Oxidation von Eisenschichten auf MgO(001)-Substraten - Universität ...

7. Zusammenfassung und Ausblick
hat. Die (2×2)-Struktur des bei 573 K hergestellten Eisenoxids deutet, genau wie der hohe
Fe 3+ -Anteil, auf die Entstehung von Maghemit hin. Das Auftreten einer ( √ 2 × √ 2)R45 ◦ -
Übertsruktur wird für Maghemit in der Literatur [31] jedoch ausgeschlossen, daher kann es
sich bei der Probe nicht um reines Maghemit handeln. Allerdings konnte durch die dreimalige
Nachbehandlung einer Eisenschicht mit Sauerstoff bei 473 K eine Schicht erzeugt
werde, die sowohl die Struktur als auch das Ionenverhältnis von Fe 2+ /Fe 3+ von Magnetit
hat. Die reaktive Herstellung von Eisenoxidschichten bei unterschiedlichen Temperaturen
hat ergeben, dass diese unabhängig von der eingestellten Substrattemperatur ein nahezu
gleiches Ionenverhältnis von Fe 2+ /Fe 3+ haben. Auch bei diesen Proben wurde festgestellt,
dass sich bei einer hohen Temperatur (573 K) Mg 2+ -Ionen an der Oberfläche befinden. Die
LEED-Beugungsbilder der hergestellten Schichten zeigen, dass unabhängig von der Temperatur
kristalline Eisenoxidschichten entstanden sind. Außerdem wurde beobachtet, dass
die Kristallinität der reaktiv hergestellten Eisenoxidschichten mit steigender Temperatur zunimmt.
Das LEED-Beugungsbild der bei RT aufgedampften Eisenoxidschicht zeigt ansatzweise
eine (2 × 1 )-Struktur in zwei Domänen. Bei 373 K hat die hergestellte Probe auch
eine (2 × 1 )-Struktur in zwei Domänen, jedoch mit deutlicheren Reflexen. Diese Strukturen
können keiner Eisenoxidphase zugeordnet werden. Die Oberfäche der bei 473 K hergestellten
Eisenoxidschicht hat die für Magnetit in der Literatur [31] geforderte (2×2)-Struktur, die
eine ( √ 2 × √ 2)R45 ◦ -Überstruktur aufweist. Allerdings stimmt die Zusammensetzung dieser
Schicht nicht mit der von Magnetit überein. Die Tatsache, dass dennoch eine für Magnetit
typische Struktur vorliegt, könnte dadurch erklärt werden, dass beim Aufdampfen der Schicht
zunächst eine Wüstit-Schicht entsteht, auf der anschließend eine Magnetit-Schicht aufwächst.
Die bei 573 K reaktiv hergestellte Eisenoxidschicht hat eine (2 × 2)-Struktur. Diese Struktur
wird für das Eisenoxid Maghemit [31] gefordert. Allerdings stimmt auch hier das bestimmte
Ionenverhältnis von Fe 3+ /Fe 2+ nicht mit dem von Maghemit überein. In diesem Fall kann ein
Schichtsystems aus Wüstit und Maghemit angenommen werden, um einen Zusammenhang
zwischen XPS- und LEED-Ergebnissen herzustellen.
Insgesamt konnte mit zwei verschiedenen Methoden erfolgreich kristallines Eisenoxid auf MgO
hergestellt werden. Dabei hat sich herausgestellt, dass sich die die Konzentrationsverhältnisse
von Fe 0 , Fe 2+ und Fe 3+ bei der reaktiven Herstellung von Eisenoxid nicht über die Temperatur
steuern lassen. Dies hingegen kann bei der Eisenoxidherstellung, bei der eine Eisenschicht mit
Sauerstoff nachbehandelt wird, erreicht werden. Es ergeben sich bei unterschiedlichen Temperaturen
andere Konzentrationsverhältnisse für Fe 0 , Fe 2+ und Fe 3+ . So konnte das Fe 2+
zu Fe 3+ -Verhältnis von Maghemit und Magnetit erzeugt werden. Die bestimmten Konzentrationsverhältnisse
und LEED-Beugungsbilder der reaktive hergestellten Schichten deuten
hingegen auf die Bildung von Schichtsystemen hin. Allerdings dauert die Nachbehandlung
einer Eisenschicht insgesamt länger als die reaktive Herstellung einer Eisenoxidschicht und
bei beiden Herstellungsmethoden trat das Problem auf, dass sich bei hohen Temperauren Magnesium
in der Schicht befindet. Im Rahmen dieser Arbeit wurde lediglich der Einfluss der
Temperatur auf die Entstehung und das Wachstum der Eisenoxidschichten untersucht. Der
Einfluss des Sauerstoffpartialdruck sollte ebenfalls näher untersucht werden, da dieser neben
der Temperatur ebenfalls eine entscheidene Rolle für die Bildung von Eisenoxid spielt. Die
Charakterisierung der hergestellten Eisenoxidschichten mit XPS und LEED war aufgrund der
geringen Ausdringtiefe der Elektronen auf den oberen Bereich der Schicht beschränkt. Eine
homogene Schicht kann mit diesen Methoden kaum von einem Schichtsystem unterschieden
werden. Um eine Schicht mit XPS tiefenaufgelöst messen zu können, wäre das schrittweise
Abtragen der Schicht mittels Sputtern nötig. Mit dieser sogenannten Sputter-XPS kann
beispielsweise der Oxidationsprozess einer Eisenschicht näher untersucht werden. Es wäre
außerdem sinnvoll mittels Röntgenbeugung (XRD) und Röntgenreflektometrie (XRR) die
Schichtdicken der hergestellten Schichten zu bestimmen, da im Rahmen dieser Arbeit nur
eine Abschätzung gemacht werden konnte. Zudem könnten noch STM-Messungen an den
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