinuierliche Abnahme gemäß einem Potenzgesetz bzgl. der reduzierten Temperatur mit einem Exponenten von 0,8 abnimmt. An der Oberfläche der Filme bildet sich eine entordnete Schicht, deren Dicke logarithmisch mit der reduzierten Temperatur anwächst. Die Amplitude dieses Wachstums entspricht mit 6,93Å der Volumenkorrelationslänge. Erstmals können auch genauere Aussagen über die Ausdehnung der Grenzfläche gemacht werden, die den geordneten Teil des Films vom ungeordneten trennt. Diese wächst zunächst gemäß (ln t)^1/2. 20K unterhalb T0 beginnt sie jedoch, stärker anzusteigen. Dies ist ein Hinweis darauf, dass an diesem Punkt die Steifigkeit der Grenzfläche abnimmt und somit stärkere Fluktuationen zulässt. Eine ähnliche Abnahme des OPs an der der Nb-Pufferschicht zugewandten Grenzfläche konnte nicht festgestellt werden. Selbst ein Aufbringen einer Nb-Deckschicht veränderte das Verhalten nicht qualitativ. Offenbar führen die verschiedenen Spannungen an Ober- und Unterseite des Legierungsfilms,die durch Auswertung der Intensitätsverteilungen entlang der fundamentalen Braggstäbe mittels eines iterativen Algorithmus festgestellt werden konnten, zu dem unterschiedlichen Verhalten.

Subject of this x-ray scattering study was the order-disorder phase transition in thin films of CuAu alloys. For the experiments Cu3Au(111) films grown on sapphire substrates with Nb buffer layers have been chosen. The films were grown by means of MBE. After preparation and characterization the samples were transferred to a mobile UHV chamber. The experiments were carried out at highly brilliant synchrotron sources. In order to obtain information on the structure and the order parameter (OP) the intensity distribution along the fundamental and super structure truncation rods (CTR) was scanned, respectively. The data were then fitted by numerical Fourier transformation of model profiles for structure and order along the surface normal. The OP at the surface of the Cu3Au films vanished continuously according to a power law with respect to the reduced temperature. The exponent of this power law was found to be 0.8. At the surface a disordered layer is built up. The thickness of this layer grows logarithmically with the reduced temperature. The amplitude of this logarithmic growth is 6.93Å and equals the bulk correlation length. For the first time also detailed information on the interface between the ordered and the disordered part of the film was obtained. At temperatures far below the phase transition temperature it's extent perpendicular to the film plane grows according to ln t^1/2. However, 20K below T0 the growth starts to increase. This is due to a decrease of the interfaces tension which allows stronger fluctuations of it's position. A similar decrease of the OP at the interface between the alloy film and the Nb buffer layer was not found. Even after covering the film with a thin Nb cap layer no qualitative change of the behavior was found. Obviously the different strain regimes at the top and the bottom side of the alloy films, which were found by fitting the fundamental CTR intensity with an iterative algorithm, lead to the different ordering behaviour.