Wachstum und Charakterisierung dünner PTCDA-Filme auf ...

2. Physikalische Grundlagen
Adsorbat
Substrat
Frank-van-der-Merwe Volmer-Weber Stranski-Krastanov
(∆σ0)
Abb. 2.2.1: Wachstumsmodi nahe des thermodynamischen Gleichgewichtes nach [16].
2.2.2. Wachstumskinetik
Läuft das Wachstum nicht, wie im vorherigen Abschnitt angenommen, im thermodynamischen
Gleichgewicht ab, so wird das Wachstumsverhalten entscheidend von kinetischen
Faktoren beeinflusst. Deshalb werden im Folgenden solche kinetischen Prozesse
diskutiert.
Die Morphologie des Adsorbatfilms wird weitgehend durch die Diffusion der adsorbierten
Teilchen auf der Oberfläche bestimmt. Zu Beginn des Wachstums ist die Diffusion der
auf dem Substrat adsorbierten Teilchen ein entscheidender Faktor, während im fortgeschrittenen
Stadien auch die Diffusion auf Inseln wichtig wird.
Die Kondensation kann durch die Ratengleichung:
dn1
dt
= R− n1
τ mit τ−1 = τ −1
a +τ −1
n +τ −1
c +.... (2.2.2)
beschrieben werden [17]. R ist hierbei die Aufdampfrate, n1 die Dichte der adsorbierten
Teilchen und τa die Aggregationsrate, also die Rate, mit der diffundierende Teilchen
sich an bestehende Inseln anlagern. τn ist die Nukleationsrate, d.h. die Rate, mit der
diffundierende Teilchen neue Inseln bilden und, τc stellt die Desorptionsrate dar. Das
Verhältnis von Adsorptionsrate und Desorptionsrate (r = τa)
gibt die unterschiedlichen
τc
Kondensationsregime an. Ist das Verhältnis τa ≫ 1, d.h. bei hohen Aufdampfraten und
τc
niedrigen Temperaturen, so wird das Regime als complete bezeichnet und nahezu jedes
Teilchen adsorbiert und verbleibt auf der Oberfläche. Bei hohen Temperaturen und
niedrigen Aufdampfraten ist das Verhältnis ≪1, und das Regime wird als incomplete
bezeichnet. In diesem Regime desorbieren nahezu alle Teilchen wieder. Das Wachstum
von Filmen findet oft zunächst erst im incomplete Regime statt, und mit zunehmender
Anzahl adsorbierter Teilchen geht es in das complete Regime über [17]. Teilchen, die
auf der Oberfläche kondensieren, lagern sich bevorzugt an bestehenden Inseln an oder
bilden neue Inseln. Vor allem Substratdefekte, wie z.B. Stufenkanten und Verunreinigungen
führen zur Bildung neuer Inseln. Damit die Inseln stabil sind, ist eine kritische
Inselgröße nötig. Diese wird dadurch gekennzeichnet, dass die durch die Aggregation gewonnene
Freie Energie größer sein muss als die Oberflächenenergie der Insel. Dadurch,
dass das Verhältnis von Oberfläche zu Volumen für größere Inseln immer kleiner wird,
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