Analytische Transmissionselektronenmikroskopie an polymorphen Siliziumnanostrukturen

Abstract

Die vorliegende Dissertation befasst sich mit der elektronenmikroskopischen Charakterisierung von Si-Hochdruckphasen mit dem Ziel der Aufklärung der Mechanismen, die zu ihrer Entstehung in unterschiedlichen Si-basierten Systemen führen. Als Modellsystem für spektroskopische Charakterisierungen erfolgte in Indentierungs- und Ritzexperimenten die gezielte Herstellung der Phasen Si-III, Si-IV, Si-XII und Si-XIII. Erstmalig werden Berechnungen der s,d-artigen pDOS dieser Hochdruckphasen mittels Dichtefunktionaltheorie sowie experimentelle EEL-Spektren ihrer L2,3-Kanten präsentiert. Eine deutliche Veränderung der kantennahen Feinstruktur im Vergleich zu Referenzspektren der Phase Si-I bzw. a-Si ist gezeigt. Im zweiten Teil der Dissertation werden materialwissenschaftliche Anwendungen präsentiert. So werden u. a. die Mechanismen diskutiert, die zur Entstehung von Si-Hochdruckphasen in Rippeln bei der wiederholten Interaktion von fs-Laserpulsen mit Si-Oberflächen führen.

The present thesis addresses the characterization of Si high-pressure phases by transmission electron microscopy in order to elucidate the mechanisms leading to their formation in different Si-based materials. The specific fabrication of the high-pressure phases Si-III, Si-IV, Si-XII and Si-XIII by means of indentation and scratching, respectively, served as model system for spectroscopic characterizations. Calculations of the s,d-like pDOS of these phases via density functional theory are presented for the first time together with experimental EEL-spectra of their L2,3-edges. A distinct alteration of the near-edge fine structure becomes evident compared to reference spectra of Si-I and a-Si. The second part of the thesis presents examples of applications in materials science, e.g. the discussion of the mechanisms leading to the generation of Si high-pressure phases inside ripples after the repeated interaction of fs-laser pulses with Si surfaces.