Untersuchung des Einkristall-Schichtträgers SrTiO3 mittels hochauflösendem, röntgenreziprokem Space Mapping

SrTiO3 in einkristalliner Form ist ein ideales Schichtträgermaterial für epitaktisches Wachstum verschiedener funktioneller Oxid-Dünnschichten. Dazu zählen supraleitende, magnetische, ferroelektrische, pyroelektrische und piezoelektrische Oxide. Die Qualität epitaktischer Schichten hängt dabei stark von der Kristallqualität des Schichtträgers ab. Konventionellerweise werden häufig Werte von Röntgen-'Rocking Curve' Analysen zur qualitativen Bestimmung der Kristallqualität genutzt. Jedoch können 'Rocking Curve' Analysen nicht zwischen Effekten unterschiedlicher Gitterkonstanten unterscheiden, die aufgrund von Deformationen oder Oberflächenschäden durch Verarbeitungsprozessse, oder durch Defekte während Kristallwachstumsvogängen wie Versetzungserscheinungen, auftreten. Diese Eigenschaften können jedoch mittels hochauflösendem, röntgenreziprokem Space Mapping eingehend analysiert werden. Mit einer reziproken Space Map ist es möglich, die Arten struktureller Fehlerstellen zu bestimmen, welche die Kristallqualität negativ beeinflussen können.

Abbildung 1 zeigt eine (006) reziproke Space Map eines handelsüblichen SrTiO3 Schichtträgers, ein weithin akzeptierter Standard in Prozessen epitaktischen Schichtwachstums. Mittels SmartLab Mehrzweckdiffraktometers von Rigaku wurde ein intensiver Peak ermittelt, dessen volle Breite beim halben Maxium in nur 18 Bogensekunden in Omega-Richtung erreicht wird. Zusätzlich zu dem intensiven (006) Peak, ist eine kristalline, abgerundete Stabstruktur in 2θ/ω-Richtung klar erkennbar, welche auf hohe Ebenheit und geringe Prozessschäden zurückzuführen ist. Zusätzlich dazu ist ein verbreiterter Ring schwacher Intensität hauptsächlich in ω-Richtung erkennbar. Diese Diffusstreuung wird im Wesentlichen von Versetzungserscheinungen geringer Dichte im Inneren des Kristalls verursacht.


Single crystal SrTiO<sub>3</sub>

Abbildung 1: (006) reziproke Space Map eines handelsüblichen SrTiO3 Schichtträgers, ein weithin akzeptierter Standard in Prozessen epitaktischen Schichtwachstums

Obwohl die (006) Peakbreite relativ schmal ist, sind Defekte klar vorhanden. Diese können unter Umständen Verschiebungs-Nukleationszentren während des Prozesses epitaktischen Wachstums bilden und so die Qualität der abgeschiedenen Schicht massiv beeinflussen.