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

5 Wachstum, Morphologie und Oxidationszustand von CeO x /Ru(0001)
(a) (b) (c)
2 µm
Abb. 5.5 LEEM-Aufnahmen (a) der sauberen Ru(0001)-Oberfläche und (b) nach
dem Wachstum von Ceroxid auf Ru(0001) bei 850 ℃ Substrattemperatur
und p O2 = 5 × 10 −7 Torr Sauerstoffhintergrunddruck aus der annähernd
gleichen Oberflächenregion. (c) zeigt eine Überlagerung von (a) und (b)
nach der Driftkorrektur, um den Einfluss der Substratmorphologie auf
die Ceroxid-Inselform zu verdeutlichen. Das Inset zeigt einen vergrößerten
Bereich der in (b) markierten Insel, die zum einen eine äußerst gerade
Inselkante und zum anderen eine gekrümmte Inselkante aufweist. Die
Krümmung wird durch ein in direkter Nähe befindliches Stufenbündel verursacht,
welches das Wachstum behindert. (aus [186])
die senkrecht zur lokalen Kristall-Fehlorientierung ausgerichtet sind. Diese Kanten
folgen eher dem Verlauf der Stufen des Substrates und sind deshalb eher gekrümmt.
Daher weisen die Ceroxid-Inseln oft zwei perfekte gerade Kanten auf, während die
dritte Kante gekrümmt ist, wie das Inset in Abb. 5.5 (b) verdeutlicht. Ex-situ AFM-
Aufnahmen (Daten nicht gezeigt) belegen, dass die Ausbreitung der Ceroxid-Inseln
während des Wachstums an der höher gelegenen Seite einer Stufenkante begrenzt
wird und damit ein Überwachsen der Substratstufen unterbunden ist. Dieses Wachstumsverhalten
entspricht dem Modell des Teppichwachstums und ist schematisch in
Abb. 5.6 dargestellt. Wenn die Wachstumsrichtung der Ceroxid-Inseln (Abb. 5.6 (a))
mit der lokalen Orientierung der Substratstufenkanten übereinstimmt, kommt es
beim Überwachsen der Stufe zu einer Abstandsvergrößerung zwischen Ceroxid-Film
und unterer Substratterrasse in der Umgebung der Substratstufe wie Abb. 5.6 (d)
veranschaulicht. Dabei wird vorausgesetzt, dass das Ceroxid nicht elastisch genug ist,
um sich der Topografie der Substratstufe anzupassen und es dadurch zu einer verminderten
Wechselwirkung zwischen Ceroxid-Film und Substrat kommt. Aus thermodynamischer
Sicht führt die Summe aus zusätzlicher elastischer Verformungsenergie
und reduzierter Wechselwirkungsenergie zwischen Film und Substrat zu einer Vergrößerung
der Gesamtenergie pro Ceroxid-Oberflächeneinheit. Dies bewirkt selbst
unter Vernachlässigung von kinetischen Effekten eine erhebliche Aktivierungsener-
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