Untersuchungen zur elektronenstrahlinduzierten Oberflächenaktivierung als Werkzeug für die Herstellung wohldefinierter Nanostrukturen: Die Rolle von katalytischen Prozessen, Substraten und Präkursoren.

In the course this thesis, fundamental aspects of nanostructure fabrication using electron beam induced surface activation (EBISA) and electron beam induced deposition (EBID) were investigated in detail. EBISA is a recently (2010) discovered process that makes use of a focused electron beam to activate a surface towards the decomposition of precursor molecules, which are supplied to form deposits at the pre-irradiated areas in a subsequent processing step. In the closely related EBID technique, precursor molecules are directly decomposed by the impact of an electron beam. As the probe size of the electron beam is in the nanometer regime, both processes can be exploited to fabricate nanostructures on surface. The EBISA concept could be successfully expanded to titania (single crystal, rutile TiO2(110)-1×1) and quite different “organic” surfaces (2H- and Co-tetraphenylporphyrin layers on Ag(111)). On both types of substrates, nanostructure fabrication following the EBISA protocol with iron pentacarbonyl was performed and revealed that EBISA is not limited to SiOx surfaces and the activation mechanism is not restricted to generation of oxygen vacancies. The second part focusses on the behavior of various precursors in the context of nanofabrication using EBID and EBISA. Iron pentacarbonyl, Fe(CO)5, has been identified as a viable precursor already during the initial experiments that lead to the development of the EBISA protocol. In order to broaden the range of applicable precursors, cobalt tricarbonyl nitrosyl, Co(CO)3NO, and dicobalt octacarbonyl, Co2(CO)8, were used to conduct EBISA related experiments.Im Verlauf der vorliegenden Arbeit wurden grundlegende Aspekte der Nanostrukturherstellung mittels elektronenstrahlinduzierter Oberflächenaktivierung (Electron Beam Induced Surface Activation, EBISA) und elektronenstrahlinduzierter Abscheidung (Electron Beam Induced Deposition, EBID) untersucht. EBISA bezeichnet hierbei einen kürzlich (2010) entdeckten Prozess, bei dem ein fokussierter Elektronenstrahl genutzt wird, um eine Oberfläche so zu aktivieren, dass die aktivierten Bereiche in einem zweiten Schritt die Zersetzung von bestimmten Molekülen, den sogenannten Präkursoren, initiieren können und so eine Abscheidung erzeugen. Im verwandten EBID-Prozess werden solche Präkursoren direkt durch den Elektronenstrahl zersetzt. Der Durchmesser des verwendeten Elektronenstrahls liegt im einstelligen Nanometer-Bereich, weshalb beide Prozesse genutzt werden können, um Nanostrukturen auf Oberflächen herzustellen. Es konnte gezeigt werden, dass das EBISA-Konzept auf andere Substrate übertragen werden kann. Auf zwei neuen Typen von Substraten (TiO2(110)-Einkristalle und dünne Tetraphenylporphyrin-Schichten auf Silber(111)-Einkristallen) wurden, ausgehend vom Präkursor Eisenpentacarbonyl, Fe(CO)5, erfolgreich Nanostrukturen mittels EBISA hergestellt. Dabei zeigt sich, dass das EBISA-Konzept nicht auf SiOx-Oberflächen beschränkt ist und dass auch andere Aktivierungsmechanismen, die nicht auf der strahlinduzierten Erzeugung von Sauerstofffehlstellen beruhen, möglich sind. Der zweite Teil der vorliegenden Arbeit beschäftigt sich mit dem Verhalten verschiedener Präkursoren im Kontext von EBID und EBISA. Eisenpentacarbonyl wurde bereits zu Beginn der EBISA-Forschung als geeigneter Präkursor identifiziert. Um die Bandbreite an verwendbaren Präkursoren und damit auch abscheidbaren Materialien für EBISA zu erhöhen, wurden die potentiellen Cobalt-Präkursoren Cobalttricarbonylnitrosyl, Co(CO)3NO, und Dicobaltoktacarbonyl, Co2(CO)8, hinsichtlich ihrer Eignung untersucht