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

4 Strukturelle und chemische Zusammensetzung von Seltenerdoxid-Filmen
auf Si(111)
Filme kamen hauptsächlich die Röntgen-Photoelektronenspektroskopie (XPS) und
die Röntgenbeugung (XRD) zum Einsatz.
Eine amorphe Schicht an der Grenzfläche zwischen Substrat und Ceroxid-Film wurde
erstmals durch HRTEM-Untersuchungen von Chikyow et al. [10] nachgewiesen.
Der Ceroxid-Film mit einer Schichtdicke von etwa 100 nm, welcher mit Hilfe von
PLD bei einer Substrattemperatur von 750 ℃ auf einer Si(111)-(7 × 7)-Oberfläche
deponiert wurde, zeigte dabei eine amorphe Grenzflächen-Schicht von ca. 5 nm. Diese
Studie machte erstmals auf die Problematik einer anfänglichen amorphen Schicht
an der Grenzfläche aufmerksam, wobei die amorphen Grenzflächen-Spezies SiO 2 und
CeO 2−x zugeordnet wurden.
Um die amorphe Spezies an der Grenzfläche zu unterdrücken haben Yoshimoto et
al. [33] und Hirschauer et al. [34,146] Ceroxid auf Wasserstoff-passivierten H/Si(111)-
(1 × 1)-Oberflächen bei Raumtemperatur und bei 200 ℃ mit Hilfe von L-MBE und
PLD abgeschieden. Die Wasserstoff-Passivierung der Si(111)-Oberfläche führte zu
einer fast vollständigen Unterdrückung von Silikat und Siliziumoxid an der Grenzfläche
wie mit Hilfe von XPS gezeigt werden konnte. Hirschauer et al. konnten in
den Studien weiterhin durch XPS-Untersuchungen während des Ceroxid-Wachstums
zeigen, dass der Oxidationszustand von Cer unter identischen Wachstumsparametern
von der Schichtdicke abhängt. Für Schichtdicken im Ångström-Bereich liegt der
Ce 3+ -Oxidationszustand vor. Mit steigender Schichtdicke können beide Oxidationszustände
Ce 3+ und Ce 4+ nachgewiesen werden, bis bei Filmen mit mehreren Nanometern
Schichtdicke fast ausschließlich der Ce 4+ -Oxidationszustand vorherrscht.
Yoshimoto et al. [33] verfolgten weiterhin den Ansatz durch ein Zwei-Schritt-Wachstum,
welches zuerst auf Wasserstoff-passiviertem Si(111) Ceroxid mit einer Schichtdicke
von ca. 5 nm unter UHV-Bedingungen und anschließend unter 5 × 10 −5 Torr
Sauerstoffhintergrunddruck bei Raumtemperatur mit Hilfe von L-MBE (CeO 2 -Target)
deponiert, die Kristallinität der epitaktischen Filme zu steigern. In Crosssectional
HRTEM-Aufnahmen konnte keine amorphe Schicht an der Grenzfläche
ausgemacht werden und die hohe Kristallinität der Ceroxid-Filme konnte bestätigt
werden. Ihre Ergebnisse bestätigten Furusawa und Yoshimoto et al. [145] in einer
späteren Veröffentlichung und fanden durch CAICISS-Messungen (coaxial impactcollision
ion scattering spectroscopy), dass CeO 2 auf Si(111) beim Raumtemperatur-
Wachstum eine B-Typ-Orientierung ([¯110] CeO2 ‖ [1¯10] Si ) aufweist.
Ein Zwei-Schritt-Wachstum verfolgten auch Huang et al. [147], die zuerst eine Monolage
Cer abschieden, um die Oxidation an der Grenzfläche zu unterdrücken, und
anschließend durch low energy dual ion beam deposition technology [148] Ce + - und
O − -Ionen gleichzeitig deponierten. Der 200 nm dicke Ceroxid-Film wurde durch
XRD-Untersuchungen charakterisiert und zeigte anhand der Halbwertsbreite der
Beugungsreflexe eine gute Kristallinität. Der Einfluss der zuerst deponieten Cer-
Monolage auf die Bildung einer amorphen Grenzflächen-Schicht wurde jedoch nicht
untersucht.
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