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

4.2 Charakterisierung ultradünner Ceroxid-Filme
SiO x - und Si-O-Ce-Spezies bezogen auf die Si(111)-Beugungsebenen unabhängig für
sämtliche Präparationsbedingungen nahezu identisch ist und sich maximal um 0,3 Å
(SiO x ) bzw. 0,4 Å (Si-O-Ce) unterscheidet. Weiterhin weist die SiO x -Spezies einen
geringen mittleren vertikalen Abstand von 0,352·d 111 gegenüber der Si-O-Ce-Spezies
mit einem mittleren vertikalen Abstand von 0,604 · d 111 zur Si(111)-Beugungsebene
auf. Da sich die kohärenten Positionen der einzelnen Spezies nicht deutlich voneinander
unterscheiden, ist unter der Annahme, dass die einzelnen Spezies jeweils
identische atomare Verteilung aufweisen, im Prinzip ein Rückschluss auf die atomare
Ordnung möglich, wenn man zusätzlich die variierenden Stoffmengenanteile der einzelnen
Spezies durch die unterschiedlichen Präparationsbedingungen berücksichtigt.
Für die kohärenten Fraktionen findet man zunächst, dass die kohärenten Fraktionen
für die Präparationsbedingungen (1) und (1-Cl) der SiO x -Spezies einen niedrigeren
Wert aufweisen als für die Si-O-Ce-Spezies. Damit ist die atomare Ordnung der
SiO x -Spezies schlechter als die der Si-O-Ce-Spezies. Bei einer Erhöhung des Sauerstoffhintergrunddrucks
während des Wachstums auf p O2 = 5 × 10 −7 mbar ((5),
(5-Cl) und (5-Ga)) verhält es sich genau entgegengesetzt und die SiO x -Spezies
führt zu einer höheren kohärenten Fraktion und damit auch zu einer besseren kristallinen
Ordnung als die Si-O-Ce-Spezies. Weiterhin ist zu beobachten, dass allein
die Chlor-Passivierung zu den höchsten kohärenten Fraktionen der Si-O-Ce- (1-Cl)
und SiO x -Spezies (5-Cl) führt.
Ein direkter Vergleich der kohärenten Fraktionen für das Ce 2 O 3 -Wachstum unter
Präparationsbedingungen (1) und (1-Cl) zeigt, dass die Chlor-Passivierung einen
Anstieg von ∆f SiOx
SiOx
c,(111)
= 0,30 auf fc,(111) (1-Cl) = 0,54 für die SiO x-Spezies und von
∆fc,(111)
Si-O-Ce = 0,50 auf fc,(111) Si-O-Ce (1-Cl) = 0,54 für die Si-O-Ce-Spezies bewirkt. Daraus
kann geschlussfolgert werden, dass die Chlor-Passivierung bei einem Sauerstoffhintergrunddruck
von p O2 = 1 × 10 −7 mbar ((1) und (1-Cl)) die atomare Ordnung der
SiO x und Si-O-Ce-Spezies sehr stark verbessert. Dies ist wiederum in sehr gutem
Einklang mit den spektroskopischen Ergebnissen, die eine drastische Reduzierung
der SiO x - und Si-O-Ce-Spezies durch die Chlor-Passivierung zeigen. Da Siliziumoxid
und Silikat beim Wachstum von Ceroxid auf Si(111) normalerweise eine amorphe
Struktur aufweisen [10], ist eine hohe kristalline Ordnung nur mit ultradünnen SiO x -
und Si-O-Ce Domänen mit einer Schichtdicke von wenigen atomaren Lagen an der
Grenzfläche zu erklären.
Betrachtet man die kohärenten Fraktionen für das Wachstum von Ce 2 O 3 bei einem
Sauerstoffhintergrunddruck von p O2 = 5 × 10 −7 mbar, so bewegen sich diese für die
Si-O-Ce-Spezies im Bereich von fc,(111) Si-O-Ce
Si-O-Ce
(5) = 0,13 bis fc,(111) (5-Cl) = 0,26. Aus den
geringen Fraktionen ist zu schließen, dass die Silikatspezies Si-O-Ce beim Wachstum
unter Präparationsbedingungen (5)–(5-Ga) mehrere inäquivalente Bindungsplätze
einnimmt und eine äußerst geringe Ordnung unabhängig von der verwendeten Passivierung
aufweist. Für die Präparationsbedingungen (5) und (5-Ga) unterscheidet
sich die kohärente Position im Rahmen des Fehlers nicht, weswegen der gemittelte
vertikale Abstand der Sauerstoffatome in der Silikatspezies bezogen auf die Si(111)
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