Wachstum und Charakterisierung dünner PTCDA-Filme auf ...

2.2. Der Wachstumsprozess
2.2. Der Wachstumsprozess
Dieses Kapitel stellt einen kleinen Überblick über die grundlegenden Phänomene des
Filmwachstums auf Oberflächen dar. Zunächst wird dabei auf die Thermodynamik der
Wachstumsprozesse eingegangen. Oft allerdings findet das Wachstum weit entfernt vom
thermodynamischen Gleichgewicht statt, so dass das Wachstum stark durch kinetische
Effekte beeinflusst werden kann. Ausgewählte kinetische Effekte werden in Abschnitt
2.2.2 dargestellt.
2.2.1. Thermodynamik des Wachstums
Die erstmals von Bauer [16] vorgeschlagene Unterteilung der Wachstumsmodi basiert
auf thermodynamischen Überlegungen. Für die Epitaxie nahe des thermodynamischen
Gleichgewichts wird der Wachstumsmodus durch die spezifischen freien Oberflächenenergien
des Substrates σS, des Adsorbates σA und der Grenzfläche zwischen Adsorbat und
Substrat σG bestimmt. Nach Bauer gilt für die Änderung der freien Oberflächenenergie
durch die Bedeckung des Substrates:
∆σ = σA +σG −σS +(n·σelast) ≤ 0. (2.2.1)
Die elastische Energie σelast resultiert durch Verspannung und Deformation bei gitterangepasstem
Wachstum und ist pro Flächeneinheit in jeder der n Atomlagen gespeichert.
Ist Gleichung 2.2.1 erfüllt, so verläuft das Wachstum zweidimensional und wird als
Frank-van-der-Merwe (FM) Wachstumsmodus bezeichnet (siehe Abb. 2.2.1). Im Idealfall
wachsen die Schichten Lage für Lage, dies bedeutet, dass Wachstum der (n+1)-Lage
erst beginnt, wenn die n-te Lage vollständig geschlossen ist. Aus diesem Grund wird
dieser Wachstumsmodus auch als Lage-für-Lage-Wachstum bezeichnet. Sind unbedeckte
Bereiche energetisch günstiger, so ist Gleichung 2.2.1 nicht erfüllt und es bilden sich
dreidimensionale Adsorbatinseln (siehe Abb. 2.2.1). Dieser Wachstumsmodus wird als
Volmer-Weber (VM)-Modus betitelt und tritt häufig bei sehr unterschiedlichen Materialien
bzw. Gitterkonstanten auf. Bei heteroepitakischen Systemen kommt es oft vor,
dass ein Wechsel im Wachstumsprozess erfolgt ((σA +σG) < σS und σelast > 0). Bildet
sich zunächst eine geschlossene Benetzungsschicht, ist ab einer kritischen Schichtdicke
die Verspannung des aufwachsenden Film so groß (Vorzeichenwechsel ∆σ), dass es zur
Ausbildung dreidimensionaler Adsorbatinseln kommt (siehe Abb. 2.2.1). Dieser Modus
wird als Stranski-Krastanov (SK)-Wachstum bezeichnet.
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