Oberflächenstrukturierung

Oberflächenstruktur bezeichnet die Anordnung der Atome in der äußersten Lage eines Festkörpers. Im Gegensatz zum Bulk-Kristallbau können die Oberflächenatome eine andere Symmetrie aufweisen, Rekonstruktionen eingehen, Adsorbate aufnehmen oder Defekte tragen, um die Oberflächenenergie zu minimieren. Die Struktur hängt von der Kristallorientierung, Temperatur, Druck und chemischer Umgebung ab. Typische Phänomene sind Rekonstruktionen, Adsorption von Atomen oder Molekülen, Oberflächenvorgänge wie Diffusion und Segregation sowie die Bildung von Facetten.

Die Oberflächenstruktur hat großen Einfluss auf katalytische Aktivität, Korrosion, Adhäsion, elektronische Eigenschaften und Diffusion an der Oberfläche. In der Halbleitertechnik beeinflusst sie Wachstumsprozesse, die Qualität von Grenzflächen und die Zuverlässigkeit von Bauelementen.

Zur Bestimmung werden Techniken wie Rastertunnelmikroskopie (STM), Rasterkraftmikroskopie (AFM) und Beugungstechniken wie Low-Energy Electron Diffraction (LEED) eingesetzt. Spektrale Methoden wie XPS oder UPS liefern chemische Informationen. Theoretisch dienen Modelle der Dichtefunktionaltheorie (DFT) und andere Simulationen dazu, Oberflächenenergien und Rekonstruktionspotenziale zu berechnen.

Beispiele reichen von Au(111) mit der Herringbone-Rekonstruktion bis zu Si(111)7×7, daneben existieren zahlreiche andere Materialoberflächen mit charakteristischen Strukturen. Das Verständnis der Oberflächenstruktur ist grundlegend für Anwendungen in Katalyse, Sensorik, Materialbearbeitung und Silizium- und Halbleiterprozessen.