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

5 Wachstum, Morphologie und Oxidationszustand von CeO x /Ru(0001)
Eck et al. zwischen Cer und Rhodium für das Wachstum von Ceroxid auf Rh(111)
in Abhängigkeit der Bedeckung und der Temperatur (T 700 ℃) nachweisen.
In einer sehr aktuellen Studie (Juli 2013) zum Wachstum von Ceroxid auf Re(0001),
welches bei Raumtemperatur deponiert wurde und anschließend bei 850 K in einem
Sauerstoffhintergrunddruck von p O2 = 1 × 10 −7 mbar ausgeheilt wurde, konnten
Grinter et al. [105] mit Hilfe von resonanter Röntgen-Photoemissionselektronenmikroskopie
(XPEEM) beobachten, dass die Ceroxid-Inseln mit einer lateralen Ausdehnung
von 20 nm bis 300 nm einen nahezu einheitlichen Oxidationszustand aufwiesen.
Des Weiteren konnten sie verschiedene Rotationsdomänen in LEED- und
LEEM-Aufnahmen identifizieren.
5.2 Wachstumsmodus von Ceroxid auf Ru(0001)
Zur Aufklärung des Wachstumsmodus zeigt Abb. 5.1 LEEM-Aufnahmen mit einem
Gesichtsfeld (FOV) von 6 µm während des Wachstums von Ceroxid auf Ru(0001)
bei unterschiedlichen Substrattemperaturen und zunehmender Ceroxid-Bedeckung.
Der Sauerstoffhintergrunddruck während des Wachstums betrug zwischen p O2 =
2 × 10 −7 Torr und p O2 = 5 × 10 −7 Torr, während der Cer-Fluss bei 0,5 Å /min lag.
Dies führt zu hoch oxidiertem CeO 2−δ , wobei δ nahezu null beträgt, wie in Abschnitt
5.2.2 gezeigt werden wird. Für jede Wachstumstemperatur ist eine Serie
von drei LEEM-Aufnahmen gezeigt (575 ℃, (a)–(c); 800 ℃, (d)–(f); 900 ℃, (g)–(i);
1000 ℃, (j)–(l)). Die erste Aufnahme einer jeden Serie zeigt dabei die Ru(0001)-
Oberfläche mit atomaren Stufenkanten (dünne schwarze Linien), Stufenbündeln
(breite schwarze Linien) und den dazwischenliegenden Substratterrassen, wobei die
Ru(0001)-Oberfläche dem während des Ceroxid-Wachstums verwendeten Sauerstoffhintergrunddruck
schon ausgesetzt ist, der Shutter des Ceroxid-Verdampfers jedoch
noch geschlossen ist. Das anfängliche Wachstum mit Ceroxid-Bedeckungen zwischen
0,02 ML–0,05 ML wird durch die zweite LEEM-Aufnahme einer Serie veranschaulicht,
wobei eine Ceroxid-Monolage (ML) einer O-Ce-O Trilage der CeO 2 (111)-
Fluorit-Struktur mit einer Schichtdicke von 3,12 Å entspricht. Es ist in den LEEM-
Bildern die anfängliche Nukleation von Ceroxid-Inseln auszumachen. Schließlich
zeigt die dritte Aufnahme einer jeweiligen Serie das fortgeschrittene Wachstum bei einer
Bedeckung zwischen 0,61 ML und 1,83 ML, bei dem sich bereits einzelne Ceroxid-
Inseln mit einer fast perfekt vollständigen dreieckigen Form ausgebildet haben. In
den Aufnahmen (f) und (i) rührt der Kontrastunterschied verglichen mit den restlichen
LEEM-Aufnahmen von einer veränderten kinetischen Energie der Elektronen
von E kin = 16,4 eV im Gegensatz zu E kin = 13,1 eV her.
Die Wachstumssequenz bei 575 ℃ erweckt zuerst den Eindruck, dass sich bei dieser
Wachstumstemperatur ein geschlossener Ceroxid-Film ausbildet. Bei höheren
Wachstumstemperaturen bilden sich jedoch freistehende Ceroxid-Inseln aus, deren
Größe und Nukleationsdichte von der Substrattemperatur abhängen. Eine weitere
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