Oliver Bunk, Dissertation, Fachbereich Physik der Universität Hamburg, 1999 :
Oberflächenröntgenbeugung ist eine vergleichsweise neue Meßmethode für kristallographische Untersuchungen von Oberflächen und ist durch die Möglichkeit, an modernen Synchrotronstrahlungsquellen zu arbeiten und durch die Entwicklung der notwendigen speziellen Instrumentierung mittlerweile eine Standardmethode geworden. In dieser Dissertation werden zwei methodische Entwicklungen beschrieben: Die Konstruktion einer neuen Probenkammer, welche an dem bestehenden Diffraktometer Messungen bei Temperaturen bis zu 20 K unter Ultrahochvakuumbedingungen gestattet und die Entwicklung eines Programmpaketes zur rechnergestützten Datenauswertung und Strukturverfeinerung, welches eine gleichzeitige Optimierung aller relevanten Parameter unter Berücksichtigung der elastischen Energie nach Keating gestattet. Dieser Fortschritt in der Methodik hat es ermöglicht, sehr komplexe Oberflächenstrukturen zu bestimmen, wie z.B. durch die Untersuchungen indium-induzierter Rekonstruktionen von Silizium- und Germaniumoberflächen belegt wird.
Die Strukturbestimmungen der Si(001)-(4x3)-In und der Ge(103)-(1x1)-In Oberflächenrekonstruktionen sind von hohem wissenschaftlichen Interesse und bildeten die Basis für das Verständnis der Ge(001)-(4x3)/(4x4)-In Rekonstruktion und der Struktur der indium-induzierten {103}-Facetten der Ge(001)-Oberfläche. Durch die Bestimmung der atomaren Struktur der Si(111)-(4x1)-In Rekonstruktion wird die Berechnung der interessanten elektronischen Eigenschaften dieses quasi-eindimensional metallischen Systems ermöglicht. Mit Untersuchungen bei tiefen Temperaturen wurde die Struktur der Ge(111)-(3x3)-Sn Tieftemperaturphase und ihre Beziehung zu ihrer Raumtemperaturphase eindeutig bestimmt. Neue Einblicke in das Bindungsverhalten von Bleiatomen auf Germaniumoberflächen sind das Ergebnis der Strukturaufklärung der Ge(001)-(2 1 0 6)-Pb Tieftemperaturphase und der Ge(001)-(2 1 0 3)-Pb Raumtemperaturphase.
Surface x-ray diffraction is a comparatively new technique for investigating the crystallography of surfaces that has now become routinely possible due to the advent of modern synchrotron light sources and the development of the necessary specialized instrumentation. In this thesis two methodical advances are described, namely, the design and construction of an improved sample environment for an existing diffractometer which permits measurements at temperatures down to 20 K under ultrahigh vacuum conditions and the development of a new computer program for data analysis and structure refinement which simultaneously optimizes all the relevant parameters taking into account constraints from Keating energy considerations. These advances have permitted surface structures of unprecedented complexity to be solved as demonstrated by the studies on indium-adsorbate-induced reconstructions of silicon and germanium.
The structural determinations of the Si(001)-(4x3)-In and the Ge(103)-(1x1)-In
surface reconstructions are of great scientific interest and these models
provided the basis for understanding the structure of the Ge(001)-(4x3)/(4x4)-In
reconstructions and also the structure of the indium-induced {103} facets
on the Ge(001) surface. The measurements on the Si(111)-(4x1)-In reconstruction
have established the geometrical structure and paved the way for theoretical
investigations of the interesting electronic properties of this
quasi-one-dimensional metallic system. The investigations at low temperatures
have elucidated the structure of the highly controversial Ge(111)-(3x3)-Sn
low temperature phase and its relation to its room temperature phase. New
insights in the bonding of lead atoms on germanium surfaces have been gain
from the investigation of the structures of the
Ge(001)-(2 1 0 6)-Pb low-temperature and the
Ge(001)-(2 1 0 3)-Pb room temperature phases.