Adsorbat-modifiziertes Wachstum ultradünner Seltenerdoxid ... - E-LIB

4.4 Wachstum von Seltenerdoxid-Multilagen-Filmen
(6 TL La2 O 3
·0,046+2 TL Ce2 O 3
·0,059−5 TL Ce2 O 3
·0,059 = 0,099). Die experimentellen
Daten weisen jedoch einen Unterschied von ∆Φ c,(111) = −0,05 auf, der selbst unter
Berücksichtigung von Schichtdickenfehlern im Bereich von einer Trilage zu stark von
der berechneten Verschiebung der kohärenten Position ∆Φ c,(111) = 0,099 abweicht.
Wenn man jedoch davon ausgeht, dass das Ce 2 O 3 die laterale Gitterkonstante des
vollständig relaxierten Lanthanoxids beim Wachstum annimmt, ergibt sich eine vertikale
Gitterfehlanpassung des Ceroxids von 3,8 % und dadurch lässt sich unter Berücksichtigung
der Schichtdickenfehler der experimentell beobachtete Unterschied in
den kohärenten Positionen von ∆Φ c,(111) = −0,05 erklären. Es kann demnach vermutet
werden, dass das Chlor beim Wachstum des Seltenerd-Multilagen-Films die
gleiche atomare Verteilung an der Ce 2 O 3 -Oberfläche annimmt wie beim Wachstum
von Ce 2 O 3 unter Präparationsbedingungen (1-Cl).
Da es beim Ceroxid-Wachstum auf Lanthanoxid unter Präparationsbedingungen (5-
Cl) zur Segregation des Chlors an die Oberfläche kommt, während sich das Chlor
bei identischen Wachstumsbedingungen bei der Deposition von Ce 2 O 3 auf Si(111)
als interfactant verhält, konnte somit gezeigt werden, dass es beim Verhalten des
Chlors nicht nur auf das Verhältnis zwischen Sauerstoffhintergrunddruck und Cer-
Fluss während des Wachstums ankommt sondern auch auf die chemische Bindung
des Chlors (Cl-Si, bzw. Cl-La 2 O 3 ) vor der Deposition von Ce 2 O 3 .
Zum Abschluss des Kapitels soll noch einmal auf die spektroskopischen Ergebnisse
des Ce3d-XPS-Spektrums in Abb. 4.36 eingegangen werden, da es unerwartet
den Ce 3+ -Oxidationszustand des Ceroxid-Films in der Seltenerdoxid-Multilagen-
Struktur aufweist. Für die Deposition von ultradünnen Ceroxid-Filmen auf Silizium
ist bekannt, dass Ceroxid zunächst im Ce 3+ -Oxidationszustand (Ce 2 O 3 ) wächst
und mit zunehmender Schichtdicke in den Ce 4+ -Oxidationszustand (CeO 2 ) übergeht,
wobei die ersten Lagen an der Grenzfläche im Ce 2 O 3 -Zustand verbleiben [146].
Dies ist darauf zurückzuführen, dass Cer die Bildung von Silikat und Siliziumoxid
an der Grenzfläche katalysiert [3, 10, 28]. Da das Wachstum von Ceroxid in der
Seltenerdoxid-Multilagen-Struktur jedoch auf dem La 2 O 3 -Film stattgefunden hat,
sollte es keinen direkten Kontakt mehr zum Si(111) Substrat besitzen und deshalb
der Verlust von Sauerstoff an Siliziumoxid und Silikat nicht auftreten. Interessanterweise
weist Ceroxid unter den identischen Wachstumsbedingungen auf Ru(0001)
einen sehr viel höheren Oxidationszustand auf (siehe Kapitel 5). Deshalb stellt sich
die Frage, weshalb Ceroxid auf La 2 O 3 den Ce 3+ -Oxidationszustand besitzt, während
es auf Ru(0001) sehr leicht oxidiert werden kann. Möglicherweise ist die sehr
geringe Gitterfehlanpassung von C-Typ Ce 2 O 3 (a = 11,16 Å) [66] und C-Typ La 2 O 3
(a = 11,36 Å) [26], welche den Ceroxid-Film in ein pseudomorphes Wachstum in der
Ce 2 O 3 -Kristallstruktur drängt, eine der treibenden Faktoren. Andererseits könnte es
auch möglich sein, dass ultradünne Ceroxid-Filme intrinsisch nur in der Ce 2 O 3 -Phase
stabil sind.
Zusammenfassend lässt sich festhalten, dass Seltenerdoxid-Multilagen-Filme bestehend
aus einem La 2 O 3 -Film, der auf Chlor-passiviertem Si(111) abgeschieden wird,
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