Energetik und Kinetik des Systems Cu/Re(0001) - Diplomarbeit von Ronald Wagner

Wird eine hochreine (0001)-Oberfläche eines Rheniumeinkristalls unter Ultrahoch-vakuum-Bedingungen mit Kupfer bedampft, so wächst dieses nach einem Mechanis-mus, ähnlich dem nach Stranski-Krastanov, auf. Dabei bilden sich zunächst zwei geschlossene Monolagen. Aus dieser Fläche wachsen dann Kristallite heraus.

Der Durchdringungskoeffizient für austretende Augerelektronen ist a=0,55±10%, die mittlere freie Weglänge ist l=1,25±10% Atomlagen.

Führt man dem System über eine lineare Heizrampe thermische Energie zu, können drei Zustände bei der Desorption unterschieden werden. Zwei Zustände liegen recht nahe beieinander, T_max(b₁)=1083K und T_max(b₂)=1103K. Ein dritter Zustand tritt bei T_max(b₃)=1170K auf (alle Angaben beziehen sich auf eine Heizrate von 4,1K/s und auf Bedeckungen von drei, zwei bzw. einer Lage).

Es besteht ein starker Kompensationseffekt zwischen der Desorptionsenergie und der Desorptionsentropie. Deren Abhängigkeit von der Bedeckung ist deshalb beinahe identisch. Im Bereich unterhalb von 0,2ML steigen beide bis auf einen Wert an, der bis etwa 1ML konstant bleibt (DE_des=180kJ/mol bis 305kJ/mol, DS_des£10J/(molK), bei Desorptionstemperaturen). Im Bereich der zweiten Lage liegen die Desorptions-energiewerte konstant bei 310kJ/mol, die der Desorptionsentropie bei 68J/(molK). Im weiteren Bereich ist DE_des=305kJ/mol.

Innerhalb der ersten Monolage kommt es zur Ausbildung von zwei Phasen. Bis zu einer Bedeckung von 0,16 Monolagen existiert eine Phase, bei der die Adsorbatteilchen zwar auf der Oberfläche gebunden sind, sich jedoch frei bewegen können (2D-Gasphase). Aus dieser Phase desorbieren Teilchen nach erster Ordnung.

Von dieser Bedeckung an geht ein Teil der Adsorbatteilchen in eine Phase über, in der die Teilchen in Form von Inseln auf der Oberfläche lokalisiert sind. Der Rest des Adsorbats kann sich weiterhin frei zwischen diesen Inseln bewegen. Diese Koexistenz-region ist bei hohen Temperaturen begrenzt. Die kritische Temperatur ist T_c=1120K±5K, die dazugehörige kritische Bedeckung Q_c=0,48±0,05. Eine Desorption aus dieser Region ist nullter Ordnung.

Die interne Wechselwirkungsenergie der Adsorbatteilchen beträgt 6,2kJ/mol±3%.

Es wurden die gängigsten Methoden zur Bestimmung der Desorptionsenergie geprüft und miteinander verglichen. Sehr schnell und einfach ist das Verfahren nach Redhaed, das allerdings nur Näherungswerte liefert. Die Methoden nach Bauer bzw. King unterscheiden sich hinsichtlich der erhaltenen Werte kaum. Sie eignen sich besonders gut zur Untersuchung der ersten Lage. Für einen größeren Bedeckungsbereich bieten sich das Verfahren nach Habenschaden und Küppers und die Heizratenvariation an.