Metallorganisch chemische ... - JUWEL - Forschungszentrum Jülich

90 5 Schichteigenschaften - 1: (Ba,Sr)TiO3 (BST) auf Platin
Trotz der dabei etwas geringeren Auflösung in der Topographie, erkennt man gewisse Korrelationen
zwischen den beiden Abbildungen. Ähnlich zu Abbildung 5.4b sind bereits große
Bereiche des Substrats bedeckt. Die hohe Leitfähigkeit und damit schlechte Bedeckung wird
in den glatten Bereichen auf größeren Körnern beobachtet. Dies kann damit erklärt werden,
dass bei einer angenommen Diffusionslänge in der Größenordnung der Platinkörner die Atome
gerade die Korngrenze erreichen, sodass die Schicht von den Korngrenzen aus nach innen
wächst. Dabei scheint es nicht wichtig wie hoch oder wie niedrig die Körner absolut liegen,
entscheidend ist vielmehr die relative Höhe des Korns gegenüber den umgebenden Korngrenzen.
Ab einer nominellen Dicke von 1,5nm können die Filme als geschlossen angesehen werden,
und die Leitfähigkeit zeigt bis auf einzelne Platinkörner die weiterhin herausstechen keinen
Kontrast mehr (siehe Abbildung 5.6a). Durch eine Erhöhung der Spannung an der Spitze ist
es jedoch gelungen, Platinkörner, die unterhalb der STO Schicht liegen, sichtbar zu machen,
Abb. 5.6 b-d. Die einzelnen Spannungen sind 0,5V in (a), 0,8V in (b), 1,3V in (c) und 2,0V in
(d). Bei der niedrigsten Spannung sind praktisch keine Strukturen zu erkennen, da fast die
ganze Oberfläche bedeckt ist. Erst bei 2V tritt die Kornstruktur des Platins wieder hervor, was
verständlich ist, da eine Spannungserhöhung auch den Tunnelstrom vergrößert. Dieser ist
nach Gleichung 5.2 im Wesentlichen von der Potentialbarriere durch die Oxidschichtdicke W
und der Spannung U abhängig.
−d
W −U
D ∝ e
5.2
Somit zeigt diese Aufnahmeserie, dass auch bei dünnen geschlossenen Schichten die Homogenität
der Schicht noch sehr empfindlich nachgewiesen werden kann.
(a) (b) (c) (d)
(e)
Abbildung 5.6: Spannungsabhängigkeit der Oberflächenleitfähigkeitsmessung
einer 1,5nm dicken STO Schicht. Der
Maßstab beträgt 2µm x 2µm. Die Spannung wurde von 0,5V in
Abb. a auf 0,8V in b, 1,3V in c und 2,0V in d gesteigert. Im
Vergleich dazu die Topographie, Abb. e, die sich bei allen
Aufnahmen nicht verändert hat.
Dieses sehr glatte Schichtwachstum konnte auch durch HRTEM bestätigt werden. In Abbildung
5.7 wird ein 1,5nm dicker BST Film in Seitenansicht gezeigt, der bei 655°C aufgewachsen
wurde. Um diese dünne Schicht zu stabilisieren, den Kontrast zu erhöhen und ein kristallines
Gegenüber bereitzustellen, musste die Schicht mit Platin bedeckt werden. Das BST befindet
sich in einem etwa 2nm dicken Bereich zwischen diesen beiden Schichten. Einzelne
Stellen weisen auf kristalline Strukturen hin (siehe Pfeile im Bild). Über die Orientierung des
Gitters und die Werte des Gitterabstandes kann man schlussfolgern, dass es sich hierbei tatsächlich
um kristallines BST handelt.