@phdthesis{Mahapatra2007,
  author    = {Mahapatra, Suddhasatta},
  title     = {Formation and Properties of Epitaxial CdSe/ZnSe Quantum Dots : Conventional Molecular Beam Epitaxy and Related Techniques},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-32831},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2007},
  abstract  = {Albeit of high technological import, epitaxial self-assembly of CdSe/ZnSe QDs is non-trivial and still not clearly understood. The origin and attributes of these QDs are significantly different from those of their III-V and group-IV counterparts. For III-V and group-IV heterosystems, QD-formation is assigned to the Stranski Krastanow (SK) transition, wherein elastic relaxation of misfit strain leads to the formation of coherent three-dimensional (3D) islands, from a supercritically strained two-dimensional (2D) epilayer. Unfortunately, this phenomenon is inconspicuous for the CdSe/ZnSe heterosystem. Well-defined 3D islands are not readily formed in conventional molecular beam epitaxial (MBE) growth of CdSe on ZnSe. Consequently, several alternative approaches have been adopted to induce/enhance formation of QDs. This thesis systematically investigates three such alternative approaches, along with conventional MBE, with emphasis on the formation-mechanism of QDs, and optimization of their morphological and optical attributes. It is shown here that no distinct 3D islands are formed in MBE growth of CdSe on ZnSe. The surface of the CdSe layer represents a rough 2D layer, characterized by a dense array of shallow (<1nm) abutting mounds. In capped samples, the CdSe deposit forms an inhomogeneous CdZnSe quantum well (QW)-like structure. This ternary QW consists of local Cd-rich inclusions, which confine excitons three-dimensionally, and act as QDs. The density of such QDs is very high (~ 1012 cm-2). The QDs defined by the composition inhomogeneities of the CdZnSe QW presumably originate from the shallow mounds of the uncapped CdSe surface. By a technique wherein a CdSe layer is grown at a low temperature (TG = 230 °C) and subsequently annealed at a significantly higher temperature (TA =310 °C), tiny but distinct 3D islands are formed. In this work, the mechanism underlying the formation of these islands is reported. While the CdSe deposit forms a quasi-two-dimensional (quasi-2D) layer at TG = 230 °C, subsequent annealing at TA = 310 °C results in a thermally activated "up-climb" of adatoms onto two-dimensional clusters (or precursors) and concomitant nucleation of 3D islands. The areal density of QDs, achieved by this technique, is at least a decade lower than that typical for conventional MBE growth. It is demonstrated that further reduction is possible by delaying the temperature ramp-up to TA. In the second technique, formation of distinct islands is demonstrated by deposition of amorphous selenium (a-Se) onto a 2D CdSe epilayer at room temperature and its subsequent desorption at a higher temperature (TD = 230 °C). Albeit the self-assembled islands are large, they are severely truncated during subsequent capping with ZnSe, presumably due to segregation of Cd and Zn-alloying of the islands. The segregation phenomenon is analyzed in this work and correlated to the optical properties of the QDs. Additionally, very distinct vertical correlation of QDs in QD-superlattices, wherein the first QD-layer is grown by this technique and the subsequent ones by migration enhanced epitaxy (MEE), is reported. The process steps of the third variant technique, developed in course of this work, are very similar to those of the previous one-the only alteration being the substitution of selenium with tellurium as the cap-forming-material. This leads not only to large alteration of the morphological and optical attributes of the QDs, but also to formation of unique self-assembled island-patterns. Oriented dashes, straight and buckled chains of islands, and aligned island-pairs are formed, depending on the thickness of the Te-cap layer. The islands are partially alloyed with Te and emit luminescence at very low energies (down to 1.7 eV at room temperature). The Te cap layer undergoes (poly)crystallization during temperature ramp-up (from room temperature to TD) for desorption. Here, it is shown that the self-assembled patterns of the island-ensembles are determined by the pattern of the grain boundaries of the polycrystalline Te layer. Based on an understanding of the mechanism of pattern formation, a simple and "clean" method for controlled positioning of individual QDs and QD-based extended nanostructures, is proposed in this work. The studies carried out in the framework of this thesis provide not only a deeper insight into the microscopic processes governing the heteroepitaxial self-assembly of CdSe/ZnSe(001) QDs, but also concrete approaches to achieve, optimize, and control several technologically-important features of QD-ensembles. Reduction and control of QD-areal-density, pronounced vertical correlation of distinctly-defined QDs in QD-superlattices, and self-assembly of QD-based extended structures, as demonstrated in this work, might turn out to be beneficial for envisioned applications in information-, and communication-technologies.},
  subject      = {Nanostruktur},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Pollinger2008,
  author    = {Pollinger, Florian},
  title     = {Surface stress and large-scale self-organization at organic-metal interfaces},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-33310},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2008},
  abstract  = {Anhand von Modellsystemen wurde in dieser Arbeit die Bedeutung elastischer Wechselwirkungen an Organik-Metall Grenzfl{\"a}chen, insbesondere f{\"u}r die Selbstorganisierte Ausbildung periodisch facettierter Strukturen, untersucht. Die {\"A}nderung der Oberfl{\"a}chenspannung w{\"a}hrend der Ausbildung der Grenzfl{\"a}che zwischen 3,4,9,10-Perylentetracarbons{\"a}uredianhydrid (PTCDA) und Ag(111) wurde mit der Biegekristalltechnik gemessen. Es ist bekannt, dass dieses System durch eine chemisorptive Bindung bestimmt wird. In der Tat stimmen Vorzeichen und Bedeckungsabh{\"a}ngigkeit mit Vorhersagen und Experimenten aus der Literatur zu chemisorptiv bestimmten Grenzfl{\"a}chen {\"u}berein. W{\"a}hrend der Einbau von Molek{\"u}len in große Dom{\"a}nen die Oberfl{\"a}chenspannung verringert, f{\"u}hrt das Auftreten von fehlerhaften Dom{\"a}nengrenzen zu einer Erh{\"o}hung der Oberfl{\"a}chenspannung. Die absolute {\"A}nderung der Oberfl{\"a}chenspannung in der H{\"o}he von (0.30 +- 0.10) N/m ist in der relativ schwachen Wechselwirkung des PTCDA Molek{\"u}ls mit einem einzelnen Silberatom begr{\"u}ndet. Es soll jedoch betont werden, dass dieser Wert einer Oberfl{\"a}chenspannungs{\"a}nderung von (2.2 +- 0.2) eV pro Molek{\"u}l entspricht, die damit in derselben Gr{\"o}ßenordnung wie die vermutete Bindungsenergie des Systems liegt. Daher zeigen diese Experimente, dass elastische Wechselwirkungen eine nicht zu vernachl{\"a}ssigende Rolle in dieser ganzen Materialklasse spielen k{\"o}nnen. Dadurch tragen die Experimente eine neue Sichtweise zum Verst{\"a}ndnis dieser Grenzfl{\"a}chen bei. Ferner etablieren sie die Biegekristalltechnik auf dem ganzen Feld der Organik-Metall Grenzfl{\"a}chen, da die Ergebnisse in Einklang mit den wohlbekannten Eigenschaften des Systems liegen. Schon der Nachweis einer Durchbiegung der Probe ist speziell f{\"u}r die Grenzfl{\"a}che PTCDA/Ag(111) von Bedeutung. Dieser Effekt ist der erste experimentelle Nachweis einer strukturellen {\"A}nderung in den obersten Substratatomlagen w{\"a}hrend der Adsorption von PTCDA auf Ag(111). Da eine solche Modifikation nicht zu vernachl{\"a}ssigende Konsequenzen f{\"u}r die Interpretation anderer experimenteller Ergebnisse hat, erscheinen weitere Studien mit anderen, quantitativeren strukturellen Methoden notwendig. Der Schwerpunkt dieser Arbeit lag jedoch auf der Untersuchung der Ausbildung der langreichweitigen, selbstorganisierten Ordnung der facettierten PTCDA/Ag(10 8 7) Grenzfl{\"a}che. Der reziproke Raum dieser Grenzfl{\"a}che wurde sowohl mit mittelnder hochaufl{\"o}sender Elektronenbeugung (SPA-LEED) als auch mit lokaler Elektronenbeugung in der Mikroskopie niederenergetischer Elektronen (LEEM) kartiert. Außerdem wurden diese reziproken Daten durch mikroskopische LEEM Realraumdaten komplement{\"a}r erg{\"a}nzt um die Morphologie der Grenzfl{\"a}che zu charakterisieren. F{\"u}r die gew{\"a}hlte Pr{\"a}parationsart, Adsorption der Molek{\"u}le auf das 550 K warme Substrat, wurden sechs verschiedene Facettentypen ((111), (532), (743),(954), (13 9 5) und (542)) beobachtet. Diese Facettentypen treten in homogenen, mikrometergroßen Gebieten auf der Oberfl{\"a}che auf, wie Dunkelfeld-LEEM Aufnahmen zeigen. Wenn jedoch die urspr{\"u}ngliche mesoskopische Orientierung der Oberfl{\"a}che lokal von der Durchschnittsorientierung z.B. in Bezug auf die urspr{\"u}ngliche Stufendichte abweicht, werden an dieser Stelle andere Facettentypen gebildet und damit das ansonsten regelm{\"a}ßige Muster gest{\"o}rt. Sowohl der Grad der erreichten Ordnung der facettierten Grenzfl{\"a}che als auch die gebildeten Facettentypen h{\"a}ngen somit stark von der urspr{\"u}nglichen mesoskopischen Morphologie des sauberen Substrates ab. Um das Verst{\"a}ndnis der kinetischen Prozesse zu verbessern wurde die Temperaturabh{\"a}ngigkeit der Ausbildung der Grenzfl{\"a}che in einem Temperaturbereich zwischen 418 K und 612 K untersucht. Bei niedrigen Wachstumstemperaturen traten zus{\"a}tzliche, steilere Facetten mit einem Neigungswinkel von 27° gegen{\"u}ber der (111) Fl{\"a}che auf. Weiterhin wurde mit facetten-sensitivem Dunkelfeld-LEEM die Gr{\"o}ßen- sowie die r{\"a}umliche Verteilung ausgew{\"a}hlter Facettentypen bei den verschiedenen Temperaturen untersucht. Die Nukleationsdichte der Facetten zeigte dabei keine Temperaturabh{\"a}ngigkeit. Eine Diffusionslimitierung der Nukleation kann daher ausgeschlossen werden. Dar{\"u}ber hinaus wurden die Ausmaße der Facetten statistisch ausgewertet. Die absolute Facettengr{\"o}ße folgt einer exponentiellen Verteilung, was auf ein zufallsgetriebenes Wachstum und das Fehlen einer Wechselwirkung der Facetten untereinander hinweist. W{\"a}hrend die Facettenl{\"a}ngen ebenso einer exponentiellen Verteilung unterliegen, ist die Breitenverteilung durch ein Maximum ausgezeichnet. Letztere Verteilung spiegelt den hohen Grad an lateraler Ordnung in dem System wieder. Diese Anisotropie h{\"a}ngt von der Temperatur ab und kann bei Substrattemperaturen {\"u}ber 478 K w{\"a}hrend des Wachstums beobachtet werden. Die Existenz eines Maximums in einer solchen Gr{\"o}ßenverteilung weist auf eine langreichweitige Wechselwirkung hin, die die strukturelle Ordnung induziert. Die Natur dieser langreichweitigen Wechselwirkung wurde mit drei komplement{\"a}ren in-situ Methoden untersucht, wobei jeweils neue Einblicke in die Ausbildung von facettierten Organik-Metall-Grenzfl{\"a}chen gewonnen werden konnten: Die Biegekristalltechnik, hochaufl{\"o}sende Beugung niederenergetischer Elektronen (SPALEED), sowie deren Mikroskopie (LEEM). Die Biegekristalltechnik wurde das erste Mal {\"u}berhaupt auf ein facettierendes System angewendet. Unterhalb der kritischen Temperatur des Facettierungs{\"u}berganges {\"a}hnelt die Oberfl{\"a}chenspannungs{\"a}nderung w{\"a}hrend der Bildung der PTCDA/Ag(10 8 7)-Grenzfl{\"a}chenbildung sowohl in funktionaler Abh{\"a}ngigkeit als auch in der Gr{\"o}ßenordnung der f{\"u}r die Referenzgrenzfl{\"a}che PTCDA/Ag(111) beobachteten. Oberhalb der {\"U}bergangstemperatur beobachtet man jedoch f{\"u}r die ausfacettierte PTCDA/Ag(10 8 7) Grenzfl{\"a}che mit (0.67 +- 0.10) N/m eine bedeutend gr{\"o}ßere Oberfl{\"a}chenspannungs{\"a}nderung als in den vorherigen F{\"a}llen. Zudem {\"a}ndert sich die Oberfl{\"a}chenspannung in klar unterscheidbaren Schritten mit einer eindeutig aufl{\"o}sbaren Feinstruktur aus positiven und negativen Spannungs{\"a}nderungen. Diese einzelnen Phasen in der {\"A}nderung der Oberfl{\"a}chenspannung k{\"o}nnen Stufen in der Entwicklung der Struktur{\"u}berganges dieses Systems zugeordnet werden, die mit den strukturellen Charakterisierungsmethoden beobachtet wurden. Durch diese Identifikation werden morphologischen Objekten, also den Facetten, ein eigener besonderer Spannungscharakter zugeordnet. Somit werden aber auch Spannungsdom{\"a}nen auf der Oberfl{\"a}che identifiziert. Die Existenz dieser Spannungsdom{\"a}nen ist nun aber die Vorraussetzung f{\"u}r die Anwendung von elastizit{\"a}tsbasierten Kontinuumsbeschreibungen des Selbstordnungseffektes. Daher stellen diese Ergebnisse den ersten experimentellen Nachweis dar, dass diese Kontinuumsbeschreibungen der Selbstorganisation tats{\"a}chlich auch auf die gesamte Materialklasse der facettierenden Organik-Metall-Grenzfl{\"a}chen angewendet werden k{\"o}nnen. Zusammengefasst sind diese Ergebnisse starke Beweise daf{\"u}r, dass elastische Wechselwirkungen der physikalische Ursprung der langreichweitigen Ordnung dieses Systems sind. Weiterhin legt die eindeutige Korrelation zwischen strukturellem Phasen{\"u}bergang und Oberfl{\"a}chenspannungs{\"a}nderung auch nahe, dass letzterer ebenso eine wichtige Rolle in der Kinetik des Systems spielt. Tats{\"a}chlich scheint das System zu versuchen die Gesamt{\"a}nderung der Oberfl{\"a}chenspannung w{\"a}hrend der Grenzfl{\"a}chenbildung durch die Bildung von Facettentypen positiven und negativen Charakters zu begrenzen. Daher k{\"o}nnte die Art ihres Beitrags zur Oberfl{\"a}chenspannungs{\"a}nderung dar{\"u}ber entscheiden, ob eine bestimmte Facettenorientierung gebildet wird oder nicht. Auch scheint das System sich bei hohen Bedeckungen unter anderem deshalb erneut umzufacettieren um der Bildung von fehlerhaften Dom{\"a}nengrenzen entgegenzuwirken, die mit einem Anstieg der Oberfl{\"a}chenspannung verbunden w{\"a}ren. Schließlich wurde im Rahmen dieser Arbeit noch das templatunterst{\"u}tzte Wachstum lateraler, heteroorganischer Nanostrukturen untersucht. Dabei wurde ein zweites, typisches molekulares Modellsystem, sogenannte "Selbstassemblierte Monolagen", auf der teilbedeckten PTCDA/Ag(10 8 7) Grenzfl{\"a}che aufgewachsen. Mit Standardmethoden der Oberfl{\"a}chencharakterisierung konnte nachgewiesen werden, dass die grundlegenden Eigenschaften dieses Wachstumsprinzips im Experiment in der Tat erreicht werden.},
  subject      = {Selbstorganisation},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Schmitt2007,
  author    = {Schmitt, Stefan},
  title     = {Adsorbatinduzierte richtungsabh{\"a}ngige Facettierung und selbstorganisierte Dom{\"a}nen-Musterbildung auf vizinalen Ag(111)-Oberfl{\"a}chen},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-25088},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2007},
  abstract  = {Die vorliegende Arbeit besch{\"a}ftigt sich mit den strukturellen Aspekten einer adsorbat-induzierten Facettierung von vizinalen Ag(111)-Oberfl{\"a}chen. Bei dem Adsorbat handelte es sich um das organische Molek{\"u}l Perylen-3,4,9,10-Tetracarbons{\"a}ure-Dianhydrid (PTCDA). Die Experimente wurden unter Ultrahochvakuum-Bedingungen durchgef{\"u}hrt, die Charakterisierung erfolgte haupts{\"a}chlich mit den Messmethoden Rastertunnelmikroskopie (STM) und niederenergetische Elektronenbeugung (LEED). Das planare Farbstoffmolek{\"u}l PTCDA adsorbiert pr{\"a}ferentiell an den Stufenkanten der verwendeten 8.5° Ag(111)-Vizinaloberfl{\"a}chen und induziert bei geeigneten Pr{\"a}parationsbedingungen eine Rekonstruktion in stark gestufte Facettenfl{\"a}chen und in stufenfreie (111)-Terrassen. Die beobachteten Facetten sind f{\"u}r das System PTCDA/Ag charakteristisch und stellen durch eine molekulare {\"U}berstruktur richtungsselektiv stabilisierte Ag-Kristallebenen dar. Durch die Variation der Stufenrichtung der Startoberfl{\"a}che wurde eine Vielzahl von Facettentypen erhalten und nach Miller indiziert. In ihrer Gesamtheit erlauben sie einen R{\"u}ckschluss auf das Aussehen der Gleichgewichtskristallform eines mit PTCDA bedeckten Ag-Kristalles und damit auf das richtungsabh{\"a}ngige Benetzungsverhalten von Ag. Aus der Sicht des Substrates bewirkt das Adsorbat eine massive Erh{\"o}hung der Steifheit der Stufen. Die durch eine molekulare {\"U}berstruktur stabilisierten Facettenfl{\"a}chen {\"u}bernehmen die in der Kristallstruktur des Substrates angelegten Stufenrichtungen. Die gefundene Ausbildung von zwei typischen Facettensteigungen ist jedoch nicht durch die Ag-Kristallstruktur motivierbar. Die Facettierung wurde im Rahmen einer speziellen Adaption des Konzepts der Thermodynamik auf ebene gestufte Oberfl{\"a}chen als Orientierungsphasenseparation beschrieben. Dieses Konzept erlaubt eine korrekte Beschreibung der beobachteten lokalen Ph{\"a}nomene und zeigt zudem auf, dass das molekulare Gas, welches in den Messungen nicht erfasst wurde, eine wichtige Rolle bei der Rekonstruktion spielt. Es ergaben sich wichtige Indizien f{\"u}r die Existenz einer kritischen Inselgr{\"o}ße f{\"u}r PTCDA auf Ag(111). Es wurde eine vollst{\"a}ndige strukturelle Analyse aller stabilen molekularen {\"U}berstrukturen auf vizinalen Ag(111)-Oberfl{\"a}chen durchgef{\"u}hrt. Es wurden insgesamt 16 solcher {\"U}berstrukturen gefunden, von denen bisher nur 3 Strukturen bekannt und ver{\"o}ffentlicht waren. Dichte und Kommensurabilit{\"a}t der Facetten{\"u}berstrukturen sind systematisch vom Stufentyp der Oberfl{\"a}che abh{\"a}ngig. Die Frage nach dem Ursprung der beiden charakteristischen Facettensteigungen ist mit der Existenz von zwei Typen von {\"U}berstrukturgrenzen verkn{\"u}pft. Die Grenze bestimmt die Lage der fischgr{\"a}tartigen {\"U}berstruktur zu den Stufenkanten und die L{\"a}nge und die Breite des Molek{\"u}ls die beiden charakteristischen Stufenabst{\"a}nde. Letzteres geschieht verm{\"o}ge einer lokalen Wechselwirkung der PTCDA-Molek{\"u}le mit den Stufen. Die {\"U}berstrukturgrenzen erweisen sich als wichtiges Element der Rekonstruktion. Es wurden außerdem die Abh{\"a}ngigkeiten der verschiedenen, aneinander angrenzenden {\"U}berstrukturen aufgezeigt. Auf den (111)-Terrassen fanden sich 3 metastabile Ausnahme-Strukturen, welche einen vertieften Einblick in die komplexe Bildungskinetik der bisher bekannten stabilen (111)-Struktur erlauben. Die Facetten bilden zusammen mit den benachbarten (111)-Terrassen regelm{\"a}ßige, einem Reflexionsgitter {\"a}hnliche Muster mit einer Strukturweite von 5 bis 75nm. Die beobachteten Strukturweiten erreichen bei ausgedehntem Tempern typische Maximalwerte. STM-Messungen zeigen den Einfluss einer langreichweitigen Wechselwirkung zwischen den Facetten, vermittelt {\"u}ber elastische Eigenschaften des Substrates. Die Muster k{\"o}nnen als selbstorganisierte Zweiphasensysteme im thermodynamischen Gleichgewicht erkl{\"a}rt werden. Die Facetten wirken wie repulsiv wechselwirkende Defekte in einem elastischen Medium. Die Eignung dieser Muster als Templat wurde in Kooperation mit einer anderen Arbeitsgruppe am Beispiel der selektiven Deposition von Eisen belegt.},
  subject      = {Adsorbat},
  language  = {de}
}