English Title: On the determination of the dynamic conductivity of thin metal films on the (100)-diamond surface by means of infrared spectroscopy

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Abstract

Filme weniger Nanometer Dicke aus Chrom und Aluminium wurden im Ultrahochvakuum auf einer (1 0 0)-Diamantoberfläche hergestellt. Während des Wachstums wurde ihre dynamische Leitfähigkeit in-situ im infraroten (IR) Spektralbereich mittels Transmissionsspektroskopie gemessen. Um ein Verständnis der die Leitfähigkeit bestimmenden Prozesse zu erlangen, wurden die gemessenen Spektren mit Hilfe des Drude- und des Drude-Smith-Modells interpretiert. Es ist möglich, verschiedene Phasen des Filmwachstums zu unterscheiden. Für Aluminium wurde Vollmer-Weber-Wachstum beobachtet. Es konnte gezeigt werden, dass die mittlere Filmdicke am Perkolationsübergang erwartungsgemäß stark von der Substrattemperatur abhängt. Das Verhalten der Chrom-Filme muss als ungewöhnlich bezeichnet werden: Unterhalb einer kritischen Dicke von etwa 2,5nm können die IR-Spektren nicht mit dem Drude-Modell beschrieben werden. Aus den Messungen bei verschiedenen Substrattemperaturen kann aber sowohl ein amorphes Wachstum, als auch Vollmer-Weber-Wachstum ausgeschlossen werden. Als ursächlich wird ein aus der Literatur bekannter Phasenübergang von fcc- zu bcc-Chrom angenommen. Die IR-Spektren der nanokristallinen fcc-Phase können mit dem Drude-Smith-Modell beschrieben werden, wobei der Verlauf der erhaltenen Parameter die vorgestellte Interpretation stützt.

Translation of abstract (English)

Thin chromium and aluminum films with thicknesses in the range of a few nanometers were prepared in ultra high vacuum. During film growth their dynamic conductivity was measured in-situ in the infrared regime. For an understanding of the processes determining the conductivity, the measured spectra were interpreted with the Drude and the Drude-Smith model. By this means it is possible to distinguish between different phases in the film growth. For aluminum a Vollmer-Weber-growth was found. As expected, the film thickness at the percolation transition shows a strong temperature dependence. The behaviour of chromium must be characterised as peculiar: Below a critical thickness of 2.5nm the IR-spectra cannot be described by the Drude-model. From the measurements at different substrate temperatures, an amorphous and an island-like growth can be excluded. The presented explanation is based on a known transition from fcc clusters to the bulk bcc phase of chromium. The spectra of the nanocrystalline fcc phase can be described by a Drude-Smith type dielectric function, and the obtained parameters further back the proposed interpretation.