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Experimentelle Untersuchung des Phasenraums von Chrom-Antimon durch Festkörperreaktionen dünner Multischichtsysteme

Regus, Matthias - Christian-Albrechts-Universität Kiel (2015)


Das Chrom-Antimon-System erscheint zur Darstellung kristalliner Nichtgleichgewichtsphasen aufgrund seiner Ausnahmestellung unter den Chrompnictogenen bzw. -chalkogenen und den Übergangsmetallantimoniden als besonders geeignet. Die strukturelle Vielfalt, wie sie von den Chalkogeniden oder den leichteren Pnictogenen bekannt ist, beschränkt sich bei den Chromantimoniden auf wenige isotype Verbindungen.

Die Deposition von modulierten elementaren Reaktanten stellt eine vielversprechende Methode dar, die eine Kontrolle der Diffusionslänge erlaubt und durch hinreichend dünne Elementschichten einen Wechsel des Reaktionsmechanismus von einer diffusionskontrollierten zu einer nukleationskontrollierten Reaktion ermöglicht.

Neue, kristalline metastabile Chromantimonide konnten auf der Basis von Multischichtsystemen über eine amorphe Zwischenphase dargestellt werden. Die gezielte Synthese von (Cr/Sb)-Multifilmen mit unterschiedlich dicken Wiederholeinheiten beinhaltet neben den Filmen mit einer Zusammensetzung, die den bekannten, thermodynamisch stabilen Verbindungen CrSb und CrSb2 entsprechen auch Schichtsysteme mit einem Cr:Sb-Verhältnis von 3:1 und 1:3 sowie Cr1+xSb bzw. CrSb1+x (mit 0 < x < 2 bzw. 0 < x ≤ 4). Durch die Abscheidung von (Cr/Sb)-Doppelschichten auf (100)-Silizium sowie SiO2- und PMMA-beschichtetem Substrat konnten umfassende temperaturaufgelöste und isotherme in-situ Röntgenreflektometrie- und Röntgendiffraktometrieexperimente bzw. Kalorimetriemessungen oder ex-situ Elektronenbeugungsuntersuchungen durchgeführt werden, die Rückschlüsse auf das Diffusions- und Kristallisationsverhalten der Elemente in den Filmen zulassen. Darüber hinaus geben Messungen der elektrischen Leitfähigkeit oder des Seebeck-Koeffizienten über die physikalischen Eigenschaften Aufschluss.

In Ergänzung zu den Synthesen und Untersuchungen des binären System Cr-Sb konnte durch Substitution von Chrom durch Vanadium, bei einem Cr:Sb-Verhältnis von 3:1 und einer (Cr/V/Sb)-Wiederholeinheit unterhalb der kritischen Schichtdicke der binären Systeme Cr-Sb und V-Sb, der Einfluss auf die Reaktivität der Elemente in den Filme erfasst werden.


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