Adsorptionsrelevante Parameter bei der Wechselwirkung zwischen organischen Ringmolekülen und GaAs(001) Oberflächen

In dieser Arbeit wurde untersucht, welche Parameter sowohl molekül- als auch oberflächenseitig die Grenzflächenbildung zwischen kleinen organischen Ringmolekülen und III-V Halbleiteroberflächen entscheidend beeinflussen. In diesem Zusammenhang wurden an Grenzflächen zwischen verschiedenen kleinen Ringmolekülen (Pyrrol, 3-Pyrrolin und Cyclopenten) und GaAs(001) Oberflächen Messungen mit Rastertunnelmikroskopie (STM) und -spektroskopie (STS) durchgeführt, sowie Untersuchungen mit Reflexions-Anisotropie-Spektroskopie (RAS), Photoelektronen-Spektroskopie (PES) und thermischer Desorptionsspektroskopie. Mit Hilfe dieser Messungen konnten wesentliche Erkenntnisse über das Adsorptionsverhalten dieser Moleküle auf GaAs Oberflächen gewonnen werden und daraus grundlegende Parameter identifiziert werden, die die Wechselwirkung zwischen organischen Molekülen und III-V Halbleiteroberflächen bestimmen. Im Zentrum dieser Arbeit stand die Fragestellung, ob sich die Reaktivität von Halbleiteroberflächen aufgrund ihrer unbesetzten bzw. besetzten hängenden Bindungen (dangling bonds) analog zu organischen elektrophilen bzw. nukleophiler Reaktanten beschreiben lässt. Zu diesem Zweck wurden in dieser Arbeit unterschiedlich rekonstruierte GaAs(001) Oberflächen verwendet, die sich hinsichtlich ihrer jeweiligen dangling bonds unterscheiden. Dabei zeigte sich, dass das aromatische Molekül Pyrrol nur auf solchen GaAs Oberflächen chemisorbieren kann, die in Form von unbesetzten dangling bonds über elektrophile Oberflächenplätze verfügen. Auf Oberflächen, die ausschließlich besetzte dangling bonds (nukleophile Oberflächenplätze) aufweisen, kann Pyrrol dagegen lediglich physisorbieren. Mit Hilfe von STS Messungen war es dabei möglich, die Lage der elektronischen Zustände zu identifizieren, und zu zeigen, wie die unterschiedlichen Adsorptionsmechanismen (Chemisorption/Physisorption) die elektronischen Zustände der adsorbierten Moleküle modifizieren. Den zweiten Schwerpunkt dieser Arbeit bildete die Frage, welchen Einfluss die Aromatizität der adsorbierten organischen Moleküle auf den Adsorptionsprozess besitzt. Um diesen Aspekt zu untersuchen, wurde das Adsorptionsverhalten des aromatischen Moleküls Pyrrol mit dem Adsorptionsverhalten des strukturell nahezu identischen, jedoch nicht-aromatischen Moleküls 3-Pyrrolin verglichen. Die Ergebnisse dieser Arbeit belegen, dass das nichtaromatische 3-Pyrrolin auf nukleophilen Oberflächen chemisorbieren kann, während das aromatische Pyrrol lediglich physisorbiert. Die Aromatizität verhindert also offenbar eine kovalente Anbindung von Pyrrol an nukleophilen Oberflächen. Neben den Untersuchungen dazu, wie die Eigenschaften der Moleküle und Oberflächen den Adsorptionsprozess beeinflussen, wurde in dieser Arbeit außerdem untersucht, wie die Adsorption organischer Moleküle die elektronischen Eigenschaften der Halbleiteroberflächen modifizieren kann. Die Ergebnisse zeigen zum einen, dass das Aufbrechen der As-As Dimerbindung an der c(4x4) Oberfläche zu einer signifikanten Änderung der elektrischen Felder an der Oberfläche führen kann und stützen darüber hinaus ein kürzlich vorgeschlagenes neuartiges Modell für die Oberflächenbandverbiegung an GaAs(001) Oberflächen.