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Sascha Schreiber

• Im Rahmen dieser Arbeit wurden epitaktische 3C-SiC-Schichten auf Si(001)-Substraten und ionenstrahlsynthetisierten 3C-SiC(001)-Pseudosubstraten hergestellt. Die Schichtsynthese erfolgte dabei unter Verwendung eines relativ jungen Verfahrens, das auf der simultanen Deposition von C60-Fullerenen und Si beruht. Zur Realisierung der erforderlichen experimentellen Voraussetzungen wurde eine Ultrahochvakuum-Apparatur konzipiert und aufgebaut. Das Wachstum der Schichten wurde mit Hilfe einer RHEED-Analytik in-situ untersucht. Mit dem angewandten Verfahren konnten 3C-SiC-Schichten auf Si(001)-Substraten hohlraumfrei abgeschieden werden. Die Aufdampfraten von C60 und Si wurden dabei so gewählt, dass während des Depositionsprozesses ein Si:C-Verhältnis von etwa eins in der Gasphase gegeben war. Es konnte gezeigt werden, dass stöchiometrisches und epitaktisches 3C-SiC-Wachstum mit der charakteristischen Orientierungsbeziehung (001) [110] Si || (001) [110] 3C-SiC stattgefunden hat.Im Rahmen dieser Arbeit wurden epitaktische 3C-SiC-Schichten auf Si(001)-Substraten und ionenstrahlsynthetisierten 3C-SiC(001)-Pseudosubstraten hergestellt. Die Schichtsynthese erfolgte dabei unter Verwendung eines relativ jungen Verfahrens, das auf der simultanen Deposition von C60-Fullerenen und Si beruht. Zur Realisierung der erforderlichen experimentellen Voraussetzungen wurde eine Ultrahochvakuum-Apparatur konzipiert und aufgebaut. Das Wachstum der Schichten wurde mit Hilfe einer RHEED-Analytik in-situ untersucht. Mit dem angewandten Verfahren konnten 3C-SiC-Schichten auf Si(001)-Substraten hohlraumfrei abgeschieden werden. Die Aufdampfraten von C60 und Si wurden dabei so gewählt, dass während des Depositionsprozesses ein Si:C-Verhältnis von etwa eins in der Gasphase gegeben war. Es konnte gezeigt werden, dass stöchiometrisches und epitaktisches 3C-SiC-Wachstum mit der charakteristischen Orientierungsbeziehung (001) [110] Si || (001) [110] 3C-SiC stattgefunden hat. TEM-Untersuchungen haben verdeutlicht, dass sich die gewachsenen 3C-SiC-Schichten aus einzelnen Körnern zusammensetzen, welche sich vom Si-Substrat bis zur Probenoberfläche erstrecken. Dabei konnten zwei charakteristische 3C-SiC-Korntypen identifiziert werden. Die Korrelation zwischen Struktur und Textur hohlraumfrei gewachsener 3C-SiC-Schichten und ihrer Schichtdicke wurde mit Hilfe der Röntgenbeugung (XRD) untersucht. Anhand von Polfigurmessungen wurde gezeigt, dass bei geringer Dicke lediglich 3C-SiC-Zwillinge erster Ordnung in den Schichten enthalten sind. Bei größeren Schichtdicken treten zusätzlich Zwillinge zweiter Ordnung in Form von Zwillingslamellen in Korntyp 2 auf. Eine polare Texturverbesserung mit wachsender Schichtdicke konnte im untersuchten Schichtdickenbereich bis 550nm nicht beobachtet werden. Auf ionenstrahlsynthetisierten 3C-SiC(001)-Pseudosubstraten konnte erstmals homoepitaktisches 3C-SiC-Wachstum bei Verwendung einer C60-Kohlenstoffquelle demonstriert werden. Hinsichtlich der kristallinen Qualität der hergestellten Schichten erwies sich die Oberflächenbeschaffenheit der verwendeten Substrate als entscheidender Faktor. Darüber hinaus wurde eine Korrelation zwischen dem Depositionsratenverhältnis von C60 und Si und der 3C-SiC-Schichtqualität nachgewiesen. Unter siliziumreichen Depositionsbedingungen, d.h. bei einem Si:C-Verhältnis in der Gasphase, das geringfügig größer eins ist, lässt sich homoepitaktisches 3C-SiC-Lagenwachstum erreichen. Die so abgeschiedenen 3C-SiC-Schichten zeichneten sich durch die höchste kristalline Qualität aus, die im Rahmen dieser Arbeit erreicht wurde. Wird hingegen zur Schichtabscheidung ein Si:C-Verhältnis kleiner eins in der Gasphase gewählt, d.h. findet das 3C-SiC-Wachstum unter kohlenstoffreichen Bedingungen statt, so ist anstelle des Lagenwachstums ein homoepitaktisches 3C-SiC-Inselwachstum zu beobachten. Die synthetisierten Schichten sind von vergleichsweise geringerer kristalliner Qualität, weisen aber trotz des Überangebots von Kohlenstoff während der Depositionsphase eine Si:C=1:1 Stöchiometrie auf.…
• Within this work epitaxial 3C-SiC-films were grown on Si(001) substrates and on ion beam synthesized 3C-SiC(001) pseudo substrates. A rather new process was used which is based on the simultaneous deposition of C60 and Si. In order to set up the necessary experimental conditions an ultra-high vacuum chamber has been designed and built. A RHEED system was used to examine SiC film growth in-situ. Using the described technique 3C-SiC films were grown void-free on Si(001) substrates. Deposition rates of C60 and Si were chosen adequately to maintain a Si:C ratio of approximately one during the deposition process. It was shown that stoichiometric and epitaxial 3C-SiC growth with the characteristic relationship (001) [110] Si || (001) [110] 3C-SiC could be achieved. TEM investigations revealed that the grown 3C-SiC films consist of individual grains that extend from the Si substrate to the film surface. Two characteristic grain types could be identified. The correlation between structure andWithin this work epitaxial 3C-SiC-films were grown on Si(001) substrates and on ion beam synthesized 3C-SiC(001) pseudo substrates. A rather new process was used which is based on the simultaneous deposition of C60 and Si. In order to set up the necessary experimental conditions an ultra-high vacuum chamber has been designed and built. A RHEED system was used to examine SiC film growth in-situ. Using the described technique 3C-SiC films were grown void-free on Si(001) substrates. Deposition rates of C60 and Si were chosen adequately to maintain a Si:C ratio of approximately one during the deposition process. It was shown that stoichiometric and epitaxial 3C-SiC growth with the characteristic relationship (001) [110] Si || (001) [110] 3C-SiC could be achieved. TEM investigations revealed that the grown 3C-SiC films consist of individual grains that extend from the Si substrate to the film surface. Two characteristic grain types could be identified. The correlation between structure and texture of void-free grown 3C-SiC films and film thickness was studied by x-ray diffraction (XRD). Pole figure measurements showed that thin films only contain first-order 3C-SiC twins. With higher film thickness also second-order twins are found which are located as twin lamellae in grain type 2. Improvement of polar texture with increasing film thickness couldn’t be observed in the investigated range of up to 550nm. On ion beam synthesized 3C-SiC pseudo substrates homoepitaxial 3C-SiC growth could be demonstrated for the first time by using a C60 carbon source. In respect to the crystalline quality of the grown films the surface quality of the used substrates was identified as a crucial factor. Furthermore a correlation between the ratio of deposition rates of C60 and Si and 3C-SiC film quality could be found. Under silicon-rich conditions, i.e. with a Si:C ratio of slightly greater one, homoepitaxial 3C-SiC layer-by-layer growth can be achieved. Films grown under these conditions showed the highest crystalline quality within this work. However using a Si:C ratio smaller one in the gas phase during film deposition, i.e. growing under carbon-rich conditions, leads to homoepitaxial 3C-SiC island growth. Films synthesized under these conditions are of significantly lower quality. But despite of the excess supply of carbon during the deposition process they exhibit a Si:C=1:1 stoichiometry.…