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Übersicht
1. Einführung
2. Herstellung wohldefinierter Oberflächen
3. Geometrische Struktur von Oberflächen
4. Beugungsmethoden
5. Rastersondenmethoden
6. Elektronenspektroskopie-Überblick
7. Elektronenspektroskopie zur chemischen Analyse (ESCA)
4.2 Low-Energy Electron Diffraction (LEED)Experimenteller Aufbau
• Fokussierter Elektronenstrahl (20 - 300 eV, 10 nA – 10 μA) zielt auf Probe, die im Mittelpunkt der sphärischenGitter positioniert wird
• Gebeugte Elektronen (elastische Streuung) und Sekundärelektronen (inelastische Streuung) werden RichtungLEED Optik im feldfreien Raum zurückgestreut (Gitter G1)- gebeugte Elektronen LEED Reflexe- Sekundärelektronen, ungeordnete Bereiche diffuser Untergrund- typisch ist normaler Einfall: LEED-Bild zeigt Punktgruppe der OF
(Achtung: OF Domänen!)
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4. Beugungsmethoden
Rastern der Intensitäts-verteilung um Beugungs-reflex (Elektronenoptik)
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Spotprofil enthält Information über:- Domänengröße- Stufenabstand- Defektverteilung
Analyse von Reflexprofilenmittels Beugung:
(siehe Henzler, Göpel)
Reflex-Profil-Analyse (SPA-LEED)
4.3 Reflection High-Energy Electron Diffraction (RHEED)
Experiment: - Elektronenstrahl hoher Energie in streifendem Einfall
(3-5 keV: MEED, <100 keV: RHEED)- Beugungsbild wird in Vorwärtsstreuung gemessen- Gitter (grid) diskriminiert inelastische Elektronen
Beugungsbild: - große Ewaldkugel durchschneidet viele Gitterstäbe- wenige Reflexe für streifenden Ausfall (θ klein)
oft (00) und ein Bogen (0n) ReflexeInformation eingeschränkt
- endliche Breite der Gitterstangen führt zu elongierten Reflexen
kein dynamisches RHEED, da:- Datenqualität gering- Reflexintensität undefiniert- großer Drehimpuls l
4. Beugungsmethoden
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4. Beugungsmethoden
RHEED Geometrie eignet sich für das Studium desWachstums (lagenweise, Bedeckung) während MBE, MOCVDIntensität ist sehr empfindlich auf Oberflächenrauhigkeit
RHEED Oszillationen
5wesentliche Anwendung: Filmwachstum
4.4 Surface X-ray Diffraction (SXRD)
4. Beugungsmethoden
generell: Röntgenbeugung volumensensitivaber: in Totalreflektionsgeometrie (αi < 1o) oberflächensensitiv(exponentiell gedämpfte Welle in Festkörper; z.B. Si: 32 Å; Au: 12 Å)
Experiment aufwendig (Synchrotronstrahlung):- hoher Fluß, da große Fläche beleuchtet wird- gut kollimierter Strahl- hohe Winkelauflösung des Röntgendiffraktometers (0.001O)
Vielseitige Info über OF:Symmetrie und Größe der OF/Adsorbat Einheitszelle (in-plane Beugungsbild, rocking scans)langreichweitige Ordnung, Stufen, Domänen, Rauhigkeit (Reflexprofil, rocking scans, CTRs)atomare Struktur mit hoher Genauigkeit (in-plane Intensität, out-of plane rod scans)
relativ einfache theoretische Analyse (Patterson Funktion)unter ambienten Bedingungen einsetzbar, kein Problem mit Aufladung Isolator, Struktur von Grenzschichten
Struktur und Patterson Funktion:0.15 ML K induzierte Ag(001)-(2x1) RekonstruktionH.L. Meyerheim et al., Physica B 221 (1996) 134.
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Vor- und Nachteile
Hoher, teurer experimenteller Aufwand (Diffraktometer, Synchrotron)langwierige DatenaufnahmeGenauigkeit geringer im Vgl. zu LEED, höhere laterale Auflösung
Experiment:- Elektronen werden durch Adsorption von Röntgenquanten erzeugt- Streuung der Photoelektronen am Weg zum Detektor
(„= LEED mit interner Quelle“) - Messe diffuses Beugungsbild mit Winkel und/oder Energievariation
4.5 Photoelektronen für die Strukturanalyse
- Beugungsbild enthält Information über llokale Umgebung des Atoms
- Struktur kann aus Rechnung ermittelt werden (Vielfachstreuung, aber komplexe emittierte Welle)
- elementspezifisch und spezifisch bzgl. chemischer Bindung gleicher Elemente
gut geeignet für Adsorbate
Winkel
Energie
4. Beugungsmethoden
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Extended X-ray Absorption Fine Structure (EXAFS)
In der Röntgenabsorption treten charakteristischeAbsorptionskanten auf, die durch Ionisation einesRumpfniveaus entstehen.
Im Festkörper beobachtet man zudem schwache Intensitäts-variationen (Feinstruktur) oberhalb der Absorptionskante,die Information über die lokale Umgebung des Emitters enthalten.
Theorie: Absorptionskoeffizient α(hν) ~ |< Ψi | μ | Ψf >|2 hängt vonder Endzustandswellenfunktion Ψf ab, d.h. von auslaufendem Photo-elektron und photoangeregtem Atom.Die auslaufende Elektronenwelle wird an benachbarten Atomen ge-streut. Interferenz der Welle mit sich selbst führt zu Amplitudenvariationen,verändert den Endzustand und damit den Absorptionskoeffizienten.
N Nachbarn im Abstand R, ohne Vielfachstreuung Feinstruktur