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EPDA - Elektronische Publikationen Darmstadt


Autor: Hohl, Achim
Titel:Untersuchungen zur Struktur von amorphem Siliziummonoxid
Dissertation:TU Darmstadt, Fachbereich Material- und Geowissenschaften, 2002

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Abstract auf Deutsch:


Das Ziel dieser Arbeit war die Entwicklung eines Strukturmodells für massives, amorphes Siliziummonoxid (SiO). Das hier vorgeschlagene Interface-Clusters-Mixture-Modell beschreibt qualitativ die Struktur der kommerziell erhältlichen koksartigen SiO-Modifikation. Die strukturelle Disproportionierung des SiO in Cluster der Phasen Si und SiO2 wurde sowohl aus partiellen radialen Verteilungsfunktionen, die mittels Röntgen-, Neutronen- und Elektronenbeugung erhalten wurden, als auch aus Resultaten der XANES- und ELNES-Spektroskopie nachgewiesen. Eine obere Grenze von 2 nm für die typische Si-Clustergröße ergab sich aus der Untersuchung getemperter SiO-Proben mittels Transmissionselektronenmikroskopie. Röntgenphotoelektronenspektroskopie offenbarte stöchiometrische Inhomogenitäten in der Struktur auf der Größenskala der Signaltiefe. Ein Zusammenhang zwischen der Si-Clustergröße und der beobachteten Si-Peakposition im Spektrum der Kernresonanz (NMR) wurde deutlich, der verbunden ist mit dem Unterschied zwischen amorphem und mikrokristallinem Charakter der Cluster. Mit der aus Elektronenspinresonanz- und SQUID-Messungen ermittelten Defektdichte wurde der Auslöschungsradius für das NMR-Signal auf 1,1 nm geschätzt. Aufgrund der beobachteten massivkörperartigen SiO2-Struktur und der Clusteroberflächenfehlanpassung wurden die Bildung von Si-O-Bindungen und der Abbau von Spannungen als Antriebskraft der Strukturbildung im Festkörper gedeutet. Erstmals wurde für SiO die Signifikanz einer abrupten Grenzschicht in einem Bereich hochgradiger struktureller und chemischer Unordnung zwischen den Clustern nachgewiesen. SiO enthält im Volumen eine bedeutende Menge in Grenzflächen lokalisierter Atome. Wegen der Clusterkleinheit kann die Struktur morphologisch als grenzflächendominiert angesehen werden. Dieser amorphe Strukturtyp des eingefrorenen Nichtgleichgewichtssystems einer Disproportionierung im Anfangsstadium beinhaltet eine ultradünne Matrix aus einer nahezu monolagigen Grenzschicht aus Suboxid. Dies liefert einen Beitrag zur Kategorisierung amorpher Strukturtypen.


Abstract auf Englisch:

The goal of this work was the development of a structural model for bulk, amorphous silicon monoxide (SiO). The interface clusters mixture model suggested here describes qualitatively the structure of the commercially available coal-like SiO modification. The structural disproportionation of SiO into clusters of phases Si and SiO2 was verified by both partial radial distribution functions, which were obtained by X-ray, neutron, and electron diffraction, and results from XANES and ELNES spectroscopy. An upper limit of 2 nm for the typical Si cluster size resulted from the investigation of annealed SiO samples using transmission electron microscopy. X-ray photoelectron spectroscopy revealed stoichiometric inhomogeneities in the structure on the scale of the signal depth. A correlation between the Si cluster size and the observed Si peak position in the NMR spectrum became clear, which is connected with the difference between amorphous and microcrystalline character of the clusters. With the defect density acquired from electron spin resonance and SQUID measurements the wipe-out radius for the NMR signal was estimated as 1.1 nm. Due to the observed bulk-like SiO2 structure and the cluster surface mismatch the formation of Si-O bonds and the reduction of stress were interpreted as driving force of the structural formation in the bulk. For the first time the significance of an abrupt interface in a region of high-grade structural and chemical disorder between the clusters was verified for SiO. SiO contains in the volume a significant amount of atoms localised in interfaces. Because of the cluster smallness the structure can be seen morphologically as interface dominated. This amorphous structural type of the frozen non-equilibrium system of a disproportionation in the initial state comprises an ultrathin matrix of nearly a single-layer interface of sub-oxide. This provides a contribution for the categorisation of amorphous structural types.

Dokument aufgenommen :2003-05-08
URL:http://elib.tu-darmstadt.de/diss/000321