Strukturelle Untersuchungen an Wismut-d-Schichten auf Silicium (001)

Diplomarbeit von Olaf Mielmann

Gang der Untersuchung:

Zunächst sollen in Kapitel 2 physikalische Grundlagen besprochen werden, die als Basis für die zum Einsatz gekommenen Meßmethoden gelten. Dabei ist vor allem die dynamische Beugungstheorie hervorzuheben. Durch diese Theorie kann unter anderem verstanden werden, wie sich bei der Einstrahlung ebener Röntgenwellen auf einen Einkristall in Bragg-Bedingung ein stehendes Wellenfeld durch Superposition von einfallender und Bragg-reflektierter Welle ausbildet. Diese Tatsache bildet im Rahmen dieser Arbeit eine wichtige physikalische Grundlage für die Untersuchung von Proben mit stehenden Röntgenwellenfeldern, wie sie in Kapitel 3 beschrieben sind. Dabei wird ausgenutzt, daß durch die Variation der Phase zwischen ein- und ausfallender Welle das Intensitätsmaximum des Wellenfeldes relativ zu den Netzebenen des Kristalls definiert verschoben werden kann. Im Kristall eingebaute Atome werden dadurch mehr oder weniger stark zur Fluoreszenz angeregt, so daß sich ihre Positionen relativ zu den Beugungsebenen bestimmen lassen.

Die Prinzipien der Streuung von Heliumionen mittlerer Energie (MEIS) und der Beu-gung niederenergetischer Elektronen (SPA-LEED) sind in Kapitel 4 dargestellt. Dort werden die Grundlagen für die spätere Auswertung behandelt.

In Kapitel 5 ist die Probenherstellung beschrieben. Wichtigen Raum nehmen dort vor allem die Eichung der Verdampfer sowie SPA-LEED-Aufnahmen der rekonstruierten Wismutoberflächen ein.

Zur Aufnahme von Fluoreszenzspektren, sowie zur Justage und Stabilisierung des Experiments mit stehenden Wellen, kamen Röntgendetektoren zum Einsatz, die in Kapitel 6 vorgestellt werden.

Auf die Messungen mit stehenden Wellen geht Kapitel 7 ein. Im Vordergrund stehen die Charakteristik des eingestzten Monochromators, die Geometrie des Aufbaus und die Steuerung des Experiments.

Die Auswertung der Messungen mit Innenstreuung werden in Kapitel 8 ausgeführt. Im Blickpunkt stehen hierbei die Berechnung der Oberflächenschichtdicke und die Zuordnung der Wismutkonzentration in die einzelnden Kristallagen.

Kapitel 9 schildert das Auswertungsverfahren für Daten, die mit stehenden Wellen aufgenommen wurden und liefert die Ergebnisse dieser Messungen und erste Diskussionen.

Die Einordnung der Meßergebnisse spielt in Kapitel 10 eine wichtige Rolle. Die Entwicklung eines Modells, aus dem sich die Messungen wiederspruchsfrei ergeben, ermöglicht eine Vorhersage über die Konzentrationsverteilung von Wismut in einer Probe, an der keine Ionenstreuspektren aufgenommen wurden.

Im Anschluß sind die wichtigsten Ergebnisse dieser Arbeit noch einmal zusammengefaßt.

Inhaltsverzeichnis:

1.	Einleitung
2.	Theorie	5
2.1	Einwirkung von Strahlung auf Materie	5
2.1.1	Photon-Elektron-Streuung	5
2.1.2	Photon-Phonon-Wechselwirkung	6
2.1.3	Photoeffekt	7
2.1.4	Fluoreszenz	9
2.2	Kristallstrukturen	9
2.3	Beugung an periodischen Strukturen	13
2.3.1	Kinematische Beugungstheorie	13
2.3.2	Streubedingung und Braggsches Gesetz	14
2.3.3	Dynamische Beugungstheorie	17
2.3.4	Beugung an zweidimensionalen periodischen Strukturen	24
2.4	Beschreibung von Kristalloberflächen	24
2.4.1	Oberflächenrekonstruktionen	24
2.4.2	Formale Beschreibung	25
3.	Stehende Röntgenwellen zur Positionsbestimmung	29
3.1	Das stehende Röntgenwellenfeld	29
3.2	Kohärente Position und Fraktion	33
4.	Ergänzende Meßmethoden	35
4.1	Innenstreuung	35
4.2	Elektronenbeugung bei niedriger Energie	39
4.3	Auger-Elektronen-Spektroskopie	42
5.	Probenherstellung	43
5.1	Zielsetzungen bei der Probenherstellung	43
5.2	Die Ultrahochvakuum-Apparatur	44
5.3	Die Probenpräparation	45
5.3.1	Eichung der Verdampfer	45
5.3.2	Variationen in der Präparation	50
6.	Röntgendetektoren	53
6.1	Ionisationsdetektoren	53
6.2	Halbleiterdetektoren	54
7.	Stehende Wellen am Meßplatz ROEMO I	57
7.1	Doppelkristallmonochromator	58
7.1.1	Divergenz, Akzeptanz und Emittanz	58
7.1.2	Geometrischer Aufbau	60
7.1.3	Monochromatorstabilisierung	61
7.2	Meßaufbau	62
7.3	Datennahme	62
8.	Auswertung der Ionenstreumessungen	65
8.1	Vorüberlegungen	65
8.2	Meßergebnisse	66
8.3	Bestimmung der Schichtdicke	68
8.4	Verteilungsfunktion	68
8.5	Ausgangskonzentration	08
9.	Auswertung der Messungen mit stehenden Wellen	71
9.1	Bestimmung von kohärenter Position und Faktion	71
9.2	Ergebnisse	73
9.3	Diskussion	77
10.	Das Modell	84
10.1	Voraussetzungen	84
10.2	Das Computerprogramm eMerr	85
10.2.1	Verzerrungskonstante -yB2 und Positionsparameter h2	85
10.2.2	Programmablauf	88
10.3	Lösungen	89
10.3.1	Modell l	90
10.3.2	Modell 2	92
10.3.3	Modell 3	94
10.3.4	Modell 4	96
10.4	Diskussion der Modelle	96
10.5	Anwendung der Ergebnisse	100
11.	Zusammenfassung und Ausblick	103
	Literaturverzeichnis	107
	Danksagung	111