Strukturbestimmung einer niedrig-dimensionalen Siliziumstruktur auf einer Au(110)-Oberfläche mittels Photoelektronenspektroskopie und Photoelektronenbeugung
Creators: name: Roese, Peter
Publisher: name: Technische Universität Dortmund
Year: 2018
Subjects: subject: Silizium Nano-Ribbons
subject: Grenzflächenanlyse
subject: Strukturbestimmung
subject: Photoelektronenspektroskopie
subject: Photoelektronenbeugung
subject: 530
subject: Photoelektronenspektroskopie
subject: Strukturaufklärung
subject: Grenzfläche

description: Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Strukturuntersuchung von Silizium Nano-Ribbons auf einer Au(110)-Oberfläche. Speziell niedrig-dimensionale Struk- turen wie Silizium Nano-Ribbons sind im Zuge der Entdeckung des Graphens von großem Interesse, da sie durch ihre elektronischen Eigenschaften für Anwendungen in der Spintronik prädestiniert sind. Die Photoelektronenspektroskopie eignet sich besonders zur Analyse dieser niedrig-dimensionalen Materialien und deren Grenzflächen zum darunterliegenden Substrat. Eine genaue chemische Untersuchung mithilfe von Detailspektren der Rumpfnive- aus einzelner Elemente ermöglicht Rückschlüsse über lokale Bindungen einzelner Emitteratome in der Struktur sowie deren Anordnung an der Oberfläche oder im Volumen. Zusätzlich variiert die Signalintensität als Funktion von Polar- und Azimutwinkel, bedingt durch Beugungs- und Streuungseffekte der emittierten Elek- tronenwelle an benachbarten Atomen. Aus den resultierenden Beugungsmustern kann die lokale Nahordnung der Atome und daraus die Struktur des untersuchten Systems bestimmt werden, was eine detaillierte Strukturanalyse erlaubt. Alle Untersuchungen wurden in situ mithilfe von Synchrotronstrahlung der Strahllinie 11 des Elektronenspeicherings DELTA durchgeführt. Nach erfolg- reicher Präparation sowie chemischer und struktureller Analyse der (2 × 1)- Oberflächenrekonstruktion des Au(110)-Substrats wurden die Silizium Nano- Ribbons auf dem Au(110)-Substrat präpariert. Der Unterschied zwischen den Detailspektren des Au 4f Signals vor und nach der Silizium-Deposition zeigt eine chemische Bindung der Siliziumatome zum darunterliegenden Substrat. Aus den Spektren des Silizium Signals wird ersichtlich, dass sich die Siliziumatome lediglich an der Oberfläche befinden und dort zu gleichen Teilen in zwei unterschiedlichen chemischen Umgebungen vorkommen. Das Beugungsmuster des Siliziums beweist das Wachstum in zwei Ketten hexago- nal angeordneter Siliziumatome mit „zigzag“-terminierten Rändern. Die Ketten liegen jeweils oberhalb einer fehlenden Atomreihe des Substrats. Die starke Interaktion zwischen den Silizium Nano-Ribbons und dem Goldsubstrat wird in einer Bindung eines Teils der Siliziumatome zum Gold deutlich, woraus auch die beiden chemisch unterschiedlichen Bindungsumgebungen der Siliziumatome resultiert.
description: The present work deals with the structural investigation of silicon nano-ribbons on an Au(110) surface. Since the discovery of graphene, especially low-dimensional structures such as silicon nano-ribbons came into scientific focus, because they are predestined for applications in spintronics due to their electronic properties. Photoelectron spectroscopy is particularly suitable for the analysis of low-dimensional materials and their interface structure with the underlying substrate. A detailed chemical analysis using core level spectra of individual elements allows conclusions about local bondings of individual emitter atoms in the structure and their localization, i.e. at the surface or in the bulk. In addition, the signal intensity varies as a function of polar and azimuth angles due to diffraction and scattering of the emitted electron wave at adjacent atoms. From the resulting diffraction patterns the local environment of the atoms and the internal structure can be determined, allowing a detailed structural analysis. Here, all analysis was carried out in situ using synchrotron radiation at beamline 11 at the electron storagering DELTA. After successful preparation and chemical as well as structural analysis of the (2 × 1)-reconstructed Au(110) surface, the silicon nano-ribbons were prepared on the Au(110) substrate. The difference in the spectra between the Au 4f signals before and after silicon deposition shows a chemical bonding of the silicon atoms to the underlying substrate. The spectra of the silicon signal indicate that the silicon atoms are only located at the surface. Additionally, the silicon atoms occur in two different chemical environments in equal parts. The silicon diffraction pattern proves the growth in two chains of hexagonal ar- ranged silicon atoms with ’zigzag’-terminated edges. Each chain is located above a ’missing-row’ of the substrate. The strong interaction between the silicon nano-ribbons and the gold substrate results in a chemical bond bewteen some of the silicon and the gold atoms, which is the reason for the two chemical bondingenvironments of the silicon atoms.