Universität zu Köln

Stacking Faults and Twinning in Homoepitaxial Thin Films on Ir(111)

Bleikamp, Sebastian (2010) Stacking Faults and Twinning in Homoepitaxial Thin Films on Ir(111). PhD thesis, Universität zu Köln.

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    Abstract

    The growth and annealing behavior of thin Iridium films on the Ir(111) surface was studied with respect to stacking fault and twin formation by means of scanning tunneling microscopy (STM), low energy electron diffraction (LEED) and surface X-ray diffraction (SXRD). It was found that by heterogeneous nucleation of new faults at phase boundaries between areas of regular and faulted stacking, initial faulted areas spread into their surrounding (proliferation effect). In the process, the phase boundary is stabilized and evolves to a persistent fault structure, and a transition from layer-by-layer growth to a defect dominated growth with a fixed length scale takes place. During this transition, the majority of the surface area becomes twinned. A step-influenced enhancement of the stacking fault probability initially supports the effect. By the supply of additional energy in the order of 50 eV per deposited atom using ion beam assisted deposition (IBAD), stacking fault and twin formation can be effectively lifted. Various strategies of IBAD have been tested. The strongly twinned Ir/Ir(111) films exhibit a high stability against thermal annealing. Annealing is found to take place in a two step process: At 800 K-1000 K the boundaries between areas of different stacking are diminished. Only beyond 1200 K also the twins themselve heal. Structure models of the boundaries involved are presented. The boundaries between different stacking areas are identified to consist of {111}/{115} boundaries dissociated into coherent {111}/{111} and {112}/{552} boundaries. The influence of adsorbates on the growth of Ir/Ir(111) was studied for CO and O. It was found that exposure of the sample to CO or O during deposition prevents coalescence, leads to columnar growth and multiple twinning. For both adsorbates, the island number density is increased, indicating a reduced mobility on the surface.

    Item Type: Thesis (PhD thesis)
    Translated abstract:
    AbstractLanguage
    Das Wachstums- und Ausheilverhalten von homoepitaktischen dünnen Iridiumschichten auf Ir(111) wurde mittels Rastertunnelmikroskopie (engl. scanning tunneling microscopy, STM), Beugung von niederenergetischen Elektronen (engl. low energy electron diffraction, LEED) und oberflächennaher Röntgenbeugung (engl. surface X-ray diffraction, SXRD) im Hinblick auf die Bildung von Stapelfehlern und die daraus resultierende Verzwilligung untersucht. Durch heterogene Nukleation weiterer Stapelfehler an Phasengrenzen zwischen regulärem und fehlgestapelten Gebiet breiten sich fehlgestapelte Gebiete in der nächsthöheren Lage in ihre Umgebung aus (Proliferations-Effekt). In diesem Prozess werden die Phasengrenzen überwachsen, stabilisiert und entwickeln sich zu persistenten Fehlerstrukturen. Dies führt zu einem Übergang von dem ursprünglichen Lage-für-Lage-Wachstumssmodus zu einem heterogenen, defektorientiertem Wachstum und einer überwiegenden Verzwilligung der Oberfläche. Es zeigt sich, dass Stufenkanten die Wahrscheinlichkeit der Bildung von Stapelfehlern erhöhen und damit diesem Prozess anfänglich Vortrieb leisten. Durch die Zuführung von zusätzlicher Energie in Größenordnung von 50 eV während der Deposition mittels Ionenstrahl-unterstützter Deposition (engl. ion beam assisted deposition, IBAD) kann die Bildung von Stapelfehlern und Verzwilligung effektiv aufgehoben werden. Verschiedene Verfahren wurden hierzu getestet. Die verzwillingten Bereiche der stark verzwillingten Ir/Ir(111)-Filme weisen eine hohe Stabilität gegen thermisches Ausheilen auf. Die Ausheilung findet in einem zweistufigen Prozess statt: Zwischen 800 K bis 1000 K verringern sich zuerst lediglich die Grenzflächen zwischen Gebieten unterschiedlicher Stapelung. Erst beginnend mit Temperaturen von über 1200 K verringert sich der Anteil an verzwillingter Stapelung. Strukturmodelle für die verschiedenen Grenzflächen wurden entwickelt. Die Grenzflächen zwischen Gebieten unterschiedlicher Stapelung bestehen aus {111}/{115} Grenzflächen, welche in eine Struktur aus {111}/{111} und {112}/{552} Grenzflächen dissoziieren. Anhand von CO und O wurde der Einfluss von Adsorbaten auf das Wachstum von Ir/Ir(111) untersucht. Die Exposition der Probe zu CO oder O während der Deposition verhindert die Koaleszenz der Filme, führt zu säulenartigem Wachstum und mehrfacher Verzwilligung der einzelnen Säulen. Bei beiden Adsorbaten ist die Inseldichte erhöht, was auf eine reduzierte Mobilität an der Oberfläche schließen lässt.German
    Creators:
    CreatorsEmail
    Bleikamp, Sebastianbleikamp@ph2.uni-koeln.de
    URN: urn:nbn:de:hbz:38-30914
    Subjects: Physics
    Uncontrolled Keywords:
    KeywordsLanguage
    Stapelfehler , Zwillingsbildung , Iridium , STM , SXRDGerman
    stacking faults , twinning , Iridium , STM , SXRDEnglish
    Faculty: Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät
    Divisions: Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät > II. Physikalisches Institut
    Language: English
    Date: 2010
    Date Type: Completion
    Date of oral exam: 11 April 2010
    Full Text Status: Public
    Date Deposited: 30 Jun 2010 09:25:16
    Referee
    NameAcademic Title
    Michely, ThomasProf. Dr.
    URI: http://kups.ub.uni-koeln.de/id/eprint/3091

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