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

4 Strukturelle und chemische Zusammensetzung von Seltenerdoxid-Filmen
auf Si(111)
ration auch über längere Wachstumszeiten die Unordnung im Ceroxid-Film auf ein
Minimum begrenzt.
4.2.4 Grenzfläche zwischen Ce 2 O 3 und Silizium
In diesem Abschnitt soll der Einfluss der Adsorbate auf die chemische und strukturelle
Komposition der Grenzfläche zwischen Ce 2 O 3 und Si(111) untersucht werden.
Hierzu werden Si1s- und O1s-XPS-Analysen sowie chemisch sensitive O1s-XSW-
Untersuchungen an ultradünnen Ce 2 O 3 -Filmen durchgeführt, welche eine Schichtdicke
von 2 Å bis 6 Å aufweisen und bei 500 ℃ Substrattemperatur und einem Sauerstoffhintergrunddruck
von p O2 = 1 × 10 −7 mbar bis p O2 = 5 × 10 −7 mbar auf
nicht passiviertem (1) und (5), Chlor-passiviertem (1-Cl) und (5-Cl), Galliumpassiviertem
(5-Ga) und Silber-passiviertem (5-Ag) Si(111) gewachsen wurden.
Abb. 4.16 zeigt zunächst die Si1s-XPS-Spektren. Die verwendete Photonenenergie
betrug dabei für die XPS-Spektren (5), (5-Cl) und (5-Ga) 3,35 keV und für die
XPS-Spektren (1) und (5-Ag) 2,6 keV. Die Si1s-Spektren wurden mit Voigt-Profilen
angepasst, wobei eine Lorentzbreite von 0,45 eV [161] angenommen wurde. Sämtliche
Spektren konnten unter Verwendung von drei Voigt-Profilen, die das Siliziumvolumenmaterial
Si 0 , Silizium im Oxidationszustand Si 1+ und höhere Oxidationszustände
repräsentieren, die in der Spezies SiO x zusammengefasst sind, konsistent
reproduziert werden. Die Si 1+ -Komponente wurde eingeführt um die teilweise leicht
asymmetrisch verlaufende Si 0 -Komponente anpassen zu können.
Die Si1s-Spektren weisen je nach verwendeter Präparationsbedingung stark unterschiedliche
Verläufe auf. So variieren vor allem die Position, die Gaußbreite und
die Intensität der SiO x -Spezies deutlich, während die Asymmetrie des Si 0 -Peaks
ebenfalls unterschiedlich stark ausgeprägt ist. Ein Wachstum von Ce 2 O 3 auf nicht
passiviertem Si(111) (1) und (5) führt zu einem deutlichen SiO x -Anteil. Da die mittlere
energetische Position der SiO x -Spezies um 2,9 eV (1) bzw. 3,6 eV (5) zu höheren
Bindungsenergien verschoben ist, entspricht dies einem mittleren Oxidationszustand
von SiO 1,3 für (1) und SiO 1,6 für (5), wenn man davon ausgeht, dass SiO 2 mit einer
Schichtdicke im unteren Ångströmbereich um 4,4 eV [162] verschoben ist und
die chemische Verschiebung linear mit dem Oxidationszustand zunimmt. Dementsprechend
nimmt der mittlere Oxidationszustand von Silizium mit dem Sauerstoffhintergrunddruck
während des Wachstums von Ce 2 O 3 zu. Darüber hinaus weist das
Si1s-XPS-Spektrum für (5) im Gegensatz zu (1) eine um 0,15 eV höhere Gaußbreite
der SiO x -Spezies auf. Dies deutet auf eine größere Verteilung der Oxidationszustände
hin. Das Verhalten in der unterschiedlichen Oxidation des Silizium-Substrates
zwischen den Präparationsbedingungen (1) und (5) ist in sehr gutem Einklang
mit den verwendeten Sauerstoffhintergrunddrücken während der Präparation der
Ce 2 O 3 -Filme. Ein höherer Sauerstoffhintergrunddruck von p O2 = 5 × 10 −7 mbar
gegenüber p O2 = 1 × 10 −7 mbar führt zu einer stärkeren Oxidation von Silizium
unter Beteiligung einer breiteren Streuung von Oxidationszuständen. Die Adsorpti-
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