Herstellung und Charakterisierung von Cr-Schichten auf TiO2(110)-Oberflächen

Abstract

In der vorliegenden Arbeit wurde das System Cr/TiO2 untersucht. Diese Materialkombination ist ein Modellsystem für das Wachstum von Metallen auf Oxidoberflächen mit einer starken Wechselwirkung an der Grenzfläche. Der Schwerpunkt der Arbeit lag auf der Untersuchung des Wachstums von Cr-Schichten auf der Oxidoberfläche mit oberflächensensitiven Meß-methoden und auf dem Studium der Struktur und Bindung der Cr/TiO2-Grenzfläche mit Hilfe der Transmissionselektronenmikroskopie. Der Einfluß von Temperatur und Reduktionsgrad der TiO2 (110)-Oberfläche auf das Cr-Schichtwachstum sowie die thermische Stabilität von den bei Raumtemperatur präparierten Schichten wurden analysiert. Auf der im Ultrahochvakuum präparierten (110)-Oberfläche der rutilen Modifikation des TiO2-Festkörpers erfolge die Abscheidung von Cr-Schichten mit Molekularstrahlepitaxie (MBE). Augerelektronenspektroskopie (AES), Rastertunnelmikroskopie (RTM), Rastertun-nelspektroskopie (RTS) und die Beugung niederenergetischer Elektronen (LEED) kam bei der in-situ Untersuchung des Wachstumsverhalten zum Einsatz. Grenzflächenspezifische Studien sind an ex-situ präparierten Querschnittsproben durchgeführt worden. Die elektronische Struktur der Grenzfläche ließ sich durch Aufzeichnung und Vergleich der Nahkantenfein-struktur der elementspezifischen Ionisationskanten (ELNES) in Schicht, Grenzfläche und Substrat mit ortsaufgelöster Elektronenenergieverlustspektroskopie (EELS) in einem dezidier-ten Rastertransmissionselektronenmikroskop analysieren. Die Grenzflächenstruktur wurde mit konventioneller Transmissionselektronenmikroskopie (CTEM) und hochauflösender Trans-missionselektronenmikroskopie (HRTEM) bestimmt. Feinbereichsbeugung (SAD) lieferte In-formationen über die Orientierungsbeziehung der Materialien.

The aim of this work is the investigation of the Cr/TiO2-system. The combination of these two materials serves as a model system for the growth behaviour of metals with a high oxygen af-finity on oxide surfaces. So far little is known about this system. Until now the system has on-ly been investigated with low energy ion scattering (LEIS) and X-ray photoelectron spectros-copy (XPS). On the basis of these results one can only draw indirect conclusions with respect to the film growth. Nothing was known about the surface morphology and interface structure of Cr-films which were deposited on the TiO2 (110)-surface from imaging methods. In this work various microscopy techniques were applied in order to gain detailed information about growth and structure of these Cr-films. The main focus of the research in this work is based on investigations of the Cr-film growth on the transition metal oxide surface with surface science techniques. The Cr/TiO2-interface was studied with the help of transmission electron microscopy. The influence of temperature and surface stoichiometry on the Cr-film growth as well as the thermal stability of by room temperature deposited films was analysed. Cr-films were deposited using molecular beam epitaxy on the (110)-surface of the rutile TiO2-crystal which was prepared under ultra high vacuum (UHV) conditions. The growth behaviour was investigated with the help of auger-electron-spectroscopy (AES), scanning tunneling mic-roscopy (STM), scanning tunneling spectroscopy (STS) and low energy electron diffraction (LEED). Thus it was possible to study the influence of parameters such as deposition tempera-ture and surface reconstruction on the film morphology. The atomic structure of Cr-films and Cr/TiO2-interfaces were characterized by conventional transmission electron microscopy (CTEM) and high-resolution transmission electron microscopy (HRTEM). Detailed informa-tion on the composition and chemistry were obtained by the use of a dedicated scanning transmission electron microscope (STEM) to perform electron energy-loss spectroscopy (EELS) with high spatial resolution.