This thesis presents a specto-microscopical study on the preparation of ultra-thin germania and germania-silica films on a Ru(0001) single crystal support and the discussion of their chemical reaction with molecular hydrogen. The two-dimensional GeO2 and GeO2-SiO2 films were investigated by synchrotron based spectro-microscopy applying microscopy, diffraction and spectroscopy. For a calibration of the deposited germanium amount, the growth of germanium on bare Ru(0001) was studied in-situ by LEEM, LEED, XPEEM and XPS. The germanium films were grown at 540 K in UHV. This demonstrated that, at first, a (2x2) germanium layer is formed and further germanium growth leads to the formation of a coexisting (3x3) germanium structure. Afterwards a second layer is formed, however before the (3x3) phase is completely closed. Further germanium growth leads to the formation of three-dimensional germanium islands. Germanium grows at 540 K in UHV on bare Ru(0001) in a Stranski-Krastanov growth mode. The germanium film oxidation was studied in real-time and in-situ. The formation of a partially closed GeO2 layer on top of a closed GeO2 monolayer was found. Furthermore the oxidation of a 0.6 nm thick germanium film is presented. As a result, it was found that a closed GeO2 monolayer on Ru(0001) is formed and that excess GeOx desorbs at temperature above 770 K. Another part of this work is the preparation of ultra-thin mixed GeO2-SiO2 films on Ru(0001). Different preparation recipes are presented showing that the crystallinity of the initially deposited film has a significant influence on the final film. The addition of germania or silica to a crystalline film leads to the coexistence of two separated oxides. The non-connected germania desorbs at temperatures above 970 K. Different silica to germania ratios were prepared. An amount of nominal 0.5 ML germanium was dispersed in 1.5 ML silica matrix. Only crystalline germania-silica films could be prepared. Germania containing silica leads to lower crystallization temperatures compared to pure silica. Finally the effect of hydrogen treatments on the GeO2 and GeO2-SiO2 films were studied in real-time LEEM. Whereas hydrogen completely reduces the GeO2 film. The reduced germanium segregates on the bare Ru(0001) surface. The hydrogen treatment on the mixed GeO2-SiO2 films shows two steps. In the first step the hydrogen removes oxygen with a binding energy of 529 eV. This step is not visible in LEEM. In a second step the hydrogen treatment leads to a partial reduction of the germanium in the silica matrix, the silica is not reduced. However, the Si2p core level shifts by 0.2 eV. The GeO2-SiO2 films can be reoxidized. The reoxidized films are similar to the initial films. Furthermore, the low energy electron beam influences the chemical reaction and enhances locally the reduction of GeO2 by hydrogen.
In dieser Arbeit wird eine spektro-mikroskopische Studie über die Präparation ultra-dünner Germania und Germania-Silika Filme auf einer Ru(0001) Unterlage präsentiert und deren chemische Reaktion mit molekularem Wasserstoff diskutiert. Für diese Arbeit wurden zweidimensionale GeO2 und GeO2-SiO2 Filme mit synchrotron-basierter Spektro-Mikroskopie untersucht, wobei Mikroskopie-, Beugungs- und Spektroskopiemethoden angewendet wurden. Für eine Kalibrierung der aufgedampften Germaniummenge wurde das Wachstum von Germanium auf reinem Ru(0001) mit LEEM, LEED, XPEEM und XPS in-situ untersucht. Die Germaniumfilme wurden bei 540 K im UHV aufgewachsen. Dabei zeigte sich, dass erst eine (2x2) Germaniumstruktur gebildet wird und weiteres Germaniumwachstum zur Bildung einer koexistierenden (3x3) Struktur führt. Anschließend bildet sich eine zweite Lage aus, jedoch bevor die (3x3) Phase komplett geschlossen ist. Weiteres Germaniumwachstum führt zur Bildung von dreidimensionalen Germaniuminseln. Daher wächst Germanium bei 540 K in UHV auf reinem Ru(0001) in einem Stranski-Krastanov-Wachstum. Die Germanium Oxidation wurde in Echtzeit und in-situ untersucht. Es zeigte sich die Bildung von einer partiell geschlossenen Lage GeO2 auf einer geschlossenen GeO2 Monolage. Ferner wird die Oxidation einer 0.6 nm dicken Germaniumschicht gezeigt. Es zeigte sich, dass das überschüssige GeOX bei Temperaturen oberhalb von 770 K verdampft und sich eine geschlossene GeO2 Monolage auf Ru(0001) bildet. Ein weiterer Teil dieser Arbeit betrifft die Herstellung ultra-dünner gemischter GeO2-SiO2 Filme auf Ru(0001). Es zeigte sich, dass ein entscheidender Einfluss auf den finalen gemischten GeO2-SiO2 Film die Kristallinität des zuerst aufgedampften Films ist. Das Hinzufügen von Germania oder Silika zu einem kristallinen Film führt zur Koexistenz zweier unabhängiger Oxide. Das nichtgebundene Germania desorbiert bei Temperaturen oberhalb von 770 K. Es wurden verschiedene Germania zu Silika Verhältnisse präpariert. Eine Germaniummenge von nominell 0.5 ML wurde auf 1.5 ML Silika verteilt. Es konnten nur kristalline Germania-Silika Filme hergestellt werden. Germania führt zu einer niedrigeren Silika Kristallisationstemperatur gegenüber reinem Silika. Abschließend wurde an den GeO2 und GeO2-SiO2 Filmen eine Wasserstoffbehandlung durchgeführt, die in Echtzeit in LEEM untersucht wurde. Die GeO2 Filme werden durch Wasserstoff vollständig reduziert. Das reduzierte Germanium segregiert auf dem reinen Ru(0001). Die Wasserstoffbehandlung bei GeO2-SiO2 Filmen verläuft in zwei Schritten. Zuerst entfernt der Wasserstoff Sauerstoff mit einer Bindungsenergie von 529 eV. Dieser Schritt ist nicht sichtbar im LEEM. In einem zweiten Schritt wird das Germania in der Silikamatrix partiell reduziert. Das Silika wird hingegen nicht reduziert. Jedoch verschiebt sich das Si2p Kernniveau um 0.2 eV durch die Wasserstoffbehandlung. Die GeO2-SiO2 Filme können reoxidiert werden. Die reoxidierten Filme sind identisch mit den ursprünglichen Filmen. Des Weiteren zeigte sich ein großer Einfluss des niederenergetischen Elektronenstrahls auf die chemische Reaktion. Der Elektronenstrahl führt zu einer lokalen Verstärkung der Reaktion.
