Wasserstoffabsorption in epitaktischen Niobschichten: eine STM-Studie

Abstract

In dieser Arbeit wird die Phasenumwandlung des Systems Niob-Wasserstoff in dünnen Schichten untersucht. Die epitaktischen Niobfilme wurden mit Ionenstrahlsputtern auf Saphirsubstraten hergestellt. Veränderungen durch Wasserstoffaufnahme sind während der Gasbeladung mit dem Rastertunnelmikroskop (STM) beobachtet worden. Mit dieser Methode ist es möglich, die Umwandlungen im Bereich von wenigen Nanometern aufzulösen. Mit Hilfe theoretischer Modelle wird aus den an der Oberfläche gemessenen Daten auf Veränderungen im Volumen geschlossen. Dieses ist aufgrund des linearen Zusammenhangs zwischen Volumenausdehnung und Wasserstoffkonzentration möglich. Beim Vergleich von experimentell bestimmten Daten und Berechnungen, die mit der Finite-Elemente-Methode durchgeführt worden sind, konnte die Form der Hydridausscheidungen auf Zylinder festgelegt werden. Des Weiteren wurde aus der zeitlichen Entwicklung bei kontinuierlicher Messung von Keimbildung und Wachstum der Hydridausscheidungen untersucht. Das Wachstum wird durch eine Johnson-Mehl-Avrami Kinetik beschrieben. Zu Beginn haben sich kohärente Ausscheidungen gebildet, die bei höherer Konzentration inkohärent wurden. Es wurde festgestellt, dass der Übergang von kohärenten zu inkohärenten Ausscheidungen bei einer von der Schichtdicke abhängigen Ausscheidungsgröße stattgefunden hat.