Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Untersuchung von Siliciumprobenauf Magnesiumoxid-Substraten unter Hochvakuum und bei hohen Temperaturen.Für kleine Proben (bis 100 μg) wurde ab einer Temperatur von etwa 1400 Kelvinein charakteristischer, transienter Lichtemissionseffekt beobachtet. Die Probe verliert über einen Zeitraum von wenigen Sekunden an Helligkeit und leuchtet danninnerhalb von Sekundenbruchteilen wieder auf. Der Effekt konnte während der Experimente mit Hilfe eines Videomikroskops beobachtet und aufgezeichnet werden.In anfänglichen Versuchen wurden Siliciumkörnchen als Probe verwendet. Umeine einheitliche Probengeometrie und ebene Auflagefläche auf dem Substrat zugewährleisten, kamen später Silicium-Cantilever aus der Rasterkraftmikroskopiezum Einsatz. Für die Platzierung der hoch empfindlichen Cantilever auf den Substratplättchen musste eine Präparationsmethode konzipiert werden.Zur Aufklärung des Effekts wurden Experimente mit verschiedenen Versuchsparametern entwickelt und durchgeführt, zum Beispiel Langzeit-Temperexperimenteoder Vergleichsexperimente mit anderen Substratmaterialien. Die Reaktionsprodukte wurden mittels Elektronenmikroskopie und EDX-Spektroskopie untersucht.Für einige Experimente wurde eine dünne, wahrscheinlich silikathaltige Schichtvon Reaktionsprodukten an der Probe-Substrat-Grenzfläche gefunden.Der Emissionseffekt ist wahrscheinlich thermischer Natur und hängt mit demAufbau und Zerfall dieser Silikatschicht und der endothermen Bildung von gasförmigem Siliciummonoxid zusammen. Um die Temperatursprünge beim Aufleuchtender Probe zu quantifizieren, wurde ein Computerprogramm entwickelt. Die Software ermöglicht die zeitliche Auswertung der Probenhelligkeit und deren Umrechnung in Absoluttemperaturen auf Basis von Videomikroskopie-Daten.Es wurde ein einfaches Reaktionsmodell zum Auf- und Abbau einer Reaktionsschicht entwickelt. Auf Grundlage der mit der Software gewonnenen Probentemperaturen und Frequenzen des Emissionseffekts wurden die Aktivierungsenergienfür die wesentlichen Schritte des Modells (Schichtaufbau und Lochbildung) abgeschätzt.
This work discusses the investigation of silicon samples on magnesium oxidesubstrates under high vacuum and at high temperatures. For small samples (up to100 μg) a characteristic, transient light emission effect was observed at temperatures of 1400 Kelvin and above. The sample loses brightness over a period of a fewseconds, then lights up again within fractions of a second. The effect was observedand recorded with a video microscope.In initial experiments, small silicon splinters were used as samples. Later experiments were conducted with silicon cantilevers as used in atomic force microscopyin order to ensure a consistent sample geometry and smooth area of contact withthe substrate. Placement of the highly fragile cantilevers on the substrate platesdemanded for the development of a sample preparation method.The effect was investigated with a series of varied experiments, such as longterm tempering or using different substrate materials. The reaction products wereexamined with electron microscopy and EDX spectroscopy. For some experimentsa thin layer of reaction products, likely containing silicates, was found at theinterface of sample and substrate.The emission effect is in all likelihood thermal and related to the formation anddecay of a silicate layer and the endothermic formation of gaseous silicon monoxide.In order to quantify the temperature differences during the darkening and lightening of the sample brightness, a computer program was developed. The softwareallows for the temporal analysis of the sample brightness and the conversion ofbrightness values into absolute temperatures on the basis of the video microscopyrecordings.A simple reaction model for the formation and decay of a reaction layer wasdeveloped. For the two main steps (layer formation and hole formation) the activation energies were estimated on the basis of the absolute sample temperaturesand frequencies of the emission effect.