DARWIN Digitale Dissertationen English Version Strich

FU Berlin
Digitale Dissertation

Gerd Wedler :
Mechanische Spannung bei Heteroepitaxie: Einfluss auf Struktur und Magnetismus
Influence of Stress on Morphology and Magnetism of Heteroepitaxial Thin Films

 FU Logo

|Zusammenfassung| |Inhaltsverzeichnis| |Ergänzende Angaben|

Zusammenfassung

In dieser Arbeit wurde die Methode der Biegebalkentechnik und die Rastertunnelmikroskopie benutzt, um den Einfluss mechanischer Spannungen auf Wachstum und magnetoelastische Kopplung ausgewählter epitaktischer Dünnschichtsysteme zu untersuchen. Die auf Si(001)-Substraten bei 900 K deponierten SixGe1-x-Legierungsfilme mit Si-Konzentrationen <20% wachsen im wohlbekannten Stranski-Krastanow-Modus. Die Filmspannung der anfänglichen Benetzungsschicht ist durch den hohen Misfit geprägt und wird teilweise relaxiert, wenn im weiteren Wachstumsverlauf 3D-Inselwachstum einsetzt. In krassem Gegensatz dazu wird für Si-Konzentrationen >20% ein Wechsel im Spannungsverhalten beobachtet, der auf ein reines 3D-Inselwachstum ohne Benetzungsschicht schließen lässt. Rastertunnelmikroskopieuntersuchungen dazu zeigen schon bei mittleren Filmdicken von 1 nm regelmäßige Inseln mit einer schmalen Größenverteilung. Zur Erklärung dieser überraschenden Änderung des Wachstumsmodus wird der Einfluss kinetischer Parameter diskutiert. Weiterhin werden erstmals Spannungsmessungen von Fe/GaAs(001) präsentiert. Das Verhalten der Filmspannung bei 450 K weist (in Übereinstimmung mit anderen Arbeiten) auf eine, wenige nm dicke Interdiffusionsschicht zwischen Film und Substrat hin. Diese Interdiffusion ist bei 300 K lediglich um etwa 30% reduziert und kann damit auf keinen Fall vernachlässigt werden. Anhand von auf verschiedenen Substraten [MgO(001), geringverspannte Cr(001)-Pufferschicht, GaAs(001)] gewachsener Fe-Filme wird erstmals ein detailliertes Bild der Spannungsabhängigkeit der magnetoelastischen Kopplungskonstanten B1 und B2 von Fe im Schichtdickenbereich von 2-100 nm vorgestellt. Während die Kopplungskonstanten spannungsfreier Fe(001)-Filme Volumenverhalten zeigen, treten deutliche Abweichungen bereits bei kleinen Spannungen von etwa 0,1 GPa auf; bei einigen GPa wechselt sogar das Vorzeichen. Der Wert von B2 nimmt linear mit der Filmspannung bis 6 GPa ab, bei B1 kommt es nach einem anfänglichen linearen Verlauf ab 2-3 GPa zu einer Sättigung. Magnetisierung und magnetische Anisotropie hingegen verhalten sich im gesamten untersuchten Schichtdickenbereich wie im Volumen.

Inhaltsverzeichnis

Die gesamte Dissertation können Sie als gezippten tar-File oder als zip-File laden.

Durch Anklicken der Kapitelüberschriften können Sie das Kapitel in PDF-Format laden:

Titelblatt 1
Inhaltsverzeichnis 3
1 Einleitung 5
2 Theoretische Grundlagen 9
2.1 Grundlagen des Filmwachstums 9
2.1.1 Kategorien des Filmwachstums 9
2.1.2 Wachstum der untersuchten Materialsysteme 14
2.2 Intrinsische Spannung dünner Filme 18
2.3 Die magnetoelastische Kopplung 22
2.3.1 Magnetismus und Kristallenergie 22
2.3.2 Magnetostriktion und magnetoelastische Kopplung 24
2.4 Experimentelle Methoden 29
2.4.1 Das Biegebalkenmessverfahren 29
2.4.2 Der Biegebalken als Magnetometer 33
2.5 Rastertunnelmikroskopie 39
3 Experimenteller Aufbau 41
3.1 Die UHV-Anlage 41
3.2 Biegebalkenmessanordnung 47
3.3 Versuchsdurchführung und Probenpräparation 52
4 Resultate: Filmwachstum 55
4.1 SixGe1-x/Si(001) 55
4.2 Fe/MgO(001) 62
4.3 Fe/GaAs(001) 67
4.4 Zusammenfassende Diskussion 72
5 Resultate: Filmmagnetismus 77
5.1 Fe/MgO(001) 77
5.2 Fe/GaAs(001) 83
5.3 Zusammenfassende Diskussion 91
6 Zusammenfassung 99
Literaturverzeichnis 103
Publikationsliste 111
Anhang 115

Ergänzende Angaben:

Online-Adresse: http://www.diss.fu-berlin.de/2001/110/index.html
Sprache: Deutsch
Keywords: stress, Fe, GaAs, MgO, Cr, Ge, Si, cantilever beam magnetometer, morphology, magnetoelastic coupling
DNB-Sachgruppe: 29 Physik, Astronomie
Klassifikation PACS: 68.60.Bs, 68.55.Ac, 75.70.-i, 75.80.+q
Datum der Disputation: 19-Jun-2001
Entstanden am: Fachbereich Physik, Freie Universität Berlin
Erster Gutachter: Prof. Karl Heinz Rieder
Zweiter Gutachter: Prof. Paul Fumagalli
Kontakt (Verfasser): wedler@physik.fu-berlin.de
Kontakt (Betreuer): koch@pdi-berlin.de
Abgabedatum:03-Jul-2001
Freigabedatum:04-Jul-2001

 

|| DARWIN|| Digitale Dissertationen || Dissertation|| English Version|| FU Berlin|| Seitenanfang ||

Mail-Icon Fragen und Kommentare an:
darwin@inf.fu-berlin.de

© Freie Universität Berlin 1999