Raster-Transmissionselektronenmikroskop
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Die Transmissionselektronenmikroskopie (TEM) ist eine der zentralen Methoden des Marburger WZMWs (Wissenschaftliches Zentrum für Materialwissenschaften). TEM wird zur quantitativen Struktur- und Zusammensetzungsaufklärung sowohl von III/V und II/VI Halbleiterstrukturen als auch von organisch-anorganischen Materialkombinationen und von Nanoobjekten, wie sie in den Material- und Lebenswissenschaften Untersuchungsgegenstand sind, eingesetzt. Ziel ist neben der Aufklärung der Zusammensetzung, der Grenzflächeneigenschaften und von Strukturbildungsmechanismen der untersuchten Festkörper auch ein fundamentales Verständnis der Wachstumskinetik auf nm-Skalen und eine Weiterentwicklung der elektronenmikroskopischen Methodik im Hinblick auf die untersuchten Materialien. Hauptforschungsschwerpunkte auf dem Gebiet der anorganischen Materialien waren zum einen metastabile III/V Halbleiter, bei denen Elemente mit wesentlich kleineren oder größeren kovalenten Radien als die des das Wirtsgitters in dieses eingebaut wurden. Beispiele sind verdünnt Stickstoff-, Bor- oder Bismuthaltige III/V Halbleiter. Mittels quantitativer Z- Kontrastabbildung ist es gelungen, einige Strukturbildungsprozesse in diesen - auch für die Anwendung hochrelevanten - Materialien aufzuklären und auch grundlegende Beiträge zur Methodik der Auswertung der Elektronenstreuung solcher Materialien zu erarbeiten. Hierzu wurden umfangreiche Experiment –Theorievergleiche nicht nur zur Probenrelaxation, sondern auch zur Elektronenstreuung durchgeführt. Zum anderen wurden detaillierte Arbeiten auf dem Gebiet der quantitativen Strukturaufklärung innerer Grenzflächen unternommen. Hier liegt unser Hauptinteresse in der Fragestellung, welche intrinsische Grenzflächenstruktur unterschiedliche Halbleiter aus welchen Gründen annehmen. Mittels hochaufgelöster aberrationskorrigierter Rastertransmissionselektronenmikroskopie konnte gezeigt werden, dass, sobald Ladung involviert ist, die sich ausbildende Grenzfläche - u.U. durch Facettierung - eine Struktur einnimmt, bei der die Ladung minimiert. Ist Verspannung involviert, ergeben sich eher segregierte Grenzflächen. Es wurde auch zusammen mit der Herstellerfirma ein Wachstumshalter speziell für Experimente mit toxischen und pyrophoren Verbindungen konzipiert. Dazu wurde unter anderem auch ein Gasmischsystem an das STEM angeschlossen. Erste Experimente mit diesem System unterstreichen die Funktionalität des Aufbaus und zeigen, dass in der gewählten gekapselten Umgebung auch hochauflösende Untersuchungen bei hohen Temperaturen und unter hohem Druck möglich sind. Ein weiterer Forschungsschwerpunkt lag auf dem Gebiet der organische Materialien bzw. der anorganisch/organischen Materialkombinationen. Hier konnten für organische Halbleiter wichtige Informationen zur Anordnung der Moleküle und zu stabilen Ebenen aus Elektronenbeugung gewonnen werden.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- Atomic structure of (110) anti-phase boundaries in GaP on Si(001). Applied Physics Letters 103 (3) (2013), 032107
A. Beyer, B. Haas, K. I. Gries, K. Werner, M. Luysberg, W. Stolz, and K. Volz
- LiNi 0.5Mn1.5O4 Thin-Film Cathodes on Gold-Coated Stainless Steel Substrates: Formation of Interlayers and Electrochemical Properties. Electrochimica Acta 133 (2014), pp. 146 – 152
M. Gellert, K. I. Gries, J. Zakel, A. Ott, S. Spannenberger, C. Yada, F. Rosciano, K. Volz, B. Roling
(Siehe online unter https://doi.org/10.1016/j.electacta.2014.03.184) - Microstructural Characterization of Organic Heterostructures by (Transmission) Electron Microscopy. Cryst. Growth Des. 14 (6) (2014), pp. 3010 – 3014
B. Haas, K. I. Gries, T. Breuer, I. Häusler, G. Witte, and K. Volz
(Siehe online unter https://doi.org/10.1021/cg5002896) - Charge Transfer across the Interface between LiNi 0.5 Mn 1.5 O 4 High-Voltage Cathode Films and Solid Electrolyte Films. J. Electrochem. Soc. 162 (4) (2015), A754 - A759
M. Gellert, K. I. Gries, J. Zakel, S. Kranz, S. Bradler, E. Hornberger, S. Müller, C. Yada, F. Rosciano, K. Volz and B. Roling
- Interface engineering and characterization at the atomic-scale of pure and mixed ion layer gas reaction buffer layers in chalcopyrite thin-film solar cells. Progress in Photovoltaic: Res. App., 23 (2015), pp. 705 - 716
O. Cojocaru-Mirédin, Y. Fu, A. Kostka, R. Sáez-Araoz, A. Beyer, N. Knaub, K. Volz, C. Fischer, and D. Raabe
(Siehe online unter https://doi.org/10.1002/pip.2484) - Local sample thickness determination via scanning transmission electron microscopy defocus series. Journal of Microscopy (2015)
A. Beyer, R. Straubinger, J. Belz and K. Volz
(Siehe online unter https://doi.org/10.1111/jmi.12284) - Quantitative characterization of the interface roughness of (GaIn)As quantum wells by high resolution STEM. Micron (2015)
H. Han, A. Beyer, K. Jandieri, K. I. Gries, L. Duschek, W. Stolz, K. Volz
(Siehe online unter https://doi.org/10.1016/j.micron.2015.07.003) - Self-assembly of ordered wurtzite/rock salt heterostructures - A new view on phase separation in MgxZn1−xO. J. Appl. Phys. 118 (4) (2015), 045706
K. I. Gries, T. A. Wassner, S. Vogel, J. Bruckbauer, I. Häusler, R. Straubinger, A. Beyer, A. Chernikov, B. Laumer, M. Kracht, C. Heiliger, J. Janek, S. Chatterjee, K. Volz and M. Eickhoff
- Metastable cubic zinc-blende III/V semiconductors: Growth and structural characteristics. Progress in Crystal Growth and Characterization of Materials
A. Beyer, W. Stolz, K. Volz
(Siehe online unter https://doi.org/10.1016/j.pcrysgrow.2015.10.002) - Quantification of Bi distribution in MOVPE-grown Ga(AsBi) via HAADF STEM. Journal of Crystal Growth 433 (2016), pp. 89 – 96
N. Knaub, A. Beyer, T. Wegele, P. Ludewig, K. Volz
(Siehe online unter https://doi.org/10.1016/j.jcrysgro.2015.10.007)
