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

5 Wachstum, Morphologie und Oxidationszustand von CeO x /Ru(0001)
Zunahme der Wachstumstemperatur resultiert in einer Abnahme der Nukleationsdichte,
wobei die Ceroxid-Inselgröße gleichzeitig zunimmt und es zum Wachstum
von Ceroxid-Inseln mit einer fast perfekt vollständigen Dreiecksform kommt. Aus
diesem Grund ist davon auszugehen, dass es auch bei einer Depositionstemperatur
von 575 ℃ zu einem Insel-Wachstum mit entsprechend hoher Nukleationsdichte
und geringer Inselgröße kommt, das jedoch im Bereich der Auflösungsgrenze des
LEEMs liegt und lediglich anhand der körnigen Struktur der LEEM-Aufnahmen
(b)–(c) erahnt werden kann. Dies ist im Einklang mit den STM-Erkenntnissen von
Eck et al. [197], die für das Ceroxid-Wachstum auf Rh(111) bei niedrigen Wachstumstemperaturen
eine hohe Inseldichte mit entsprechend kleinen Inseln vorfanden.
Weiterhin ist zu beobachten, dass die Nukleationsdichte mit zunehmender Bedeckung
nicht weiter zunimmt, sondern lediglich von der Wachstumstemperatur abhängt.
Die Nukleationskeime bilden sich dabei bei einer Bedeckung von einigen Prozent
einer Monolage Ceroxid aus, wie der zweiten LEEM-Aufnahme der jeweiligen
Wachstumsserie zu entnehmen ist. Dies lässt auf ein Arrhenius-Verhalten hindeuten,
das zum Ende des Abschnitts näher erörtert werden wird. Darüber hinaus kann
aus Echtzeit-LEEM-Aufnahmen (Daten nicht gezeigt), die das Wachstum einer einzelnen
Insel zeigen, auf die Einkristallinität der Ceroxid-Inseln geschlossen werden.
Trotz des Sauerstoffhintergrunddrucks von bis zu p O2 = 5 × 10 −7 Torr während der
Ceroxid-Deposition konnte kein Wachstum von Rutheniumoxid-Spezies beobachtet
werden. Dies ist auf den äußerst geringen dissoziativen Sauerstoff-Haftkoeffizienten
für molekularen Sauerstoff auf Ruthenium zurückgeführen [207].
Für eine genauere Analyse der Form und Höhe der Ceroxid-Inseln zeigt Abb. 5.2 eine
Rasterkraftmikroskopie-Aufnahme (AFM) mit entsprechenden Linienprofilen nach
dem Wachstum von 1 ML Ceroxid bei einer Substrattermperatur von 800 ℃ und einem
Sauerstoffhintergrunddruck von p O2 = 5 × 10 −7 Torr. Sämtliche Ceroxid-Inseln
weisen eine fast perfekte Dreiecksform auf und besitzen eine anhand der Linienprofilen
bestimmte Höhe von etwa 3 nm. Eine genau Auswertung der Dreiecksfrom zeigt,
dass es sich nicht um gleichschenklige Dreiecke handelt. Zwei Dreieckseiten weisen
eine identische Länge auf, während die dritte Seite verkürzt ist. Die entsprechenden
Winkel im Dreieck ergeben sich entsprechend zu (66 ± 1) ° und (54 ± 1) °. Weiterhin
ist in den Linienprofilen deutlich zu erkennen, dass die Inseln steile Kanten besitzen
und die Insel-Oberflächen Stufenkanten und breite Terrassen aufweisen. Es scheint,
als ob die Stufenkanten auf den Ceroxid-Inseln maßgeblich von den Stufenkanten
des Substrates beeinflusst werden. Dieses Verhalten wird ausführlicher in Abschnitt
5.2.1 diskutiert. Bei den dunklen kleinen schwarzen Punkten bzw. langgezogenen
Rechtecken ist noch nicht endgültig geklärt, ob es sich um Kontaminationen durch
die Exposition der Probe an ambienten Bedingungen handelt, oder ob eine weitere
Ceroxid-Phase wie z. B. die CeO x (001)-Phase beobachtet werden kann. Bei den
Punkten ist dabei wohl eher von einer Kontamination auszugehen als bei den Rechtecken.
Bestimmt man aus entsprechenden LEEM-Abbildungen für einen Wachstumstemperaturbereich
von 700 ℃ bis 1000 ℃ die Inseldichte von Ceroxid, welche mit Bede-
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