Hamburg 2001 – wissenschaftliches Programm

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HL: Halbleiterphysik

HL 11: Kohlenstoff / Diamant

HL 11.5: Vortrag

Montag, 26. März 2001, 16:30–16:45, S17

Wasserstoffbedeckung und Oberflächenleitfähigkeit von Diamant - ein klarer Zusammenhang — •B.F. Mantel, M. Stammler, J. Ristein und L. Ley — Institut für Technische Physik 2, Universität Erlangen-Nürnberg, Erwin-Rommel-Str. 1, D-91058 Erlangen

Um die Rolle des Wasserstoffs und anderer Adsorbate bei der Oberflächenleitfähigkeit von Diamant aufzuklären, wurde oberflächenempfindliche IR-Spektroskopie mit Leitfähigkeitsmessungen kombiniert. Die Probentemperatur wurde dabei zwischen Raumtemperatur und 400^∘C eingestellt. Dank ihrer hohen Auflösung zeigen die IR-Spektren einer Diamant-(100)-Oberfläche im Bereich der C-H-Streckschwingungen drei Absorptionslinien, von denen zwei (bei 2921 und 2854 cm⁻¹), die einer CH₂-Konfiguration zugeordnet werden, bei einer Anlaßtemperatur von 190^∘C verschwinden. Die Komponente bei 2897 cm⁻¹ ist dagegen bis 230^∘C stabil und wird mit der C₂H₂-Monohydridabsättigung assoziiert. Die Leitfähigkeit kann, ausgehend von 1·10⁻⁵ Ω⁻¹ bei Raumtemperatur, durch Anlassen an Luft bis zu 200^∘C reversibel um bis zu fünf Größenordnungen reduziert werden. Bei 230^∘C verschwindet die Oberflächenleitfähigkeit jedoch unwiederbringlich und ist damit klar mit dem chemisorbierten Wasserstoff korreliert. Eine Diamant-(111)-Oberfläche zeigt eine einzelne, sehr scharfe Absorptionslinie bei 2834 cm⁻¹ mit einer Halbwertsbreite von nur 1,9 cm⁻¹. Sie ist an Luft stabil bis über 300^∘C und wird als Streckschwingung der CH-Monohydridabsättigung interpretiert. In puncto Leitfähigkeit verhält sich die (111)-Oberfläche nach unseren bisherigen Erkenntnissen analog zur Diamant-(100)-Oberfläche. Dies wird jedoch z.Zt. noch untersucht.