Doktorarbeit_Mairoser.pdf - OPUS - Universität Augsburg

11. Zusammenfassung
dung gebundener magnetischer Polaronen, die sich an den magnetischen Gd-Dotanten
bilden. Für unmagnetische Dotanten wie La und Lu wird dies nicht erwartet.
Das zweite Ziel meiner Arbeit zu EuO war die Entwicklung eines auf Sputtern basierten
Verfahrens zur Herstellung epitaktischer EuO-Filme. Sputtern ist technologisch
viel weniger aufwändig und deutlich kostengünstiger als die zur Herstellung von EuO-
Filmen meist benutzte Methode der Molekularstrahlepitaxie. Bisher konnten mittels
Sputtern nur polykristalline Filme teilweise mit Fremdphasen realisiert werden. Im
von mir entwickelten Sputterverfahren wird zur Herstellung epitaktischer EuO-Filme
zuerst (401)-orientiertes graphoepitaktisches Eu 2 O 3 auf das Substrat deponiert. Im
Anschluss daran wird dieser Eu 2 O 3 -Film durch das Aufbringen von Titan in einer
topotaktischen Transformation zu EuO reduziert. Dabei entstehen epitaktische (001)-
orientierte EuO-Filme von herausragender kristalliner Qualität. So konnte der bisher
schmälste Wert von 0,004 ◦ der Halbwertsbreite der Rocking Curves der EuO(002)-
Peaks gemessen werden. Dies ist besser als die bisher geringsten publizierten Werte
für das Wachstum von EuO mittels MBE [194].
Anhand thermodynamischer Überlegungen wurde gezeigt, dass bei der Reduktion der
in Eu 2 O 3 vorliegenden Eu 3+ -Ionen nur die in EuO vorhandenen Eu 2+ -Ionen entstehen,
d. h. es bildet sich weder Eu-Metall noch bleiben Eu 3+ -Ionen unreduziert zurück.
Mittels STEM- und EELS-Messungen wurde dies bestätigt. Für den Reduktionsmechanismus,
der bereits bei Raumtemperatur abläuft, spielt die Sauerstoffdiffusion eine
wichtige Rolle. Für genügend hohe Substrattemperaturen (T sub ≈ 580 ◦ C), bei denen
Sauerstoffdiffusion vermehrt stattfinden kann, können so Filme mit einer Dicke von
mindestens 60 nm komplett reduziert werden.
Neben dem epitaktischen Wachstum von EuO-Filmen auf (110)-orientiertem YAlO 3
konnte ich dies auch auf einer Reihe weiterer Substrate mit Gitterfehlanpassungen
von bis zu 9 % demonstrieren. Trotz dieser sehr großen Gitterfehlanpassungen wurden
Halbwertsbreiten von weniger als 0,065 ◦ ermittelt. Für das biaxial verspannte Wachstum
mit so großen Gitterfehlanpassungen sagen Berechnungen voraus, dass EuO-
Filme ferroelektrisch werden. Durch Messungen mittels Second Harmonic Generation
(SHG), die Carsten Becher an der ETH Zürich durchführte, konnte dies aber bisher
nicht nachgewiesen werden. Eine endgültige Bewertung steht aber noch aus.
Um überhaupt SHG-Messungen an Filmen durchführen zu können, die mit dem Sputterverfahren
hergestellt wurden, musste das metallische Ti an der Filmoberfläche zu
nicht-leitfähigem TiO 2 oxidiert werden. Filme mit der minimal möglichen Ti-Schichtdicke
zur vollständigen Reduktion des Eu 2 O 3 -Films wurden dazu direkt nach dem
Ausbau aus dem Depositionsystem in eine H 2 O 2 -Lösung gegeben. Die dort vollzogene
Oxidation beeinflusst die EuO-Filmeigenschaften kaum merklich.
Schließlich konnten unter Verwendung eines (Eu 0,92
Gd 0,08 ) 2
O 3 -Targets EuO-Filme mit
nominell 8 % Gd-Dotierung hergestellt werden. Die maximal erreichbaren Curie-Temperaturen
von 123 K sind mit denen MBE-gewachsener Eu 1−x Gd x O-Filme vergleichbar.
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