Schichtwachstum

Unter Schichtwachstum versteht man in der Oberflächenchemie und -physik das Wachstum atomarer oder molekularer Strukturen an einer Phasengrenze. Verständnis darüber, welches Verhalten vorliegt oder zu erwarten ist, ist wichtig für Grundlagenwissenschaften und für Anwendungen, beispielsweise in der Mikroelektronik[1] oder bei der Entwicklung von Katalysatoren.

Arten

Generell wird zwischen drei Grenzmechanismen unterschieden.[1][2] Welcher von ihnen auftritt, hängt wesentlich von der Temperatur und der Wachstumsgeschwindigkeit ab. In der Regel entscheidet die Balance zwischen zahlreichen Faktoren wie Oberflächendiffusion, Nukleierungswahrscheinlichkeit, Oberflächenenergien und Adsorptionsmechanismus, welches Wachstum vorherrscht.[3]

Frank-van-der-Merwe-Wachstum
Frank-van-der-Merwe-Modus

Im Fall des Frank-van-der-Merwe-Wachstums[4][5][6] wachsen dünne Filme gleichmäßig Schicht für Schicht. Diese Art von Oberflächenwachstum ist z. B. bei Modell-Katalysatoren wichtig.

Stranski-Krastanow-Wachstum
Stranski-Krastanov-Modus

Beim Stranski-Krastanow-Wachstum[7] bildet sich zunächst eine Benetzungsschicht (engl. wetting layer) aus, welche aus einer oder mehreren Lagen bestehen kann. Dann erfolgt das Wachstum von dreidimensionalen Inseln auf dieser Benetzungsschicht. Dabei entstehen Quantenpunkte.[8]

Volmer-Weber-Wachstum
Volmer-Weber-Modus

Beim Volmer-Weber-Wachstum[9] handelt es sich um die häufigste Art für das Wachstum dünner Schichten.[3] Hier bildet sich keine Benetzungsschicht aus, sondern die Inseln wachsen direkt auf der Oberfläche des Substrats. Die dabei entstehenden Strukturen können Eigenschaften von Nanopartikeln aufweisen. Ein solches Wachstum führt zu einer großen Oberfläche, wie sie beispielsweise bei heterogenen Katalysatoren in der chemischen Industrie erforderlich sind.

Siehe auch

Literatur
  • Nasser Kanani: Galvanotechnik: Grundlagen, Verfahren, Praxis. Hanser Verlag, 2009, ISBN 978-3-446-41738-0, S. 289–291 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche).

Einzelnachweise
  1. Z. Zhang: Atomistic Processes in the Early Stages of Thin-Film Growth. In: Science. Band 276, Nr. 5311, 18. April 1997, S. 377–383, doi:10.1126/science.276.5311.377 (sciencemag.org [abgerufen am 3. Juni 2019]).
  2. J A Venables, G D T Spiller, M Hanbucken: Nucleation and growth of thin films. In: Reports on Progress in Physics. Band 47, Nr. 4, 1. April 1984, ISSN 0034-4885, S. 399–459, doi:10.1088/0034-4885/47/4/002 (iop.org [abgerufen am 3. Juni 2019]).
  3. Richard W. Vook: Nucleation And Growth Of Thin Films. In: Optical Engineering. Band 23, Nr. 3, Juni 1984, ISSN 0091-3286, S. 343–349, doi:10.1117/12.7973291 (spiedigitallibrary.org [abgerufen am 1. Juni 2019]).
  4. F. C. Frank, J. H. van der Merwe: One-Dimensional Dislocations. I. Static Theory. In: Proceedings of the Royal Society of London. Series A, Mathematical and Physical Sciences. Band 198, Nr. 1053, 1949, S. 205–216, JSTOR:98165.
  5. F. C. Frank, J. H. van der Merwe: One-Dimensional Dislocations. II. Misfitting Monolayers and Oriented Overgrowth. In: Proceedings of the Royal Society of London. Series A, Mathematical and Physical Sciences. Band 198, Nr. 1053, 1949, S. 216–225, JSTOR:98166.
  6. F. C. Frank, J. H. van der Merwe: One-Dimensional Dislocations. III. Influence of the Second Harmonic Term in the Potential Representation, on the Properties of the Model. In: Proceedings of the Royal Society of London. Series A, Mathematical and Physical Sciences. Band 200, Nr. 1060, 1949, S. 125–134, JSTOR:98394.
  7. I. N. Stranski, L. Krastanow: Zur Theorie der orientierten Ausscheidung von Ionenkristallen aufeinander. In: Monatshefte für Chemie. Band 71, Nr. 1, Dezember 1937, ISSN 0026-9247, S. 351–364, doi:10.1007/BF01798103 (springer.com [abgerufen am 3. Juni 2019]).
  8. Guido Schifani, Thomas Frisch, Jean-Noël Aqua: Growth of hexagonal quantum dots under preferential evaporation. In: Comptes Rendus Mécanique. Band 347, Nr. 4, 12. April 2019, S. 376–381, doi:10.1016/j.crme.2019.03.012 (elsevier.com [abgerufen am 3. Juni 2019]).
  9. M. Volmer, A. Weber: Keimbildung in übersättigten Gebilden. In: Z. phys. Chem. Band 119, 1926, S. 277–301.
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