Electronic Properties of Nanoscale Metal/Silicon Interfaces and of Low-Dimensional Metal Clusters on Silicon Surfaces under Electrochemical Conditions
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Sowohl im Potentialbereich oberhalb des Flachbandpotentials, als auch unterhalb zeigt die n-Si(111):H Oberfläche in Kontakt mit einem wässrigen Elektrolyten elektronische Eigenschaften, die bisher in der Literatur nicht beschrieben wurden. Oberflächennahe Zustände (zum großen Teil herrührend von interstitiellem Wasserstoff) im Potentialbereich positiver als das Flachbandpotential besitzen eine Dichte von etwa 1015 cm-3, die Größenordnungen über der (mit zunehmendem Potential exponentiell abfallenden) Elektronendichte im Verarmungszustand liegt. Ladungstransfer an der n-Si(111):H Oberfläche verläuft über diese Zustände und kann nicht mit der Elektronenverarmung in der Raumladungszone gesteuert werden. Unterhalb des Flachbandpotentials spielt die H-Si Bindung und deren Schwächung für Ladunstransferprozesse die entscheidende Rolle, sofern dieses Prozesse eine Auflösung der H-Terminierung erfordern (wie bei der Wasserstoffentwicklung oder Co2+ - Abscheidung). Unsere Experimente zum Einfluß elektrischer Felder auf die Co 2+ - Abscheidung zeigen die Existenz eines kritischen Feldes, das zum Einsetzen von Ladungstransfer auf der H-terminierten Oberfläche erforderlich ist. Dieses kritische Feld, erforderlich für eine hinreichende Schwächung der Si-H Bindung, erklärt auch, weshalb Wasserstoffentwicklung und Co 2+ - Abscheidung bei demselben Elektrodenpotential auf der n-Si(111):H Oberfläche einsetzen. Die Ergebnisse des Projektes zeigen ein deutlich komplizierteres Bild der n-Si(111):H Oberfläche, als die bisherige Literatur. Insbesondere bei sehr geringen Ladungstransfers, entweder im Bereich der Herstellung von Nanostrukturen, oder eines entsprechend geringen Ladungsumsatzes, spielen die gefundenen Eigenschaften der n-Si(111):H Oberfläche eine entscheidende Rolle. Es ist zu erwarten, daß ähnliche Phänomene an den anderen kristallographischen Si Oberflächen vorliegen, sofern entsprechend geringe Ladungsumsätze vorliegen, wie in diesem Projekt untersucht. Generell deuten die Ergebnisse auch darauf hin, daß oberflächennahe Verunreinigungen und interstitielle Atome wie O, N, C oder H selbst in dem bereits hochreinen FZ Silizium von erheblicher Bedeutung für Ladungstransferprozesse auf der Nanoskala mit Ladungstransfers im Bereich von μC sind, diese in bestimmten Fällen sogar bestimmen.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- „Electric field assisted electrochemical „writing“ of Co nanostructures onto n- Si(111):H surfaces“, Surface Science 612 (2013) L1 – L4
S. Jakob and W. Schindler
(Siehe online unter https://doi.org/10.1016/j.susc.2013.02.002) - „Surface States of wet chemically etched n-Si(111):H surfaces“, Electrochim. Acta 88 (2013) 659
S. Jakob and W. Schindler
(Siehe online unter https://doi.org/10.1016/j.electacta.2012.10.138)
