Epitaktische Eisenschichten auf Ag(001) - AG Wollschläger ...

2 Theorie und Grundlagen
2.6 Wachstumsarten
Das Schichtwachstum ist nicht für alle Materialkombinationen identisch. Man unterscheidet
zwischen drei Wachstumsformen, in welcher Art und Weise sich der Wachstumsprozess
von Adsorbaten auf Substraten fortsetzt. Dabei gibt es zwei Extreme von Modellen,
zwischen denen sich in der Realität das entsprechende Wachstum bzw. die Schichtbeschaffenheit
bewegt. Diese Extreme sind zum Einen durch das Lage-für-Lage-Wachstum
(Frank-van-der-Merve-Wachstum, siehe a) 2.5) markiert. Zum Anderen gibt es das
Insel-Wachstum (Volmer-Weber-Wachstum, siehe b) 2.5). Beim Frank-van-der-
Merve-Wachstum ist die Oberflächenenergie bzw. die Adhäsion des Adsorbat ungefähr
gleich der des Substrats. Das Volmer-Weber-Wachstum hingegen hat am Adsorbat
eine wesentlich höhere Oberflächenenergie und Adhäsion als am Substrat. Das inselförmige
Wachstum produziert im Vergleich die größte Oberfläche. Ist die Oberflächenenergie
des Adsorbats nur leicht größer als die des Substrats, findet Stranski-Krastanov-
Wachstum statt (siehe c) 2.5). Der Charakter dieser Wachstumsart befindet sich zwischen
den beiden Extremen. Hier benetzt das Adsorbat die Substratoberfläche mit zunächst
einer Monolage (wetting layer). Anschließend bilden sich von dort aus Inseln weiter fort.
Abbildung 2.5: Unterschiedliche Wachstumsarten bei verschiedenen Bedeckungen;
a) Frank-van-der-Merve-Wachstum, b) Stranski-Krastanov-Wachstum, c)
Volmer-Weber-Wachstum
Die genauen Voraussetzungen für eine Tropfenbildung des Adsorbats auf der Oberfläche
ist in Abbildung 2.6 gezeigt. γSV ist hier die freie Oberflächenenthalpie des Substrats
gegenüber dem Vakuum, γSF die freie Oberflächenenthalpie zwischen Substrat und dem
Film sowie γF V die freie Oberflächenenthalpie vom Film zum Vakuum, deren Parallelanteil
in die Gewichtung miteingeht. Überwiegt die laterale Kraftwirkung von γSF + γF V · cos(θ)
kommt es zur Tropfenbildung. Andernfalls benetzt der Film die Oberfläche, was eine
Bedingung in Hinblick auf ein geordnetes Lage-für-Lage-Wachstum ist. Die Oberflächen-
energie von Eisen ist σF e = 2, 550 J
m2 und von Silber σAg = 1, 250 J
m2 [1]. In σ ist jeweils das
Vakuum als Kontaktmedium berücksichtigt, nicht die Enthalpie zwischen Substrat und
Adsorbat γSF . Die Oberflächenenergie σ deutet allerdings alleine schon auf Inselwachstum
bzw. in nicht ganz so extremer Form auf ein statistisch verteiltes Lagewachstum hin.
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