Untersuchungen von Grenzflächen und Gitterbaufehlern in Galliumarsenid mit Hilfe der Rastertunnelmikroskopie

Cox, G.

Book/Report

FZJ-2018-03304

Untersuchungen von Grenzflächen und Gitterbaufehlern in Galliumarsenid mit Hilfe der Rastertunnelmikroskopie

Cox, G. (Corresponding author)FZJ*

1990
Forschungszentrum Jülich GmbH Zentralbibliothek, Verlag Jülich

Jülich : Forschungszentrum Jülich GmbH Zentralbibliothek, Verlag, Berichte des Forschungszentrums Jülich 2382, 134 p. (1990)

Please use a persistent id in citations: http://hdl.handle.net/2128/18789

Report No.: Juel-2382

Abstract: Ziel dieser Doktorarbeit war die Untersuchung von Gitterbaufehlern in GaAs mit Hilfe der Rastertunnelmikroskopie. Zu diesem Zweek wurde eine Zweikammer-UHV-Anlage mit Probenschleuse konzipiert und aufgebaut. Zur Abkopplung niederfrequenter Schwingungen wurde die Anlage in einem Stahlrahmen montiert, der an vier pneumatischen Schwingungsdämpfern aufgehängt ist. In der Präparationskammer können Halbleitereinkristalle mit einer selbstkonstruierten Spaltzange gespalten und mittels LEED und AES untersucht werden. Das Tunnelmikroskop, das in der zweiten Kammer untergebracht ist, wurde nach einem von Besocke entwickelten Funktionsprinzip aufgebaut. Die Separierung der (x,y)-Rasterbewegung der Nadel von der z-Bewegung durch zusätzlichen Einbau eines Piezostapels ermöglicht die Ausführung der Rasterbewegung mit Hilfe des inneren Piezoröhrchens. Dies hat den Vorteil, daß die Probe mit dem Probenhalter während des Experiments in Ruhe ist, wodurch Verzerrungen im RTM-Bild und die Erzeugung von Schwingungen minimiert werden. Das aufgebaute RTM erwies sich zusammen mit der Elektronik als zuverlässiges Instrument, mit dem im Verlaufe dieser Arbeit über 500 RTM-Bilder mit atomarer Auflösung aufgenommen wurden. Zur Untersuchung von Gitterbaufehlern wurde als Ausgangsmaterial GaAs gewählt, da die einfache (1x1)-Rekonstruktion der (0$\overline{1}$$\overline{1}$)-Spaltoberfläche zusätzliche Komplikationen in der Bildinterpretation aufgrund von geometrischen Rekonstruktionseffekten aussehließt. Die Spaltung ist eine geeignete Probenpräparation im UHV zum Studium von Versetzungsdurchstoßpunkten an der Oberfläche. Die Verformung kann dabei so durchgefiihrt werden, daß der Burgersvektor des Primärgleitsystems parallel zur Oberflächennormalen der Spaltoberfläche liegt. Der Elektronentransfer vom Ga- zum As Dangling- Bond an der Oberfläche ermöglicht ein separates Abbilden der beiden Untergitter mit dem RTM. Auf den Oberflächen unverformter Kristalle konnten das As- und das Ga-Untergitter mit atomarer Auflösung abgebildet werden. Die Abbildung des Ga-Untergitters erwies sich jedoch aufgrund von Spitzeninstabilitäten, die wahrscheinlich durch einen kleinen GaAs-Cluster an der Spitze hervorgerufen wurden, als schwierig. Mit einer nachträglich implementierten Baueinheit zur Tunnelspektroskopie wurde die Austrittsarbeit der Spaltoberfläche bestimmt. Die aufgenommenenn I(U)-Kennlinien zeigten ein für Halbleiter typisches Verhalten. Eine logarithmische Auftragung der Kennlinien ergabeine Größe, die proportional zur Zustandsdichte der Oberfläche ist. Auf den Oberflächen unverformter Kristalle wurde bei schlechter Spaltung eine hohe Dichte von etwa 20 nm langen und 3 nm breiten, dreieckförmigen Terrassen beobachtet, die durch monoatomar hohe Stufen voneinander getrennt waren. Die Stufenrichtungenwiesen eine langreichweitige Ordnung auf; lokal aber waren die Stufen von vielen Kinken durchsetzt und konnten über kurze Distanzen andere Stufenrichtungen ausbilden. Gut gespaltene Oberflächen zeichneten sich durch Quadratmikrometer große, atomar flache Terrassen aus, die manchmal von monoatomar hohen Stufen entlang den <211>-Richtungen durchzogen waren. Einmal wurde eine kompliziertere Dreifachstufe beobachtet, die mit Hilfe eines einfachen, geometrischen Modells beschrieben werden konnte. [...]

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