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Authors: Richter, Gunther
Title: Charakterisierung der Keimbildung und des Wachstums dünner Pd-Schichten auf der SrTiO3(001)-Oberfläche
Other Titles: Characterisation of the growth and the nucleation of thin Pd-layers on the SrTiO3(001)-surface
Issue Date: 2000
metadata.ubs.publikation.typ: Dissertation
URI: http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bsz:93-opus-10923
http://elib.uni-stuttgart.de/handle/11682/6518
http://dx.doi.org/10.18419/opus-6501
Abstract: Mit dieser Arbeit liegt Studie vor, die das Wachstum von Pd auf SrTiO3(001) von der Keimbildung bis zum Spätstadium der Inselkoaleszenz quantitativ beschreibt. Unter den untersuchten Bedingungen zeigt Pd immer Inselwachstum. Auch bei hoher Übersättigung und niedriger Aufdampftemperatur ließ sich kein Lagenwachstum beobachten. In Abhängigkeit der Temperatur stellten sich unterschiedliche Orientierungsbeziehungen ein. Bei niedrigen Temperaturen unterhalb bildeten sich Pd-Schichten mit einer {111}-Fasertextur. Für hohe Wachstumstemperaturen und niedrige Aufdampfraten ergibt sich ein epitaktisches Wachstum. Aus der Gleichgewichtsgestalt der epitaktischen Inseln konnte durch eine Wulff-Konstruktion die Grenzflächenenergie zwischen Pd und der SrTiO3(001)-Oberfläche zu bestimmt werden. Unter Verwendung der Ratentheorie konnte der Anfangszustand des Wachstums der Pd-Filme durch grundlegende Prozesse, wie die Diffusion, die Adsorption und die Keimbildung beschrieben werden. Aus dem Vergleich von experimentell gewonnenen maximalen Inseldichten mit der Ratentheorie konnte die kritische Keimgröße, die Diffusionsenergie, die Adsorptionsenergie und das Verhältnis von Diffusionskonstante zu Schwingungsfrequenz angegebenen werden. Neben der Keimbildung ließ sich in dieser Arbeit auch das Spätstadium der Koaleszenz studieren. Über Anwendung eines Modells von Jeffers gelang es, den Vorfaktor der Pd-Selbstdiffusion zu bestimmen. Aufgrund des Inselwachstums war es unmöglich, dünne epitaktische Filme, die das SrTiO3(001)-Substrat vollständig bedeckten, in einem einzigen Aufdampfschritt abzuscheiden. Durch einen kombinierten Prozeß aus verschiedenen Aufdampfschritten und anschließender Auslagerung gelang es jedoch sehr dünne geschlossene epitaktische Filme herzustellen. Dieser Prozeß basiert auf dem abnormalen Kornwachstum epitaktischer Körner.
The present work shows a complete study of the growth of Pd on SrTiO3(001) from nucleation to the coalescence stage of film formation. All experiments were carried out on TiO2-terminated SrTiO3(001)-surfaces. Pd showed 3-dimensional growth for all growth parameters. It was possible to change the epitaxial relationship between islands and substrate as a function of growth parameters. At low temperatures all islands showed a {111}-fibre texture. For high substrate temperatures and low growth rates a epitaxial relationship was achieved. The equilibrium shape of the epitaxial islands yielded, with a Wulff plot, the interfacial energy between Pd and the SrTiO3(001) surface. Due to the 3-dimensional nature of growth, it was impossible to achieve thin epitaxial layers that covered the substrate completely in a single step deposition process. A combined process consisting of different deposition steps, allowed the growth of very thin epitaxial layers, which covered the complete SrTiO3(001) substrate. The critical process that allowed this transformation is the abnormal grain growth of epitaxial grains. By using the rate theory, it was possible to evaluate the nucleation of Pd on SrTiO3(001). Nucleation can be described by the basic processes of adsorption, desorption, diffusion and nucleation. Measurements allowed a general approximation for the rate theory by excluding the extremely incomplete condensation. A comparsion of the experimental saturation island density values with the achieved general approximation one could extract the critical cluster size, the diffusion energy, the adsorption energy and the ratio of diffusion constant and vibration frequency. The coalescence stage of film growth was also investigated. A simple model from Jeffers was used to extract information about the self-diffusion of Pd. It was possible to deduce the Pd self-diffusion constant.
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