Deutsche Physikalische Gesellschaft e. V. (DPG)

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E-Verhandlungen 1998
Programm und Abstacts der Sitzung O 33

•J. Fritsch^1,2, O.F. Sankey², K.E. Schmidt² und J.P. Page^2
2Department of Physics and Astronomy, Arizona State University, Tempe, AZ 85287-1504, USA
¹Institut für Theoretische Physik, Universität Regensburg, 93040 Regensburg

Mit Hilfe eines auf der Dichtefunktionaltheorie beruhenden LCAO-Formalismus werden die strukturellen und elektronischen Eigenschaften der anion- und kation-terminierten (0001) Oberflächen von GaN und AlN berechnet. Wir vergleichen die Gesamtenergien einer Vielzahl unterschiedlicher (2×2)-Rekonstruktionen. Alle stabilen Konfigurationen unterscheiden sich in ihrer Periodizität und atomaren Komposition von der idealen Oberflächenstruktur. In einem weiten Bereich des chemischen Potentials der Gruppe-III-Atome stellen sich Oberflächengeometrien mit einer Fehlstelle in der ersten Atomlage als die energetisch günstigsten Rekonstruktionen heraus. Unter metallreichen Wachstumsbedingungen führt die Bedeckung der anion- und kation-terminierten (0001) Oberflächen mit Gruppe-III-Atomen zu energetisch bevorzugten Strukturen. Für eine Reihe unterschiedlicher Reaktionspfade untersuchen wir Mechanismen, die zur Dissoziation und Adsorption von Ammoniak an GaN(0001) führen.

•D. Stock
Institut für Festkörperphysik, Universität Jena, Max-Wien-Platz 1, 07743 Jena

Siliziumkarbid gilt wegen seiner ausgezeichneten physikalischen Eigenschaften als Material der Wahl für die Realisierung von elektronischen Bauelementen, die für den Einsatz unter extremen Bedingungen wie beispielsweise hohe Temperaturen geeignet sind. Für derartige Anwendungen ist das kontrollierte Wachstum von speziellen SiC-Polytypen von großsem Interesse. Damit verbunden ist die Notwendigkeit eines atomistischen Verständnisses der technologisch wichtigen Wachstumsprozesse, die hauptsächlich auf den hexagonalen Si-C Doppellagen ablaufen. Mit Hilfe von umfangreichen Molekulardynamik-Simulationen auf der Grundlage eines klassischen bond-order Potentials wird die Dynamik von Adatomen auf Si-terminierten 3C-SiC(111)-Oberflächen untersucht. Zunächst werden verschiedene Oberflächenrekonstruktionen betrachtet und ihre atomare Struktur und Energetik mit Ergebnissen von ab initio Rechnungen verglichen. Anschließsend werden die atomaren Details der Bewegung von Si- und C-Adatomen studiert. Die Simulationen liefern Aussagen über Adsorptionsplätze und Migrationspfade. Die berechneten Diffusionskoeffizienten in Abhängigkeit von der Temperatur zeigen, daßs Si im Vergleich zu C die mobilere Species ist. Die erhaltenen Resultate zur Adatomdynamik erlauben Schlußsfolgerungen hinsichtlich der Anfangstadien des Schichtbildungsprozesses bei der SiC-Molekularstrahlepitaxie.

C. Setzer, J. Platen, •J. Marquez, A. Kley, P. Ruggerone, M. Scheffler und K. Jacobi
Fritz-Haber-Institut der Max-Planck-Gesellschaft, Faradayweg 4-6, 14195 Berlin

In jüngster Zeit haben die GaAs(113)A- und GaAs(113)B-Oberflächen Bedeutung als Träger von Quantenstrukturen erlangt. Wir haben diese Flächen mit MBE präpariert und mit LEED, REM und Oberflächenrumpfniveau-Photoemission untersucht. Die (113)A-Seite ist stabil und weist für alle Präparationsparameter eine (8×1) Rekonstruktion auf. Die (113)B-Seite ist nicht stabil, sondern facettiert. Die auftretenden Facettengruben bestehen aus (110)- und (111)-Flächen entsprechend der Auswertung von LEED- und REM-Aufnahmen. Für dieselben Flächen wurden Gesamtenergierechnungen unter Verwendung der DFT-LDA-Theorie durchgeführt. Tatsächlich erweist sich das für GaAs(113)A vorgeschlagene Modell [1] als von sehr niedriger Energie, die niedriger ist als die aller anderen Strukturen. Ebenfalls in Übereinstimmung mit dem Experiment wird gefunden, daß die ([`1][`1][`3])B-Fläche über weite As-Konzentrationsbereiche facettiert ist.

[1] M. Wassermeier et al., Phys. Rev. B 51, 14721 (1995)

K. Reuter, J. Schardt, J. Bernhardt, M. Franke, H. Wedler, U. Starke und •K. Heinz
Lehrstuhl für Festkörperphysik, Universität Erlangen-Nürnberg, Staudtstr. 7, D-91058 Erlangen

Die holographische Interpretation diffuser LEED-Intensitätsverteilungen, wie sie bei ungeordneter Adsorption auf kristallinen Oberflächen entstehen, hat in der letzten Zeit in mehreren Fällen zu strukturellen Ortsraumbildern guter Qualität und Auflösung geführt. Dennoch besteht ein Nachteil der Methode: Die Messung der diffus verteilten und sehr niedrigen Intensitäten ist aufwendig und delikat. Deshalb ist es ein erheblicher Fortschritt, daa - wie berichtet wird - die holographische Rekonstruktion auch unter Verwendung diskreter und relativ leicht zu messender Reflexintensitäten gelingt. Dies erlaubt überdies den Zugang zu geordneten Strukturen. Voraussetzung ist einerseits eine genügend groae Einheitsmasche, die ein dichtes Arrangement von Reflexen erzeugt. Andererseits mua ein einzelnes Atom innerhalb der Einheitsmasche aus der Oberfläche herausgehoben sein, um so als Strahlteiler zu wirken. Das Verfahren wird u.a. an der 3×3-Überstruktur von SiC(111) demonstriert.
(gefördert durch die DFG)

•J. Bernhardt¹, J. Schardt¹, M. Franke¹, K. Reuter¹, H. Wedler¹, U. Starke¹, K. Heinz¹, J. Furthmüller², P. Käckell² und F. Bechstedt^2
1Lehrstuhl für Festkörperphysik, Universität Erlangen-Nürnberg, Staudtstr. 7, D-91058 Erlangen
²Institut für Festkörpertheorie und Theoretische Optik, Universität Jena, Max-Wien-Platz 1, D-07743 Jena

Auf hexagonalen SiC-Oberflächen, wie z.B. 3C-SiC(111), existieren drei stabile Rekonstruktionsphasen, von denen die (3×3)-Phase eine wichtige Rolle beim SiC-Wachstum spielt. Ihre große Einheitszelle erfordert für eine Strukturanalyse das Wechselspiel mehrerer oberflächensensitiver Methoden. STM und LEED-Holografie liefern Vorinformationen über Teile der Struktur, so daß sich die quantitativen Verfahren volldynamisches LEED und DFT auf eine beherrschbare Anzahl noch verbleibender Modelle beschränken können. Die resultierende Struktur besteht aus einer in sich verdrehten, geschlossenen Si-Adlage, die pro Einheitszelle einen Si-Adcluster mit T4-Geometrie enthält. Innerhalb der Adlage entstehen Si-untypische, planare Bindungen. Durch die Deformation erreicht das System eine perfekte, vierfache Koordination aller Substrat-, sowie 12 der 13 Adlagenatome; lediglich das Adatom trägt ein ungepaartes Elektron im s-Orbital. Die gefundene Geometrie repräsentiert einen neuen, eigenständigen Rekonstruktionsmechanismus, der sich vom bekannten DAS-Modell deutlich unterscheidet. (gefördert durch DFG / SFB 292)

•O. Bunk¹, G. Falkenberg¹, J.H. Zeysing¹, L. Lotter"-moser¹, R.L. Johnson¹, M. Nielsen², R. Feidenhans'l² und J. Baker^2
1Universität Hamburg, II. Institut für Experimentalphysik, Luruper Chaussee 149, D-22761 Hamburg
²Risø National Laboratory, Department of Solid State Physics, DK-4000 Roskilde

Obwohl die Si(111)-(4×1)-In Rekonstruktion mit zahlreichen experimentellen Techniken untersucht wurde, gibt es noch immer kein allgemein akzeptiertes Modell der atomaren Struktur. STM-Aufnahmen zeigen quasi eindimensionale Ketten auf der Oberfläche. Photoemissionsmessungen zeigen, daß die Rekonstruktion eine bemerkenswerte elektronische Struktur aufweist: Entlang der Ketten kreuzt ein Band das Fermi-Niveau, senkrecht zu diesen jedoch nicht. Die Oberfläche zeigt also eindimensional metallisches Verhalten.

Mit Hilfe von Oberflächenröntgenbeugungs-Messungen ist es uns gelungen, die atomare Struktur dieser Rekonstruktion zu bestimmen. Ein wichtiges Element sind zickzack förmige Ketten aus In-Atomen. Es ist naheliegend, diesen Ketten die eindimensional metallische Struktur zuzuschreiben. Durch Vergleich mit STM-Aufnahmen muß jedoch auch das rekonstruierte Si-Substrat in Betracht gezogen werden. Es könnten z.B. halbgefüllte ''dangling bonds"' von Si-Atomen die Ursache sein.

•M. Gierer¹, A.P. Seitsonen², H. Kleine³, H. Bludau², H. Over², C.P. Wang⁴ und F. Jona^4
3Fachbereich Physik, Philipps-Universität, 35032 Marburg
⁴Dept. Mat. Sci., Stony Brook NY 11794-2275, USA
¹Institut für Kristallographie und Angew. Mineralogie d. Univ. München, Theresienstr. 41, 80333 München
²Fritz-Haber-Institut der MPG, Faradayweg 4-6, 14195 Berlin

Die Adsorption von Alkalimetallen auf Si(111)- und Ge(111)-Oberflächen geht in vielen Fällen mit einer (3x1)-Rekonstruktion einher. Für zwei dieser Systeme, Ge(111)-(3x1)-Na und Si(111)-(3x1)-Li, wurden LEED-I(E)-Kurven aufgenommen und mittels volldynamischer LEED-Rechnungen analysiert. Parallel wurde das Si(111)-(3x1)-Li System mit Oberflächen-Röntgenbeugung untersucht [1]. LEED und Röntgenbeugung ergänzten sich für diese System sehr gut insofern, als daß die Analyse mit Röntgenbeugung auf das richtige Startmodell führte, während LEED auf gewisse Parameter, zum Beispiel Schichtabstände und senkrechte Atompositionen, sehr empfindlich ist und deren genaue Verfeinerung erlaubt. Inzwischen konvergierten die Ergebnisse beider Methoden. Für die Ge(111)-(3x1)-Na Oberfläche ergab die LEED-Analyse ein sehr ähnliches Modell. Diese Ergebnisse werden im Zusammenhang mit DFT Rechnungen diskutiert.

[] E. Landemark, N. Nielsen, D. M. Smilgies, R. Feidenhansl, L. Lottermoser, L. Seehofer, G. Falkenberg und R.L. Johnson, unveröffentlicht

•M. Kammler¹, M. Tringides² und M. Horn-von Hoegen^3
1Inst. für Halbleitertechnologie, Universität Hannover
²Ames Laboratory, Iowa State University, Ames, USA
³Inst. für Festkörperphysik, Universität Hannover

Gleichgewichtsfluktationen von Stufen auf vicinalen Si(100) Oberflächen wurden mit hochauflösender Elektronenbeugung (SPA-LEED) in einem Temperaturbereich von 650^°C-800^°C untersucht. Bei destruktiver Interferenzbedingung (Gegenphase) wurde die Intensität des aufgespaltenen Zentralreflexes über mehrere Sekunden mit unterschiedlichen Gatezeiten aufgezeichnet. Aus der Korrelationsfunktion des zeitlichen Intensitätsverlaufes läßt sich die Zeitkonstante der Fluktuationen bestimmen, wobei wir mit zunehmender Temperatur ein Abnehmen der Zeitkostanten beobachten.

Durch die inkohärente Überlagerung mehrerer verschiedener in sich kohärenter Streubereiche wird das Signal von den Fluktationen im Verhältniss zum statistischen Rauschen kleiner, das Signal/Rausch Verhältnis liegt bei unseren Messungen wie aus Monte Carlo Simulationen erwartet im Bereich von S/N = 4·10^-4.

Das Experiment zeigt, wie mit hochauflösender Elektronenbeugung Gleichgewichtsphänomene an Oberflächen studiert und Oberflächendiffusionskoeffizienten bestimmt werden können.

•D. Kähler¹, F. Meyer zu Heringdorf¹, H. Minoda², K. Yagi² und M. Horn-von Hoegen^1
1Institut für Festkörperphysik, Universität Hannover, Appelstraße 2, D-30167 Hannover
²Tokyo Institute of Technology, Oh-okayamy, Meguro Tokyo 152, Japan

Monolagen Adsorption von Au führt bei einer regelmäßig gestuften vicinalen Si(100) Fläche zu dramatischen Änderung der Stufenmorphologie: die Oberfläche zerfällt in Bereiche, die absolut eben sind und eine (100)-Orientierung aufweisen, sowie in facettierte Bereiche, die die makroskopische Fehlneigung der Probe kompensieren. Die auf diese Weise gebildeten Superterrassen sind bis zu mehreren mm breit, extrem gerade und weisen eine Länge auf, die nur durch die Breite der Probe (hier 4 mm) limitiert ist.

Die Kinetik dieser mesoskopischen Transformation in eine hill-and-valley Struktur wurde mit SPA-LEED in situ während der Adsorption studiert. Dabei wird die Facettierung durch die Ausbildung einer komplexen, Au induzierten (5×3.2)R5.7^° Rekonstruktion ab einer kritischen Au Bedeckung ausgelöst. Die vorhandenen Stufen werden kontinuierlich zu immer steileren Stufenbändern aufgesteilt, aus denen sich ab einer weiteren kritischen Au Bedeckung wohlorientierte [119]-Facetten ausbilden.

•F.-J. Meyer zu Heringdorf¹, Th. Schmidt², E. Bauer³ und M. Horn-von Hoegen^1
1Institut für Festkörperphysik, Universität Hannover, Appelstraße 2, 30167 Hannover
²ELETTRA, Sincrotrone Trieste, 34012 Basovizza-Trieste, Italien
³Department of Physics and Astronomy, Arizona State University, USA

Die Kinetik der Au-induzierten Superfacettierung von 4^°  vicinalem Silizium (001) wurde ortsaufgelöst während der Au Adsorption bei 800^°C mittels niederenergetischer Elektronenmikroskopie (LEEM) untersucht und die entstandenen Strukturen mit Micro-Spot-LEED und Dunkelfeldabbildung analysiert.

Die Ausbildung von (001) orientierten Terassen setzt erst mit der Bildung einer neuartigen komplexen Rekonstruktion ab einer kritischen Goldbedeckung ein, die Bereiche dehnen sich dann nadelartig längs der Stufenkanten mit Geschwindigkeiten von bis zu 20mm pro Sekunde aus. Mit steigender Goldbedeckung werden die (100) Superterassen breiter, und schieben die Stufen der fehlgeneigten Ausgangsfläche zu immer steileren Stufenbändern zusammen. Diese bilden im letzten Stadium der morphologischen Transformation wohldefinierte (119) Facetten aus. Der gesamte Prozess des Stepbunching und der Facettierung ist mit der Desorption des Goldes vollständig reversibel.

•K. Sauthoff, M. Wenderoth, M.A. Rosentreter und R.G. Ulbrich
IV. Physikalisches Institut, Universität Göttingen, Bunsenstr.13, D-37073 Göttingen

Die Oberflächenkonfigurationen auf frisch gespaltenen GaAs (110) - Oberflächen (Probendicke 300 mm) wurden auf Längenskalen von 0.1nm bis 1 mm über vier Größenordnungen mit dem Rastertunnelmikroskop im UHV untersucht. Zusätzlich wurden die Spaltflächen an Luft mit einem Lichtmikroskop auf makroskopischer Skala charakterisiert. Dabei finden wir, daß  die Spaltflächen im optisch zugänglichen Bereich charakteristische Linienmuster aufweisen, die durch den Spaltvorgang verursacht werden. Auf der mikroskopischen Ebene stellen wir im Einklang damit eine systematische Abfolge der Stufenkonfigurationen fest: In der Probenmitte (Abstand 150 mm zum Rand) findet man hohe Stufen mit dazwischenliegenden atomar glatten Bereichen, nähert man sich der Kante, an der die Kerbe zur Initiierung des Bruches angebracht wurde, so nimmt die Stufendichte von monoatomaren Stufen zu, die Terrassenbreite nimmt von 200nm bis auf 1-2nm ab. Die Verteilungen der Terrassenbreiten weisen häufig einen Vorzugswert auf. Die experimentellen Ergebnisse interpretieren wir im Modell einer dynamischen nichtlinearen Instabilität bei der Propagation der Spaltfront.
Diese Arbeit wurde von der DFG im Rahmen des SFB 345 gef"rdert.

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Zuletzt geändert am 05.08.1998

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