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