Die vorliegende Arbeit behandelt Methoden zur Präparation von Indiumarsenid(100)-Oberflächen im Ultrahochvakuum. Der Schwerpunkt liegt hierbei auf einer Charakterisierung der resultierenden Grenzflächenstrukturen in Abhängigkeit von geeigneten Prozeßparametern.
Spezielle Aspekte der Abbildung von Nanostrukturen mit Rastersensormikroskopen, welche für die Untersuchungen der Oberflächenmorphologie unabdingbar sind, werden betrachtet. Der Sensoreinfluß auf qualitative und quantitative Ergebnisse des Abbildungsvorgangs wird an praktischen Beispielen verdeutlicht. Anhand einer allgemeinen Wechselwirkungsfunktion zur Simulation der Oberflächenabbildung werden die Auswirkungen variabler Sensorgeometrien auf eine Abbildung von nanostrukturierten Oberflächen qualitativ und quantitativ gezeigt.
Primärer Gegenstand der Untersuchung ist die Strukturbildung durch thermische Desorption. Die gezielte Überführung der Rohwafer-Oberflächen in eine definierte Ausgangsstruktur der Desorption durch einen UV-O3 Oxidationsprozeß wird erläutert. Aus einer Kombination der direkten Messungen von Oberflächenstrukturen in einzelnen Desorptionsphasen wird ein qualitatives Modell der Desorption erstellt. Die Anwesenheit von nanokristallinem In2O3 oberhalb von 450°C stellt aufgrund dessen hoher thermischer Stabilität das Hauptproblem der Präparation dar. Dies erfordert die Betrachtung von dreidimensionalen Desorptionsstrukturen. Durch eine Simulation von SPM-Abbildungsserien aus gekoppelten Strukturparametern mit kontinuierlichen Desorptionszuständen gelingt es, die tatsächlichen Oberflächenstrukturen mit einer hohen Genauigkeit zu ermitteln. Dies erlaubt die Berechnung von Energieparametern für die In2O3-Kristallitdesorption anhand eines quantitativen Modells der lagenweisen Desorption von InAs(100) mit In2O3 Bedeckung. Für das nanokristalline In2O3 konnte so gezeigt werden, daß eine Desorption nur an den freien Kanten stattfindet. Berechnungen von idealen Desorptionsverläufen zeigen, daß, abhängig von der Temperaturführung, optimale Oberflächenstrukturen bei Restoxidbedeckungen von 2-6% vorliegen.
Untersuchungen zum nichtreaktiven Ionenstrahlätzen mit Argon zeigen deutliche Vorteile bei der Verwendung einer ECR-Ionenquelle, die in der Forschungsgruppe Grenzflächenphysik entwickelt wurde, gegenüber konventionellen Ionenquellen. Bei Ionenenergien unter 100eV werden stöchiometrische und kontaminationsfreie Indiumarsenidoberflächen bereits nach einer Minute erreicht. Die resultierende Oberflächenrauhigkeit liegt dabei unter 0,3nm. Die bei dem Prozeß entstehende amorphe Deckschicht besitzt eine mittlere Ausdehnung unter einem Nanometer.
The present work treats methods for the preparation of indiumarsenide(100) surfaces under ultra high vacuum conditions. The main point lies on a characterisation of the resulting boundary surface structures in dependence of suitable process parameters.
Special aspects of the mapping of nano structures with scanning probe microscopes, which are indispensable for the examinations of surface morphology, are taken into account. The influence of the probe on qualitative and quantitative results of the mapping operation is clarified for specific examples. Based on a generalised function of the probe-sample interaction for simulations of surface mapping, the effects of variations in the probe geometry due to the surface mapping of a nano-structurised surfaces are shown quantitatively and qualitatively.
Primary object of the research is the structure formation by thermal desorption of the surface oxide. The specific conversion of the raw wafer surfaces into a defined starting structure of the desorption by a UV-O3 oxidation process is explained. A qualitative model of the desorption is made from a combination of direct measurements of surface structures at various states of the desorption. The presence of nano-crystalline In2O3 above 450 degrees Celsius represents the main problem for the preparation because of their high thermal stability. This requires the analysis of three-dimensional desorption structures. A simulation of SPM mapping series from the coupled structure parameters of desorption with continuous states of desorption leads to the determination of the real surface structures with high precision. This permits the calculation of energy parameters for the desorption of In2O3 crystallites based on a quantitative model of layer-by-layer desorption of InAs(100) covered with In2O3. For the nano-crystalline In2O3 it is shown that desorption takes place only at free edges. Computer simulations of the desorption process shows that an optimum surface structure is obtained at a remaining oxide coverage of 2 to 6%, depending on the temperature program.
Investigations of non reactive ion etching with argon reveal clear advantages in the use of an ECR ion source, that was developed in the research group, opposite conventional ion sources. At ion energies below 100eV stoichiometric and contamination free indiumarsenide surfaces are obtained already after one minute. The resulting surface roughness is below 0.3nm. The amorphous surface layer produced by the process has a mean thickness of less than 1nm.