Reactive Metal-Organic Interfaces Studied with Adsorption Calorimetry and Photoelectron Spectroscopy

Die vorliegende Dissertation beschäftigt sich mit der Reaktion zwischen Calciumschichten und oligomerbasierten organischen Dünnfilmen. Die Systeme wurden im Rahmen der vorliegenden Arbeit mit Röntgenphotoelektronenspektroskopie (XPS), AdsorptionsMikrokalorimetrie und Rastertransmissionselektronenmikroskopie (RTEM) systematisch untersucht. Die Ergebnisse, welche mit Hilfe von XPS und Adsorptionsmikrokalorimetrie gewonnen wurden, erlauben folgende Schlussfolgerung: Calcium, welches auf oligomerbasierten organischen Dünnfilmen abgeschieden wird, verhält sich unterschiedlich zu Calcium auf polymeren Dünnschichten. Es zeigt sich, dass Calcium effektiver in die oligomerbasierten Filme hinein diffundieren kann und – aufgrund von Reaktionen mit dem umgebenden organischen Material – dickere Reaktionszonen ausbilden kann als in analogen polymerbasierten Systemen. Dementsprechend zeigte die Abscheidung von Ca auf α- Sexithiophen (6T), dass sich eine unerwartet breite Reaktionszone mit einer Dicke von ca. 30 nm herausbildet, innerhalb derer das Verhältnis von reagiertem und unreagiertem Schwefel nahezu konstant ist. Diese Ergebnisse werden im Zusammenhang mit möglicherweise auftretenden sterischen Reaktionsbarrieren diskutiert. Das Auftreten solcher Reaktionsbarrieren ist ausgehend von Thiophen-Ringöffnungsreaktionen und der Bildung von CaS-Clustern innerhalb der Reaktionszone denkbar. Die initiale Adsorptions- bzw. Reaktionsenthalpie von Ca auf 6T (275 kJ/mol) wird im Zusammenhang zu in der Literatur verfügbaren, theoretischen und experimentellen Ergebnissen interpretiert. Im Gegensatz zur anfänglichen Erwartung zeigte sich auch, dass die gemessenen Enthalpien im Ca/6T System, bis hin zu Monolagen von Calciummengen auf der Probe (1 Monolage, entsprechend 7.4×1018 Atome/m2), konstante Werte aufwiesen. Dies lässt sich als Hinweis darauf deuten, dass bis hin zu diesen Bedeckung unreagierter Schwefel in der 6T Schicht Calciumatomen aus der Gasphase ausgesetzt ist, mit diesen reagiert und die relativ weit ausgedehnte Reaktionszone bildet. Basierend auf Literaturdaten wäre es zu erwarten gewesen, dass sich eine geschlossene, metallische Calciumschicht schon deutlich unterhalb der beobachteten Bedeckung von vier Monolagen bilden würde. In diesem Fall wären auch weitere Reaktionen zwischen Ca und Schwefel aus der 6T Schicht zu einem deutlich früheren Zeitpunkt unterblieben. Um das bereits existierende Adsorptions-Mikrokalorimeter auch auf technischem Niveau weiterzuentwickeln, wurde ein multifunktionales Datenerfassungssystem basierend auf LabVIEW implementiert. Hierbei wurde das ein Pulspaar des choppers im Kalorimeteraufbau als kleinste experimentelle "Einheit" definiert und die Pendelbewegung des choppers mit der Datenerfassung per PC synchronisiert. Darüber hinaus werden Überlegungen zu Codeeffizienz und der Balance zwischen Codelesbarkeit und Ausführungsgeschwindigkeit diskutiert. Ebenso wurde ein neuer Detektorprototyp konzipiert und gefertigt, mit welchem ein Wechsel von den bisher eingebauten PVDF Detektorfolien zu LiTaO3 Einkristallen als Detektormaterial möglich ist.