Dokument: The growth of multilayer systems, consisting of thin oxidic (Ga₂O₃, Al₂O₃) and metallic (Ga, Al, Co, Au) films on Ni(100) and Cu(111) surfaces

Titel:	The growth of multilayer systems, consisting of thin oxidic (Ga2O3, Al2O3) and metallic (Ga, Al, Co, Au) films on Ni(100) and Cu(111) surfaces
URL für Lesezeichen:	https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=2193
URN (NBN):	urn:nbn:de:hbz:061-20021111-000193-8
Kollektion:	Dissertationen
Sprache:	Englisch
Dokumententyp:	Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation
Medientyp:	Text
Autor:	Jeliazova, Yanka [Autor]
Dateien:	[Dateien anzeigen] Adobe PDF [Details] 58,50 MB in einer Datei [ZIP-Datei erzeugen] Dateien vom 09.02.2007 / geändert 09.02.2007
Beitragende:	Prof. Dr. Franchy, René [Gutachter] Prof. Dr. Schierbaum, Klaus [Gutachter]
Stichwörter:	Aluminiumoxid, Galliumoxid, Kobalt,Nickel, Oberflächenlegierung, Oberflächenstruktur, HREELS, AES,LEED, RTMAluminium oxide, Gallium oxide, Cobalt, Nickel, Surface alloy,Surface structure, HREELS, AES, LEED, STM
Dewey Dezimal-Klassifikation:	500 Naturwissenschaften und Mathematik » 530 Physik
Beschreibungen:	Das Ziel dieser Dissertationsarbeit war das Wachstum und die Eigenschaften von dünnen oxidischen Schichten (Al2O3 und Ga2O3) auf der Cu(111), bzw. Ni(100) Oberfläche zu untersuchen. Im zweiten Schritt wurde ein Tunnelmagnetowiderstandseffekt (TMR) Modellsystem bestehend aus Au/Co/Ga2O3/Ni(100) hergestellt und die Eigenschaften der einzelne Schichten bestimmt. Der letzte Teil der Doktorarbeit behandelt die Bildung einer (alpha)´-Ni3Ga Oberflächenlegierung auf Ni(100). Um Al(Ni), Ga, Co und Au aufdampfen zu können, wurden dafür geeignete Verdampfer entwickelt und kalibriert. Ga und Ni+Al wurden aus Tiegeln, die mit zerbröselten Teilen von CoGa und NiAl gefüllt waren, verdampft. Das Wachstum und die Eigenschaften der dünnen Filmen wurden in Temperaturbereich zwischen 80 und 1200 K mittels Hochauflösende Elektronenenergieverlustspektroskopie (HREELS), Auger Elektronen Spektroskopie (AES), Beugung von langsamen Elektronen (LEED) und Ratertunnelmikroskopie (RTM) untersucht. Die reine Cu(111) und Ni(100) Oberflächen: Die LEED Bilder der reinen Cu(111) und Ni(100) Oberfläche zeigen eine (1x1) Struktur. Für die Ni(100) Oberfläche fand man mittels STM flache und breite Terrassen (400 Å), die durch monoatomare Stufen getrennt sind. Das Wachstum von Al2O3/Cu(111): Bei 300 K wächst die Ni+Al Schicht (mit einem atomare Verhältnis von Ni:Al=1:2) ungeordnet auf der Cu(111) Oberfläche auf. Bis zu einer Dicke von 10 Å wächst Ni+Al als 3D Cluster. Für größere Mengen ist die ganze Oberfläche mit der Ni+Al Schicht bedeckt. Oxidation bei 300 K führt zur Bildung eines amorphen Aluminiumoxid, dabei entsteht das Dreischichtsystem Al2O3/Ni+Al/Cu(111). Nach dem Tempern bei ~ 900 K bildet sich ein ultradünnes wohlgeordnetes Al2O3, wobei die Ni- und die metallische Al-Atome in das Cu(111) Substrat hinein diffundieren. Das komplizierte LEED Bild kann durch die Bildung einer (gamma)´-Al2O3 Phase erklärt werden, die mit der (111) Ebene des Oxides parallel zu der Cu(111) Oberfläche aufwächst. Das Wachstum von Ga2O3/Ni(100): Das Ga wurde auf zwei verschiedene Arten auf Ni(100) Oberfläche deponiert. Zuerst wurde auf Ni(100) eine c(2x2)-Sauerstoff Struktur präpariert, auf die dann bei 80 K eine ca. 30 Å dicke Ga-Schicht aufgedampft wurde. Zweitens, auf Ni(100) wurde bei 300 K direkt eine ca. 15 Å dicke Ga Schicht aufgedampft. Bei 80 K wächst Ga ungeordnet auf O-c(2×2)/Ni(100). Sauerstoffadsorption bei 80 K führt zur Bildung eines amorphen Ga-Oxid Films, der nicht-stöchiometrisch zu sein scheint. LEED Untersuchungen zeigen, dass nach dem Anlassen und der erneuten Oxidation bei 700 K die Ga-Oxid Schicht sich ordnet, d.h. man beobachtet einen Beugungsring auf dem LEED Schirm. Nach Tempern bei 1100 K ordnet sich die Galliumoxidschicht weiter und man erhält eine ultra dünne (beta)-Ga2O3 Schicht. Nach weiteren Tempern zersetzt sich das Oxid und man erhält die reine Ni(100) Oberfläche. Bei Raumtemperatur und geringer Bedeckung, wächst Gallium in 2D Inseln auf der Ni(100) Oberfläche. Durch Oxidation bei 300 bildet sich ein amorphes Galliumoxid. Nach dem Anlassen bis zu 700 K ordnet sich das amorphe Ga2O3 und es bildet sich eine wohlgeordnete (gamma)´-Ga2O3 Schicht. Das LEED Bild von (gamma)´-Ga2O3/Ni(100) zeigt eine 12-fache Ringstruktur, die zwei Domänen mit hexagonaler Struktur entspricht die gegeneinander um 90° rotiert sind. Das Wachstum von Au/Co/Ga2O3/Ni(100): Ein TMR ? Modellsystem wurde auf Ni(100) hergestellt. Zuerst wurde eine 7 Å dicke Ga2O3-Schicht präpariert, auf die bei 300 K eine ca. 25 Å dicke Co-Schicht aufgebracht wurde. Dabei ordnet sich die Co-Schicht in eine fcc-Co Struktur, wobei die Co(100) Ebene parallel zu der Ni(100) Oberfläche aufwächst. Die Ga2O3 Oberfläche ist dadurch komplett mit der Co-Schicht bedeckt und schirmt die Dipole des Ga-Oxids perfekt ab. Durch Tempern bis 700 K rekonstruiert die Co(100) Oberfläche und bildet eine c(2×2) Struktur. Gold wächst geordnet auf der Co Oberfläche und zwar mit der (111) Ebene parallel zu der c(2×2)-(100) Oberfläche des Kobalts. Das LEED Bild der Au-Schicht zeigt eine zwölffache Ringstruktur, die durch zwei Domäne mit hexagonaler Struktur die gegeneinander um 90° rotiert sind erklärt wird. Das Wachstum von (alpha)´-Ni3Ga /Ni(100): Bei 300 K wächst Ga in 2D Inseln auf Ni(100) auf. Anlassen auf 400 K führt zum Zusammenwachsen der Inseln aufgrund der Diffusion der Ga-Atome auf der Ni-Oberfläche. Über 400 K setzt auch eine Diffusion der Ga-Atome in das Substrat hinein ein. Anlassen bis 700 ? 800 K einer mit ca. 90% Ga bedeckten Oberfläche führt zur Bildung einer (alpha)´-Ni3Ga Oberflächenlegierung, die mit der (100) Ebene parallel zu der Ni(100) Oberfläche aufwächst. The purpose of this work was the growth and characterization of thin films of Al- and Ga- oxide on Cu(111) and Ni(100), respectively. In a second step a TMR model system consisting in Au/Co/Ga2O3/Ni(100) was grown and the properties of the individual layers were determinated. The last part of the Thesis deals with the formation of a thin (alpha)´-Ni3Ga surface alloy on Ni(100). In order to deposit Al(Ni), Ga, Co and Au appropriate evaporators were developed and calibrated. Ga and Ni+Al were evaporated from heated crucibles filled with pestled pieces of CoGa and NiAl, respectively. The growth and properties of the thin films were investigated in the temperature range of 80 ? 1200 K by using Electron Energy Loss Spectroscopy (EELS), Auger Electron Spectroscopy (AES), Low Energy Electron Diffraction (LEED), and Scanning Tunneling Microscopy (STM). The clean Cu(111) and Ni(100) surface: The LEED pattern of the clean Cu(111) and Ni(100) surface shows a (1x1) structure. The STM images of the Ni(100) surface display flat and large terraces (400 Å) separated by monoatomic steps. The growth of Al2O3/Cu(111): At 300 K, a Ni+Al layer grows disordered on the Cu(111) surface, with an atomic ratio of Ni:Al = 1:2. Up to 10 Å, the Ni+Al film grows in 3D clusters on the surface afterwards the whole surface is covered with a Ni+Al overlayer. Oxidation at 300 K leads to the formation of an amorphous aluminum oxide layer and a trilayer system Al2O3/Ni+Al/Cu(111) is established. After annealing to ~ 900 K, an ultra thin well-ordered Al2O3 is grown, while the Ni and metallic Al atoms are diffused into the Cu(111) substrate. The complex LEED pattern reveals the formation of the (gamma)´-Al2O3 phase which grows with the (111) plane parallel to the Cu(111) surface. The growth of Ga2O3/Ni(100): Ga was deposited on Ni(100) in two different procedures: first, Ga was deposited at 80 K on a Ni(100) substrate, which was covered with a c(2×2)-oxygen overlayer and secondly, Ga was deposited at 300 K directly on Ni(100). Ga grows disordered on the O-c(2×2)/Ni(100) surface at 80 K. Oxygen adsorption at 80 K leads to the formation of an amorphous Ga oxide which seems to be non stoichiometric. After annealing and oxidation at ~ 700 K, the LEED pattern of the Ga oxide film shows a ring structure of randomly oriented domains with hexagonal structure. By annealing at 1100 K, ultra thin layers of (beta)-Ga2O3 are formed. At 1200 K, the Ga oxide is decomposed and desorbed from the surface. At 300 K and low nominal deposition, Ga grows as two-dimensional islands on Ni(100). Oxidation at 300 K leads to the growth of islands of amorphous Ga oxide. By annealing up to 700 K, the amorphous Ga oxide is transformed in a well-ordered thin film of (gamma)´-Ga2O3. The LEED pattern of (gamma)´-Ga2O3/Ni(100) shows a 12-fold ring structure which corresponds to two domains with hexagonal structure, which are rotated by 90° with respect to each other. During annealing between 300 and 800 K a coalescence of the Ga2O3 islands takes place. The growth of Au/Co/Ga2O3/Ni(100): A TMR model system was grown on Ni(100). First, a 7 Å thick Ga2O3 layer was grown on Ni(100) and afterwards Co was deposited at 300 K on it. It was found, that a 25 Å thick Co layer grows ordered on the Ga2O3 layer with the (100) plane of the fcc Co parallel to the Ni(100) surface. The Co layer covers completely the Ga2O3 surface and screens perfectly the dipoles of the Ga2O3 layer. After annealing at 700 K, the Co(100) surface is reconstructed and shows a c(2×2) structure. At 300 K, Au grows ordered on the c(2×2)-Co(100) surface. The LEED pattern shows a twelvefold ring structure which is explained by two domains with hexagonal structure, which are rotated by 90° with respect to each other. The growth of (alpha)´-Ni3Ga /Ni(100): At 300 K, Ga grows in two-dimensional islands on Ni(100). Annealing above 400 K leads to an enlargement of the islands by diffusion of Ga atoms on the surface of Ni. For T > 400 K, a diffusion of Ga atoms into the substrate sets in. Annealing to 700 ? 800 K, for a Ni(100) surface which initially was covered with 90% of Ga leads to the formation of an (alpha)´-Ni3Ga surface alloy which grows with the (100) plane parallel to the (100) surface of Ni.
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Fachbereich / Einrichtung:	Mathematisch- Naturwissenschaftliche Fakultät » WE Physik
Dokument erstellt am:	11.11.2002
Dateien geändert am:	12.02.2007
Promotionsantrag am:	11.11.2002
Datum der Promotion:	11.11.2002