Surfactant Sputtering - Investigation of fundamental processes
Final Report Abstract
Ziel des Vorhabens war es, die fundamentalen dynamischen Selbstorganisationsprozesse zu untersuchen, die bei der Musterbildung auf einer Substratoberfläche durch die simultane Ionenbestrahlung und Codeposition von Metallatomen entstehen. Damit soll eine Grundlage für neue Modelle der ioneninduzierten selbstorganisierten Musterbildung geschaffen werden. Surfactant sputtering ist eine neuartige Methode der Ionenstrahlerosion. Sie nutzt eine stationäre Oberflächenbedeckung mit Fremdatomen (Surfactants) bis zu 10^16 Atomen/cm2 aus, was durch simultane Ionenbestrahlung und Codeposition von Atomen auf ein Substrat erreicht wird. Surfactants verursachen eine erhebliche Änderung der Sputterrate auf atomaren bis makroskopischen Längenskalen. Je nach Surfactant-Substrat Kombination wird so die Bildung neuartiger nanoskaliger Oberflächenmuster oder auch Oberflächenglättung induziert, jeweils begleitet von der Bildung ultradünner, gemischter Oberflächenschichten. Zu Beginn des Projekts gab es Indizien, die auf eine Surfactant getriebene selbstorganisierte Musterbildung durch Volumenprozesse wie z.B. ioneninduzierte Phasenseparation und Stöchiometrie abhängiges lokales Sputtern deuten. Solche Effekte waren bisher nicht in aktuellen Modellen zur ioneninduzierten Musterbildung berücksichtigt. Im Rahmen des Vorhabens konnten viele wichtige Fragen geklärt werden. Die wichtigsten Ergebnisse des Vorhabens sind: (i) Die erste experimentelle Verifikation der Dynamik der Muster, insbesondere die quantitative Bestimmung der lateralen Bewegung der Wellenmuster, ist gelungen. Dadurch konnte die 25 Jahre alte Vorhersage von Bradley und Harper bestätigt werden. (ii) Umfassende experimentelle Ergebnisse untermaueren den Prozess der Phasenseparation als einen wesentlichen Beitrag zur Surfactant induzierten Musterbildung. Neben der wichtigen Rolle der Metall-Disilizidbildung konnte auch die Bedeutung kritischer Oberflächenbedeckungen für die Musterbildung geklärt werden. (iii) Es ist gelungen, die für analytische Modelle benötigten Krümmungskoeffizienten quantitativ mit Hilfe von Monte Carlo Simulationen zu bestimmen. Damit ist ein unmittelbarer Vergleich zwischen theoretischen Vorhersagen und spezifischen Experimenten zur Musterbildung möglich. (iv) Wir haben gezeigt, dass es möglich ist Punkt- oder Wellenmuster mit vorgegebener Symmetrie, Längenskala und Morphologie herzustellen. Damit ist es nun möglich bestimmte Musterformen nach Wunsch zu realisieren.
Publications
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