Universiẗat, Diss., 2000--München.

Techn. Hochsch., Diss., 2005--Aachen.

Stuttgart, Univ., Diss., 2003.

Chemnitz, Techn. Univ., Diplomarb., [2003].

Thin films become more and more important in science and industry. The main objective of this work was the expanding of the measurement capabilities of the XRD 3000PTS to the field of thin films. The success of the changes was documented by maesurements on TiC thin films. / Dünne Schichten gewinnen in Forschung und Industrie zunehmend an Bedeutung. Ziel der Arbeit war es deshalb, den Einsatzbereich des vorhandenen Diffraktometers XRD 3000PTS auf Untersuchungen an dünnen Schichten zu erweitern. Der Erfolg der Veränderungen konnte mit Messungen an einer TiC Probenserie bestätigt werden.

Thin films become more and more important in science and industry. The main objective of this work was the expanding of the measurement capabilities of the XRD 3000PTS to the field of thin films. The success of the changes was documented by maesurements on TiC thin films. / Dünne Schichten gewinnen in Forschung und Industrie zunehmend an Bedeutung. Ziel der Arbeit war es deshalb, den Einsatzbereich des vorhandenen Diffraktometers XRD 3000PTS auf Untersuchungen an dünnen Schichten zu erweitern. Der Erfolg der Veränderungen konnte mit Messungen an einer TiC Probenserie bestätigt werden.

Die monolithische Integration von Phasenwechselmaterialien mit Halbleiter-Hetero\-strukturen er\"offnet neue Perspektiven f\"ur zuk\"unftige Generationen von nichtfl\"uchtigen Speicherbauelementen. %Epitaktische Phasenwechselmaterialien erm�glichen detaillierte %Studien der strukturellen �nderungen w�hrend des Phasen�bergangs und %erlauben eine Bestimmung der Skalierungslimits zuk�nftiger %Datenspeicher. Diese Arbeit befasst sich mit dem epitaktischen Wachstum von Ge-Sb-Te Phasenwechselmaterialien. Dazu wurden Ge-Sb-Te(GST) Schichten mittels Molekularstrahlepitaxie (MBE) auf GaSb(001)-Substraten abgeschieden. Die kristallografische Orientierung und die Ver\"anderungen der Gitterkonstante w\"ahrend des Wachstums wurden mittels R\"ontgenbeugung unter streifendem Einfall (GIXRD) bestimmt. Das Nukleationsverhalten zu Beginn des Wachstums wurde mittels Hochenergie-Elektronenbeugung unter streifendem Einfall (RHEED) untersucht. / The integration of phase change materials into semiconductor heterostructures may lead to the development of a new generation of high density non-volatile phase change memories. Epitaxial phase change materials allow to study the detailed structural changes during the phase transition and to determine the scaling limits of the memory. This work is dedicated to the epitaxial growth of Ge-Sb-Te phase change alloys on GaSb(001). We deposit Ge-Sb-Te (GST) films on GaSb(001) substrates by means of molecular beam epitaxy (MBE). The film orientation and lattice constant evolution is determined in real time during growth using grazing incidence X-ray diffraction (GID). The nucleation stage of the growth is studied \emph{in situ} using reflection high energy electron diffraction (RHEED).

The techniques of small-angle x-ray scattering (SAXS) and grazing-incidence small-angle x-ray scattering (GISAXS) have successfully been used for many years in the analysis of nanostructures in non-crystalline samples, e.g., polymers, metallic alloys, ceramics, and glasses. In many specimens, however, the nanostructure is not distributed homogeneously, but instead varies as a function of position in the sample. Conventional SAXS or GISAXS measurements on such heterogeneous samples merely yield an averaged scattering pattern of all the different structures present along the x-ray beam path. In this thesis, scanning tomography is combined with SAXS and GISAXS, revealing the individual local scattering cross section at each position on a virtual section through the sample. The technique thereby offers unique analytical possibilities in heterogeneous specimens. A brief review of the physics of x rays and x-ray scattering is given, before the methods of tomographic SAXS and GISAXS are introduced. Experimental requirements and limitations of both methods are discussed, including aspects of sampling, local rotational invariance and x-ray beam coherence. Experiments performed at the beamline BW4 at HASYLAB at DESY, Hamburg, Germany are described, illustrating the capabilities of the method. Finally, an outlook on possible future developments in tomographic small-angle x-ray scattering is given. / Die Methoden der Röntgenkleinwinkelstreuung (SAXS) und Röntgenkleinwinkelstreuung unter streifendem Einfall (GISAXS) werden seit vielen Jahren erfolgreich eingesetzt zur Analyse von Nanostrukturen in nicht-kristallinen Proben, z.B. Polymeren, metallischen Legierungen, Keramiken und Gläsern. In vielen Proben ist die Nanostruktur allerdings nicht homogen verteilt, sondern variiert als Funktion des Ortes in der Probe. Konventionelle SAXS- oder GISAXS-Messungen an solch heterogenen Proben liefern lediglich ein über alle unterschiedlichen Strukturen entlang des Röntgenstrahls gemitteltes Streubild. In dieser Arbeit wird Rastertomographie mit SAXS und GISAXS kombiniert und so der lokale Streuquerschnitt an jedem Ort auf einem virtuellen Schnitt durch die Probe gewonnen. Diese Technik bietet so einzigartige Analysemöglichkeiten von heterogenen Proben. Es wird zunächst ein kurzer Überblick über die Physik der Röntgenstrahlung und Röntgenstreuung gegeben, bevor die Methoden der SAXS- und GISAXS-Tomographie eingeführt werden. Die experimentellen Anforderungen und Grenzen beider Methoden werden besprochen, wobei Aspekte der Abtastung, der lokalen Rotationsinvarianz und der Kohärenz im Röntgenstrahl eine Rolle spielen. Experimente, die an der Messstrecke BW4 am HASYLAB bei DESY, Hamburg, durchgeführt wurden, werden beschrieben, um die Möglichkeiten der Methode zu illustrieren. Schließlich wird ein Ausblick auf mögliche zukünftige Entwicklungen der Kleinwinkelstreutomographie gegeben.

The techniques of small-angle x-ray scattering (SAXS) and grazing-incidence small-angle x-ray scattering (GISAXS) have successfully been used for many years in the analysis of nanostructures in non-crystalline samples, e.g., polymers, metallic alloys, ceramics, and glasses. In many specimens, however, the nanostructure is not distributed homogeneously, but instead varies as a function of position in the sample. Conventional SAXS or GISAXS measurements on such heterogeneous samples merely yield an averaged scattering pattern of all the different structures present along the x-ray beam path. In this thesis, scanning tomography is combined with SAXS and GISAXS, revealing the individual local scattering cross section at each position on a virtual section through the sample. The technique thereby offers unique analytical possibilities in heterogeneous specimens. A brief review of the physics of x rays and x-ray scattering is given, before the methods of tomographic SAXS and GISAXS are introduced. Experimental requirements and limitations of both methods are discussed, including aspects of sampling, local rotational invariance and x-ray beam coherence. Experiments performed at the beamline BW4 at HASYLAB at DESY, Hamburg, Germany are described, illustrating the capabilities of the method. Finally, an outlook on possible future developments in tomographic small-angle x-ray scattering is given. / Die Methoden der Röntgenkleinwinkelstreuung (SAXS) und Röntgenkleinwinkelstreuung unter streifendem Einfall (GISAXS) werden seit vielen Jahren erfolgreich eingesetzt zur Analyse von Nanostrukturen in nicht-kristallinen Proben, z.B. Polymeren, metallischen Legierungen, Keramiken und Gläsern. In vielen Proben ist die Nanostruktur allerdings nicht homogen verteilt, sondern variiert als Funktion des Ortes in der Probe. Konventionelle SAXS- oder GISAXS-Messungen an solch heterogenen Proben liefern lediglich ein über alle unterschiedlichen Strukturen entlang des Röntgenstrahls gemitteltes Streubild. In dieser Arbeit wird Rastertomographie mit SAXS und GISAXS kombiniert und so der lokale Streuquerschnitt an jedem Ort auf einem virtuellen Schnitt durch die Probe gewonnen. Diese Technik bietet so einzigartige Analysemöglichkeiten von heterogenen Proben. Es wird zunächst ein kurzer Überblick über die Physik der Röntgenstrahlung und Röntgenstreuung gegeben, bevor die Methoden der SAXS- und GISAXS-Tomographie eingeführt werden. Die experimentellen Anforderungen und Grenzen beider Methoden werden besprochen, wobei Aspekte der Abtastung, der lokalen Rotationsinvarianz und der Kohärenz im Röntgenstrahl eine Rolle spielen. Experimente, die an der Messstrecke BW4 am HASYLAB bei DESY, Hamburg, durchgeführt wurden, werden beschrieben, um die Möglichkeiten der Methode zu illustrieren. Schließlich wird ein Ausblick auf mögliche zukünftige Entwicklungen der Kleinwinkelstreutomographie gegeben.

Diese Arbeit behandelt das Wachstum des ferromagnetischen Metalls MnAs auf halbleitendem GaAs. Die MnAs-Filme werden auf GaAs mittels der Molekularstrahlepitaxie (MBE) abgeschieden. Nukleation, Entwicklung von Gitterverzerrungen, Morphologie und Grenzflächenstruktur werden in-situ während des MBE Wachstums mit Hilfe von Beugung unter streifendem Einfall (GID) und der Beugung hochenergetischer Elektronen (RHEED) untersucht. Mit azimuthalen RHEED Messungen wurden vier Abschnitte des Nukleationsprozesses von MnAs auf GaAs(001) bestimmt. GID Messungen zeigen, dass das weitere Wachstum des MnAs Films bei einer nominellen Bedeckung von 2.5 ML über die Bildung relaxierter Inseln erfolgt, welche an Größe zunehmen und schließlich einen durchgängigen Film bilden. In einem Frühstadium bildet sich ein geordnetes Versetzungsnetzwerk an der Grenzfläche, welches die Verzerrungen aufgrund der Fehlanpassung bereits vor der vollständigen Ausbildung des durchgängigen Films abbauen. Der faszinierend komplexe Nukleationsprozess von MnAs auf GaAs(0 0 1) beinhaltet sowohl Elemente von Volmer-Weber, als auch von Stranski-Krastanov Wachstum. Die nicht einheitliche Gitterfehlanpassung beträgt 0.66% entlang der [1 -1 0] Richtung und 0.54% entlang der [1 1 0] Richtung, wie sich aus den Röntgenbeugungsmessungen ergibt. Entlang der [1 1 0] Richtung wird eine hohe Korrelation der Defekte beobachtet. Ein hochgradig periodisches Versetzungsnetzwerk mit einer Periode von 4.95 +- 0.05 nm entlang der [1 1 0] Richtung wird an der Grenzfläche gebildet und relaxiert 7.5% der Fehlanpassung. Die inhomogenen Verzerrungen aufgrund dieser periodischen Versetzungen an der Grenzfläche sind auf eine Schicht von 1.6nm Dicke beschränkt. Die Fehlanpassung entlang der [1 -1 0] Richtung wird durch die Bildung eines Koinzidenzgitters abgebaut. / The present work is devoted to the growth of the ferromagnetic metal MnAs on the semiconductor GaAs by molecular-beam epitaxy (MBE). The MnAs thin films are deposited on GaAs by molecular-beam epitaxy (MBE). Grazing incidence diffraction (GID) and reflection high-energy electron diffraction (RHEED) are used in situ to investigate the nucleation, evolution of strain, morphology and interfacial structure during the MBE growth. Four stages of the nucleation process during growth of MnAs on GaAs(001) are revealed by RHEED azimuthal scans. GID shows that further growth of MnAs films proceed via the formation of relaxed islands at a nominal thickness of 2.5 ML which increase in size and finally coalesce to form a continuous film. Early on, an ordered array of misfit dislocations forms at the interface releasing the misfit strain even before complete coalescence occurs. The fascinatingly complex nucleation process of MnAs on GaAs(0 0 1) contains elements of both Volmer-Weber and Stranski-Krastanov growth. A nonuniform strain amounting to 0.66%, along the [1 -1 0] direction and 0.54%, along the [1 1 0] direction is demonstrated from x-ray line profile analysis. A high correlation between the defects is found along the GaAs[1 1 0] direction. An extremely periodic array of misfit dislocations with a period of 4.95 +- 0.05 nm is formed at the interface along the [1 1 0] direction which releases the 7.5% of misfit. The inhomogeneous strain due to the periodic dislocations is confined at the interface within a layer of 1.6 nm thickness. The misfit along the [1 -1 0] direction is released by the formation of a coincidence site lattice.