Handbuch der Nanoanalytik Steiermark 2005 - lamp.tugraz.at

L2: AFM-Untersuchungen an Pentazen-Dünnschichten
Abbildung 2:
Pentazen-Dünnschichten (d = 50 nm) auf SiO 2 abgeschieden bei verschiedenen Substrattemperaturen;
Aufdampfrate ~1 nm /min; die Kurven zeigen die (002)-Reflexe von entsprechenden Röntgendiffraktogrammen.
Ähnlich wie andere organische Materialien bildet
Pentazen schwach gebundene van-der-Waals-Molekülkristalle
bzw. – unter geeigneten Bedingungen
– hoch geordnete polykristalline Dünnschichten.
Während des Kristallwachstumsprozesses ordnen
sich die Moleküle innerhalb der Elementarzellen
in Form einer Fischgrätenstruktur an. Im Bereich
des thermodynamischen Gleichgewichts ist die
Schichtmorphologie durch die energetischen Verhältnisse
an der Grenzfläche bestimmt, weit außerhalb
dieses Gleichgewichts dominieren kinetische
Effekte. Wenn der Transport an der Wachstumsgrenzfläche
so schnell verläuft, dass Moleküle, die
auf bereits bestehende 2D-Inseln auftreffen, diese
sofort wieder verlassen, resultiert daraus ein Layerby-Layer-Wachstum
mit glatten Oberflächen. Wenn
jedoch der molekulare Transport durch hinreichend
große Diffusionsbarrieren an den Kanten der Inseln
behindert ist, startet das Kristallwachstum der
nächsten Monolage, bevor die aktuelle vollständig
ist. Es ergeben sich ausgeprägte dreidimensionale
Strukturen.
Substrat-Temperaturen und Pentazen-Polymorphismen
Eine erhöhte Substrattemperatur während des
Aufdampfprozesses führt gewöhnlich zu einer
Steigerung der durchschnittlichen und der maximalen
Korngröße. Dies rührt von einer erhöhten
Beweglichkeit der Moleküle auf der Oberfläche her,
die zu einer besseren Ausrichtung der Moleküle,
einer höheren Kantendiffusion und einer geringeren
Keimbildungsrate führt. Die Korrelation zwischen
Substrattemperatur und Korngröße ist jedoch komplex,
da auch andere Prozesse durch die Temperatur
beeinflusst werden. Thermische Desorption
spielt ebenso eine Rolle wie temperaturinduzierte
Phasenübergänge und temperaturabhängige Volumenanteile
verschiedener Pentazen-Phasen. Diese
Effekte sind für die beobachteten Unterschiede in
Kristallitgröße und -form für Schichten, die bei Substrattemperaturen
von 65°–70°C abgeschieden
wurden, verglichen zu denen bei 25°C (Abb. 2),
verantwortlich. Bei höheren Temperaturen, und
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