Multilagenschichten Harte Schichten Elektronische Schichten Laser

Präsentation zum Thema: "Multilagenschichten Harte Schichten Elektronische Schichten Laser"—  Präsentation transkript:

1 Multilagenschichten Harte Schichten Elektronische Schichten Laser
Festkörperdetektoren Transistoren Magnetische Schichten GMR Schichten Magnetische Sensoren Leseköpfe für Festplatten Magnetische Ventile Optische Schichten Variabler Brechungsindex Kerr Effekt (Kerr Rotation) Substrate Buffer Layer 1 Layer 2 Layer 3 Layer n Cap

2 Obligatorische Untersuchungsmethoden
Transmissionselektronenmikroskopie (TEM) Information über die Dicke einzelner Schichten und über die Morphologie der Grenzflächen in ausgewählten Regionen im direkten Raum Komplizierte Probenpräparation Destruktive Methode Bei einer kleinen Dicke der einzelnen (magnetischen) Schichten ist die HRTEM notwendig Bild: magnetische Multilagenschicht (Fe/Au)

3 Obligatorische Untersuchungsmethoden
Mikroskopie atomarer Kräfte (AFM) Information über die Morphologie der Oberfläche Nicht destruktive Methode Bild: selbst organisierte GaAs/GaInAs Strukturen

4 Obligatorische Untersuchungsmethoden
Röntgenbeugung und Röntgenstreuung (XRD, XRR) Nicht destruktive Untersuchungsmethode Keine spezielle Probenpräparation ist erforderlich Information über die Dicke, Elektronendichte und atomare Anordnung einzelner Schichten und über die Morphologie der Grenzflächen Beobachtungen im reziproken Raum (komplizierte Auswertung)

5 Modell einer Multilagenschicht
Beugungskontrast (Unterschied in atomaren Streufaktoren) Kristallinität der einzelnen Schichten, Vorzugsorientierung der Kristallite und Kristallitgröße Substrate Buffer Layer 1 Layer 2 Layer 3 Layer n Cap Mittlerer Netzebenenabstand und Netzebenenanzahl und ihre Verteilung Makroskopische Periodizität Atomare Anordnung

6 Weitwinkelbeugung – experimentelle Anordnung
Koplanare Beugungsgeometrie Symmetrischer Modus Divergenter Primärstrahl Einfache Scans im reziproken Raum (der Beugungsvektor ist senkrecht zur Probenoberfläche) Diffraktierende Beugungsebenen sind parallel zur Probenoberfläche qz qx

7 Weitwinkelbeugung – Interpretation des Beugungsbildes
Lagen der Beugungsmaxima Fe/Au (3.24nm/1.41nm)  12 Fe: 16  nm, Au: 6  nm Makroskopische Periodizität (des wiederholten Motivs) Mittlerer Netzebenenabstand

8 Strukturmodell für Weitwinkelbeugung
d-spacing, dB Intralayer disorder, d tB=NB.dB L = tA+tB Interlayer disorder, c tA=NA.dA d-spacing, dA Interlayer distance, a

9 Berechnung der diffraktierten Intensität
Kinematische Beugungstheorie xn+1 Fn+1 xn Fn Gaußförmige Verteilung der Abstände zwischen den nächsten Schichten E.E. Fullerton, I.K. Schuller, H. Vanderstraeten, and Y. Bruynserade, Phys. Rev. B 45(16) (1992) 9292.

10 Strukturfaktor einzelner Schichten in der Multilagenschicht
Amplitude der Streustrahlung (kinematisch) Ideal georderte Struktur: Zufällige atomare Verschiebung:

11 Strukturfaktor einzelner Schichten in der Multilagenschicht
Korrelierte Atompositionen: d … Breite der Gaußschen Verteilung für atomare Verschiebungen (charakterisiert die Kristallinität der Schichten) dL … mittlerer Netzebenenabstand innerhalb der Schicht L

12 Atomarer Streufaktor und die Elektronendichte
… Y ist die gesamte Wellenfunktion des Atoms … r ist die Elektronendichte … q ist der Beugungsvektor (k und k0 sind die Wellenvektoren) … Df’ und Df” sind Korrektionsfaktoren für anomale Dispersion und anomale Absorption … Approximation des atomaren Streufaktors durch eine 9-Parameter- Annäherung J.A. Ibers and W.C. Hamilton (ed.): International Tables for X-ray Crystallography, Vol. IV, The Kynoch Press, Birmingham, 1974.

13 Simulation der Beugungsbilder im Weitwinkelbereich

14 Simulation der Beugungsbilder im Weitwinkelbereich
Das Beugungsbild einer Multilagenschicht im Weitwinkelbereich ist sehr empfindlich: (1) zur Dicke einzelner Schichten (2) zum Netzebenenabstand

15 Röntgenbeugung an realen Multilagenschichten
Eine gut kristalline Multilagenschicht: Fe/Au (14Å/23Å)12 Atom d[nm] t[nm] s[nm] Au Fe d0(Au, 111) = nm d0(Fe, 110) = nm a = nm (dave = nm) c = nm d = nm

16 Röntgenbeugung an realen Multilagenschichten
Eine mäßig kristalline Multilagenschicht: Fe/Au (25Å/23Å)10 Atom d[nm] t[nm] s[nm] Au Fe d0(Au, 111) = nm d0(Fe, 110) = nm a = nm (dave = nm) c = nm d = nm

17 Röntgenbeugung an realen Multilagenschichten
Eine schlecht kristalline Multilagenschicht: Fe/Gd (21Å/30Å)8 Atom d[nm] t[nm] s[nm] Gd Fe d0(h-Gd, 100) = nm d0(h-Fe, 002) = nm a = nm (dave = nm) c = nm d = nm