Zusammenfassung
In dieser Arbeit wurde das Wachstumsverhalten von ionischen
Isolatoren auf gestuften und gekinkten Metalloberflächen untersucht.
Die Substratmaterialien sind die Metalle Kupfer und Silber, während als
Adsorbate die Alkalihalogenide Natriumchlorid und Kaliumchlorid verwendet
werden. Eine charakteristische Eigenschaft von gestuften und gekinkten Metalloberflächen
besteht in einer Ladungsmodulation aufgrund des Smoluchowski-Effekts. Bei
geeigneter geometrischer Anpassung zwischen den ionischen Ladungen der Ad-Lage
und der Ladungsmodulation des Substrats kommt es zu einer erhöhten Grenzflächenstabilität.
Diese energetische Stabilität wurde genutzt (i) um glatte Filme
auf dem Substrat zu wachsen, (ii) um eindimensionale "Auf-und-Ab"-Facettenstrukturen
zu erzeugen und (iii) um zweidimensionale Facettenanordnungen (d.h. Pyramidenstrukturen)
herzustellen. Auf gestuften Oberflächen wachsen Alkalihalogenid-Filme
in bevorzugter (100)-Orientierung auf, wobei die polaren <110>-Richtungen
in der Filmebene parallel und senkrecht zu den intrinsischen Substratstufen
verlaufen. Wesentlich für den Wachstumsmodus ist damit das Verhältnis
zwischen dem Abstand der intrinsischen Stufen des Substrats und dem Abstand
gleicher Ionen des Films.
Wenn dieses Verhältnis ungefäahr eins (oder zwei) ist, findet
Lagenwachstum statt, wie es für die SystemeNaCl/Cu(311), KCl/Cu(311)
und NaCl/Cu(221) gefunden wurde. Diese Systeme zeigen, dass für
geringe Bedeckungen (~1 ML) die elektrostatische Wechselwirkung zwischen Adsorbat
und Substrat stark genug ist, um epitaktische Verzerrungen von bis zu 6%
zu stabilisieren. Bei höheren Bedeckungen (>3 ML) entstehen Adsorbat-induzierte
Defektstufen in der Metalloberfläche, um die Verzerrung abzubauen.
Wenn die Oberflächengeometrie des Substrats Lagenwachstum nicht zulässt,
es aber eine bevorzugte Substratgeometrie in der Nähe der makroskopischen
Oberflächenorientierung gibt, kann es zu einem eindimensionalen Facettierungsprozess
kommen.Dies wurde anhand des Systems KCl/Ag(211) gezeigt. Bei diesem
System ist die (311)-Facettenorientierung, die für Lagenwachstum geeignet
ist, nur um 10° relativ zur makroskopischen Oberfläche verkippt.
Für die Deposition bei Raumtemperatur oder darüber ist eine
ausreichende Mobilität der Substrat-Adatome gegeben, um die Umordnung
zu einer Facettenstruktur aus KCl-bedeckten Ag(311)-Facetten und unbedeckten
Ag(111)-Facetten zu ermöglichen.
Der quasi ein-dimensionale Facettierungsprozess bei gestuften Oberflächen
wurde auf gekinkte Oberflächen erweitert, um eine zwei-dimensionale Facettenstruktur
zu erzeugen. Konkret wurde das Wachstum von NaCl auf der gekinkten
Oberfläche Cu(532) untersucht. Die erhaltene pyramidale Facettenstruktur
besteht aus drei Facettenarten: reine Cu(111)-, NaCl-bedeckte (311)- und
NaCl-bedeckte (531)-Facetten. Zur Anpassung der Ladungsmodulation der (531)-Facetten
an die ionischen Ladungen der NaCl-Lage sind regelmäßige Defektstufen
in diese Facette eingebaut.Die chemische Selektivität dieser Facettenstruktur
wurde verifiziert mittels der Adsorption von CO ausschließlich auf
den Cu(111)-Facetten. Keine CO Adsorption wurde hingegen auf den chemisch
passivierten NaCl-bedeckten Facetten beobachtet. Weiterhin wurde durch die
nachfolgende Dekoration der Facettenstruktur mit einem Metall (Ag) ein neuer
Surfactant-Wachstumsmodus gefunden. In diesem Fall diffundiert Ag in die
Grenzfläche zwischen NaCl-Adlage und Cu-Substrat. Die NaCl-Lage stabilisiert
das Wachstum von ultradünnen Ag-Filmen, die durch eine offene Oberflächenorientierung
charakterisiert sind.
|
