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Infrarotspektroskopische Untersuchung von Siliziumoxiden, Silikaten, deren Wechselwirkung mit Metallinselfilmen sowie Dampfdruckmessungen an Siliziummonoxid

Wetzel, Steffen

English Title: Infrared spectroscopic investigation of silicon oxides, silicates and their interaction with metal island films and vapour pressure measurements of silicon monoxide

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Abstract

Im Rahmen dieser Arbeit wurden die optischen Eigenschaften verschiedener astrophysikalisch relevanter Materialien (SiO2, SiO, Fe, Mg, (Mg,Fe)2SiO4) mittels Infrarotspektroskopie an dünnen Filmen auf Siliziumsubstraten bestimmt. Die dielektrische Funktion der amorphen Siliziumoxide und Silikate konnte anhand eines einheitlichen Modells aus Brendel-Oszillatoren für die Vibrationsbanden beschrieben werden. Zusätzlich wurde für SiO auf Si(111) der Einfluss der Temperatur und der Oberflächenstruktur des Substrates untersucht. Für beide Parameter konnte eine Abhängigkeit der Position der stärksten Absorptionsbande beobachtet werden, deren jeweilige Ursache diskutiert wird. Für Eisen wurde das Filmwachstum auf Si(111) und dessen Temperaturabhängigkeit sowie das Wachstum auf unterschiedlichen Siliziumoxidschichten untersucht. Es konnten verschiedene Phasen in Abhängigkeit der Schichtdicke und des verwendeten Substrates beobachtet werden. Für Magnesium- und Eiseninselfilme auf Siliziumoxidschichten tritt aufgrund der Wechselwirkung zwischen der plasmonischen und phononischen Anregung eine Fano-artige Bande auf. Ergänzend zu den infrarotspektroskopischen Untersuchungen wurde der Gleichgewichtsdampfdruck und Verdampfungskoeffizient von SiO gemessen. Hierzu wurde ein Aufbau zur Bestimmung von Dampfdrücken nach der Knudsenmethode weiterentwickelt und verbessert.

Translation of abstract (English)

The optical properties of various astrophysical relevant materials (SiO2, SiO, Fe, Mg, (Mg,Fe)2SiO4) were determined by means of infrared spectroscopy of thin films on silicon substrates. A uniform dielectric function model consisting of Brendel-oscillators for vibrational bands was successfully applied to describe the experimental spectra of amorphous silicon oxides and silicates. The effect of temperature and of surface structure was studied for the condensation of SiO on Si(111). The position of the main vibrational band turned out to be a function of both parameters which is discussed in detail. The dependence on temperature and the influence of an oxidized substrate was investigated for the growth of Fe on Si(111). Depending on film thickness and the type of substrate used, different phases could be identified. A peak with a Fano-type line shape was observed in spectra of Fe and Mg island films on silicon oxide substrates and can be attributed to the interaction of the plasmonic and phonon-like excitations in the two layers. Additionally, the vapour pressure and evaporation coefficient of SiO was measured. For this purpose a setup based on the Knudsen method was improved.

Item Type: Dissertation
Supervisor: Pucci, Prof. Dr. Annemarie
Date of thesis defense: 7. November 2012
Date Deposited: 19. Nov 2012 09:11
Date: 8. November 2012
Faculties / Institutes: The Faculty of Physics and Astronomy > Kirchhoff Institute for Physics
Subjects: 530 Physics
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