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Main Title: Rare earth silicide nanowires on silicon surfaces
Translated Title: Seltenerdsilizid-Nanodrähte auf Siliziumoberflächen
Author(s): Wanke, Martina
Advisor(s): Dähne, Mario
Granting Institution: Technische Universität Berlin, Fakultät II - Mathematik und Naturwissenschaften
Type: Doctoral Thesis
Language: English
Language Code: en
Abstract: Das Wachstum, die Struktur und die elektronischen Eigenschaften von Seltenerdsilizid-Nanodrähten werden auf planaren und vizinalen Si(001)- und Si(111)-Oberflächen mittels Raster¬tunnelmikroskopie (STM), Beugung von niederenergetischen Elektronen (LEED) und winkelaufgelöster Photoemissionsspektroskopie (ARPES) untersucht. Auf allen hier untersuchten Oberflächen wachsen hexagonale Disilizide epitaktisch mit einer Gitterfehlanpassung von -2,55% bis +0,83% entlang der hexagonalen a-Achse. Entlang der hexagonalen c-Achse ist die Gitterfehlanpassung mit 6,5%.wesentlich größer Auf der Si(001)2×1 Oberfläche wachsen zwei Arten von Nanodrähten epitaktisch auf. Die sogenannten breiten Drähte zeigen eine eindimensionale metallische Valenzbandstruktur mit Zuständen, die das Ferminiveau kreuzen. Entlang der Nanodrähte können zwei stark dispergierende Zustände am -Punkt und ein stark dispergierender Zustand am -Punkt beobachtet werden. Bei dünnen Nanodrähten konnten keine dispergierenden Zustände beobachtet werden. Lediglich in der Richtung senkrecht zu den Drähten wurde eine Intensitätsvariation beobachtet, die der beobachteten räumlichen Struktur der dünnen Nanodrähte entspricht. Die elektronischen Eigenschaften von breiten Erbiumsilizid-Nanodrähten sind denen der breiten Dysprosiumsilizid-Nanodrähten sehr ähnlich. Die elektronischen Eigenschaften der DySi2-Monolage und der Dy3Si5-Multilage auf der Si(111)-Oberfläche werden im Vergleich zum bekannten ErSi2/Si(111)- und Er3Si5/Si(111)-System untersucht. Die Positionen und die energetische Lage der beobachteten Bänder in der Oberflächenbrillouinzone werden für Dysprosium bestätigt. Die Form der Elektronentaschen im
-Raum ist an den -Punkten elliptisch, während die Lochtasche am -Punkt eine hexagonale Symmetrie aufweist. Auf der Si(557)-Oberfläche hängen die strukturellen und elektronischen Eigenschaften ebenfalls von den unterschiedlichen Präparationsbedingungen ab, insbesondere von der Selten¬erd¬bedeckung. Bei Submonolagenbedeckung wachsen dünne Nanodrähte in weiten Gebieten der Probe, die wie die durchschnittliche Substratoberfläche orientiert sind. Diese dünnen Nanodrähte zeigen eine eindimensionale halbmetallische elektronische Struktur. Bei höherer Bedeckung wachsen breite Nanodrähte auf den (111)-Facetten als Disilizid-Monolagennanodrähte. Diese zeigen die für die 1×1 Monolagenrekonstruktion typischen scharfen Kanten entlang der { }-Richtungen. Auch die elektronische Struktur zeigt alle Zustände, die bei einer Disilizid-Monolage auf der planaren Si(111) auftreten, mit einer zweidimensionalen metallischen Bandstruktur. Bei weiterer Erhöhung der Bedeckung ergeben sich ähnlich breite Nanodrähte mit runderen Enden, die auf die Bedeckung mit einer Disilizid-Multilage auf den (111)-Facetten hinweisen.
The growth, structure and electronic properties of rare earth silicide nanowires are investigated on planar and vicinal Si(001) und Si(111) surfaces with scanning tunneling microscopy (STM), low energy electron diffraction (LEED) and angle-resolved photoelectron spectroscopy (ARPES). On all surfaces investigated within this work hexagonal dilsilicides are grown epitaxially with a lattice mismatch of -2,55% up to +0,83% along the hexagonal a-axis. Along the hexagonal c-axis the lattise mismatch is essentially larger with 6,5%. On the Si(001)2×1 surface two types of nanowires are grown epitaxially. The so-called broad wires show a one-dimensional metallic valence band structure with states crossing the Fermi level. Along the nanowires two strongly dispersing states at the point and a strongly dispersing state at the point can be observed. Along the thin nanowires dispersing states could not be observed. Merely in the direction perpendicular to the wires an intensity variation could be observed, which corresponds to the observed spacial structure of the thin nanowires. The electronic properties of the broad erbium silicide nanowires are very similar to the broad dysprosium silicide nanowires. The electronic properties of the DySi2-monolayer and the Dy3Si5-multilayer on the Si(111) surface will be investigated in comparison to the known ErSi2/Si(111) and Er3Si5/Si(111) system. The positions and the energetic locations of the observed band in the surface Brillouin zone will be confirmed for dysprosium. The shape of the electron pockets in the
space is elliptical at the points, while the hole pocket at the point is showing a hexagonal symmetry. On the Si(557) surface the structural and electronic properties depend strongly on the different preparation conditions likewise, in particular on the rare earth coverage. At submonolayer coveragethe thin nanowires grow in wide areas of the sample surface, which are oriented in the same direction as the average substrate surface. These thin nanowires show a one-dimensional halfmetallic electronic structure. At higher coverage broad nanowires are grown on the (111) facets as disilicide monolayer nanowires. They show the for the 1×1 monolayer reconstruction typical scharp edges along the { } directions. The electronic structure shows all states, which occur at a disilicide monolayer on the planar Si(111), with a two-dimensional metallic band structure. At a further increase of the coverage similar nanowires arise with rounder end pieces, which can be assigned a coverage with a disilicide multilayer on the (111) facets.
URI: urn:nbn:de:kobv:83-opus-20773
http://depositonce.tu-berlin.de/handle/11303/2323
http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-2026
Exam Date: 10-Nov-2008
Issue Date: 18-Nov-2008
Date Available: 18-Nov-2008
DDC Class: 530 Physik
Subject(s): Lanthanid
Nanodraht
Seltene Erde
Silizid
Silizium
Lanthanid
Nanowire
Rare earth
Silicide
Silicon
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