Herstellung und Charakterisierung ultradünner Platin- und Kobaltschichten auf Platin (111) mittels Laserdeposition

Abstract

Pulsed laser deposition (PLD) ist ein Beschichtungsverfahren, bei dem das Beschichtungsmaterial mit einem gepulsten Laser verdampft wird. Durch diese Form des Verdampfens kommt es nicht zu einem kontinuierlichen Auftreffen der Beschichtungsatome, sondern zu einem Auftreffen in Pulsen mit hohen Teilchendichten. Ein weiterer Unterschied zum thermischen Verdampfen ist hohe kinetische Energie (ung. 100 eV) mit der die Atome auf das Substrat auftreffen. Diese Arbeit richtet ihr Hauptaugenmerk auf mittels PLD auf einer Platin-(111)-Oberfläche aufgebrachte Kobalt- und Platinschichten. Platin auf Platin wurde untersucht, um anhand eines einfacheren Systems Informationen zu gewinnen und diese auf das komplexere, heteroepitaktische System Co/Pt(111) anzuwenden. Zur Präparation der Schichten wurde ein gepulster Nd:YAG Laser verwendet. Die Untersuchung der Proben wurde mit einem Tieftemperatur- Rastertunnelmikroskop (LT-STM) durchgeführt. Präparation und Analyse der Proben wurden im Ultrahochvakuum (UHV) durchgeführt.<br />Der Hauptteil dieser Arbeit wendet sich Submonolagen (0,03 bis 0,2 Monolagen) und deren Nukleation unter verschiedenen Bedingungen (Substrattemperaturen und Laserfokusgröße) zu. Es wurden mit 10 Laserpulsen Schichten bei unterschiedlichen Substrattemperaturen (110 bis 300 K) aufgedampft, und daraus Schlüsse auf den Nukleationsmechanismus bei PLD gezogen. Dieses Experiment wurde mit Platin und Kobalt auf Platin (111) durchgeführt und verglichen. Dabei ergaben sich mehrere mit klassischer Nukleationstheorie nicht erklärbare Resultate. Zusätzlich wurde ein Vergleich mit thermisch deponierten (TD) Schichten durchgeführt. Dadurch konnte die Vermutung erhärtet werden, dass die klassische Nukleationstheorie homogener Nukleation, nicht auf die PLD anwendbar ist. Anhand einer Molekulardynamik-Simulation, durchgeführt von Prof. Betz, und mit Hilfe von Autokorrelationsfunktionen des Inselabstandes, konnte gezeigt werden, dass die erhöhte Inseldichte bei PLD-Schichten auf Nukleationszentren, die bei Interaktionen energiereicher Ionen, beim Auftreffen auf das Substrat, entstehen, zurückzuführen ist. Es wurden die Ratengleichungen der klassischen Nukleationstheorie für die PLD erweitert. Bei Pt/Pt(111) wurden bei tiefen Temperaturen und niedrigen Bedeckungen einatomare Ketten entdeckt. Diese Strukturen wurden untersucht ihr Entstehungsmechanismus konnte aber nicht erklärt werden.<br />