Epitaktisches Wachstum und Charakterisierung ultradünner Eisenoxidschichten auf Magnesiumoxid(001)

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dc.contributor.advisorProf. Dr. rer. nat. Joachim Wollschläger
dc.creatorZimmermann, Bernd Josef
dc.date.accessioned2010-09-17T08:46:15Z
dc.date.available2010-09-17T08:46:15Z
dc.date.issued2010-09-17T08:46:15Z
dc.identifier.urihttps://repositorium.ub.uni-osnabrueck.de/handle/urn:nbn:de:gbv:700-201009176491-
dc.description.abstractSince many years, the importance of thin layers increases for lots of technical uses. Beginning in the field of microelectronics, the use of thin layers spread increasingly to other areas. Coatings for surface refining and optimisation of the mechanical properties for material engineering, customisation of the surface chemistry in catalysts, as well influencing of the transmission and reflection characteristics of surfaces in optics are only some examples of the high scientific and economic weight of the thin layer technology. Thin magnetic layers are the basis of many known storage media ranging from the tape recorder to the hard disk up to the credit card. Nowadays, these thin layers again gain interest in the research field of nanoelectronics as ultrathin layers. So-called spinvalve-read/write heads being already installed in actual hard disks use the Tunnel Magneto Resistance effect for a significant rise in memory density synonymous capacity. Such read/writeheads consist of a magnetic layersystem. This use of the magnetic as well as the electric characteristics of the electrons is called spintronics. The iron oxide magnetite exhibits a high iron portion, is strong antiferrimagnetic and has a high Curie-temperature. Since many years, it is used as a magnetic pigment on already mentioned magnetic tapes. Literature [1, 2, 3, 4] considers ultrathin epitaxial layers of magnetite on magnesium oxide for uses in the spintronics as a most promising candidate, because it inheres a complete spin polarisation at Fermi-level. Moreover, thin magnetite layers serve in the chemical industry as a catalyst in the Haber- Bosch-procedure and to the dehydration of ethylbenzene to styrene. Being already used and considered to be of ongoing interest, ultrathin magnetite layers offer a wide range of technological applications in many modern industrial and scientific fields. Because there is, nevertheless, a variety of other iron oxide (cf. chapter 4), it is a matter to determine the special growth conditions of magnetite. These ultrathin iron oxide layers were grown reactively on the (001)-surfaces of the magnesium oxide substrate by molecular beam epitaxy. Besides, the surface is examined by the diffraction of low-energy electrons concerning its crystalline structure. X-ray photo electron spectroscopy approaching the stochiometry completes these first characterisations. Other investigations are carried out at HASYLAB / DESY in Hamburg by X-ray reflectivity and X-ray diffraction. The exact thickness of the layers, its crystal properties in bulk, as well as the thickness of the crystalline portion of the layers can be determined among other features of the system. The evaluation of XRR-and XRD-investigations is done via simulations with in chapter 5 introduced software packages. The reader finds the theoretical backgrounds to the used techniques in chapter 3. The experimental setups in Osnabr¨uck and Hamburg as well as the backgrounds to the preparation are presented in chapter 5. Because the formation of the different iron oxides is described in literature [5, 6, 7, 8] as mostly depending on annealing temperatures, the experimental results in chapter 6 are graded accordingly. The dependence on temperature, layer thickness and annealing time should be examined for the iron oxides possible on this substrate. The aim of this work is the preparation of ultrathin epitaxial iron oxide layers with thicknesses up to few nanometers. The main goal is to find the growth parameters for ultrathin crystalline magnetite layers.eng
dc.subjectthin films, xrr, xrd, xps, leed, iron oxide, iron, spinell, Fe3O4, Fe2O3, FeO, MgO, spintronics, Spintronik, MBE, LEED, Knudsenelle, ixrr, rodsnplots, Festkörperphysik, Oberflächenphysik, Eisenoxidschichten, hämatit, magnetit, hematite, magnetite, wustite, wüstit
dc.subject.ddc530 - Physik
dc.titleEpitaktisches Wachstum und Charakterisierung ultradünner Eisenoxidschichten auf Magnesiumoxid(001)ger
dc.typeDissertation oder Habilitation [doctoralThesis]-
thesis.locationOsnabrück-
thesis.institutionUniversität-
thesis.typeDissertation [thesis.doctoral]-
thesis.date2010-07-23-
dc.contributor.refereeProf. Prof. h.c. Dr. Dr. h.c. Manfred Neumann
dc.subject.bk33.68 - Oberflächen, Dünne Schichten, Grenzflächen
dc.subject.bk33.07 - Spektroskopie
dc.subject.bk33.61 - Festkörperphysik
dc.subject.bk33.75 - Magnetische Materialien
ddb.annotationSeit Jahren nimmt die Bedeutung dünner Schichten für viele technische Anwendungen zu. Begann ihre industrielle Herstellung zunächst im Bereich der Mikroelektronik, dehnte sich die Verwendung dünner Schichten zunehmend auf andere Gebiete aus. Beschichtungen zur Oberflächenveredelung und Optimierung der mechanischen Eigenschaften, wie in der Werkstofftechnik, das gezielte Manipulieren der Oberflächenchemie in Katalysatoren, sowie die Beeinflussung des Transmissions- und Reflexionsverhaltens von Oberflächen in der Optik sind nur einige Beispiele f¨ur das hohe wissenschaftliche wie wirtschaftliche Gewicht der Dünnschichttechnologie. Dünne magnetische Schichten sind die Grundlage vieler bekannter Informationsspeicher vom Tonband über die Festplatte bis hin zur Kreditkarte. Heutzutage gewinnen sie jedoch im Forschungsfeld der Nanoelektronik als ultrad¨unne Schichten wieder zunehmend an Bedeutung. Sogenannte Spinvalve- Leseköpfe sorgen bereits in aktuellen Festplatten über die Nutzung des Tunnel Magneto Widerstands für eine deutlich Erhöhung der Speicherdichte und damit der Kapazität. Solche Schreib-Leseköpfe bestehen aus einer Abfolge dünner magnetischer Schichten. Der elektrische Widerstand dieses Schichtsystems ist dabei abhängig von der Magnetisierungsrichtung der einzelnen Schichten. Diese Nutzung sowohl der magnetischen als auch der elektrischen Eigenschaften der Elektronen wird als Spintronik bezeichnet. Das Eisenoxid Magnetit besitzt einen hohen Eisenanteil, ist stark antiferrimagnetisch und hat eine hohe Curie- Temperatur. Seit langem findet es als magnetisches Pigment auf den o.g. Magnetbändern Verwendung. Es wird in der Literatur [1, 2, 3, 4] in Form einer ultrad¨unnen epitaktischen Schicht auf Magnesiumoxid f¨ur Anwendungen in der Spintronik als vielversprechenster Kandidat gehandelt, da es eine totale Spinpolarisierung am Fermi-Niveau besitzt. Im Weiteren dienen dünne Magnetitbeschichtungen in der chemischen Industrie als Katalysator im Haber-Bosch-Verfahren und zur Dehydrierung von Ethylbenzol zu Styrol. Da Magnetit somit bereits heute vielfach verwendet wird und überdies für die Zukunft eine Reihe interessanter Anwendungen bietet, soll in dieser Arbeit die Herstellung von kristallinen, epitaktischen ultradünnen Schichten das Ziel sein. Da es jedoch eine Reihe von anderen Eisenoxiden gibt, vgl. Kapitel 4, gilt es die Wachstumsbedingungen für solche dünnen Schichten aus Magnetit zu bestimmen. Diese ultradünnen Eisenoxidschichten werden auf der (001)- Oberfläche des Magnesiumoxidsubstrates durch Molekularstrahlepitaxie reaktiv aufgewachsen. Die Oberfläche wird dabei durch die Beugung niederenergetischer Elektronen hinsichtlich ihrer kristallinen Struktur untersucht. Röntgenphotoelektronenspektroskopie komplettiert diese ersten beiden Charakterisierungen hinsichtlich der Stöchiometrie. Weitere Untersuchungen werden am HASYLAB des DESY in Hamburg in Form von Röntgenreflektometrie und Röntgenbeugung durchgeführt. Die exakte Dicke der Schichten, ihre Kristalleigenschaften im Volumen, sowie die Dicke des kristallinen Anteils der Schichten lassen sich u.a. so bestimmen. Die Auswertung der XRR- und XRD-Untersuchungen erfolgt über Simulationen mit den in Kapitel 5 vorgestellten Softwarepaketen. Die theoretischen Hintergr¨unde zu den verwendeten Techniken findet der Leser in Kapitel 3. Die Versuchsaufbauten in Osnabr¨uck und Hamburg, sowie die Hintergründe zur Präparation befinden sich in Kapitel 5. Da das Entstehen der einzelnen Eisenoxide in der Literatur [5, 6, 7, 8] zumeist für verschiedene Temperaturen beschrieben wird, sind die experimentellen Ergebnisse in Kapitel 6 dementsprechend gestaffelt dargestellt. Die Abhängigkeit von Temperatur, Schichtdicke und Ausheildauer soll für die auf diesem Substrat möglichen Eisenoxide untersucht werden. Ziel dieser Arbeit ist die Herstellung ultradünner epitaktischer Eisenoxidschichten mit Schichtdicken bis zu wenigen Nanometern. Das Hauptaugenmerk liegt dabei auf der Herstellung dünner Magnetit-Schichten. (ger
vCard.ORGFB4
Enthalten in den Sammlungen:FB04 - E-Dissertationen

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