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1 Multilagenschichten Substrate Buffer Layer 1 Layer 2 Layer 3 Layer n Cap Harte Schichten Elektronische Schichten Laser Festkörperdetektoren Transistoren.

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Präsentation zum Thema: "1 Multilagenschichten Substrate Buffer Layer 1 Layer 2 Layer 3 Layer n Cap Harte Schichten Elektronische Schichten Laser Festkörperdetektoren Transistoren."—  Präsentation transkript:

1 1 Multilagenschichten Substrate Buffer Layer 1 Layer 2 Layer 3 Layer n Cap 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)

2 2 Obligatorische Untersuchungsmethoden 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 Transmissionselektronenmikroskopie (TEM) Bild: magnetische Multilagenschicht (Fe/Au)

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

4 4 Obligatorische Untersuchungsmethoden 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) Röntgenbeugung und Röntgenstreuung (XRD, XRR)

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

6 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 qxqx qzqz

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

8 8 Strukturmodell für Weitwinkelbeugung t A =N A.d A t B =N B.d B Intralayer disorder, d-spacing, d A Interlayer distance, a = t A +t B Interlayer disorder, c d-spacing, d B

9 9 Berechnung der diffraktierten Intensität 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) FnFn xnxn F n+1 x n+1 Kinematische Beugungstheorie

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

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

12 12 Atomarer Streufaktor und die Elektronendichte … ist die gesamte Wellenfunktion des Atoms … ist die Elektronendichte … q ist der Beugungsvektor (k und k 0 sind die Wellenvektoren) … f und f 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 13 Simulation der Beugungsbilder im Weitwinkelbereich

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

15 15 Röntgenbeugung an realen Multilagenschichten Atom d[nm] t[nm] [nm] Au Fe d 0 (Au, 111) = nm d 0 (Fe, 110) = nm a = nm (d ave = nm) c = nm = nm Eine gut kristalline Multilagenschicht: Fe/Au (14Å/23Å) 12

16 16 Röntgenbeugung an realen Multilagenschichten Atom d[nm] t[nm] [nm] Au Fe d 0 (Au, 111) = nm d 0 (Fe, 110) = nm a = nm (d ave = nm) c = nm = nm Eine mäßig kristalline Multilagenschicht: Fe/Au (25Å/23Å) 10

17 17 Röntgenbeugung an realen Multilagenschichten Atom d[nm] t[nm] [nm] Gd Fe d 0 (h-Gd, 100) = nm d 0 (h-Fe, 002) = nm a = nm (d ave = nm) c = nm = nm Eine schlecht kristalline Multilagenschicht: Fe/Gd (21Å/30Å) 8


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