Auger-Elektronen-Spektroskopie Elektronenspektrometerweb.physik.uni-rostock.de/cluster/lehre/of_physik/XPS Auger.pdf · • Auger-Elektronen-Spektroskopie • Elektronenspektrometer.

Spektroskopie im Bereich der Rumpfelektronen

• Röntgen-PhotoelektronenspektroskopieX-Ray Photoelectron Spectroscopy XPSElectron Spectroscopy for Chemical Analysis ESCA

• Auger-Elektronen-Spektroskopie

• Elektronenspektrometer

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Mittlere freie Weglänge von Elektronen

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Volkmar Senz, Uni Rostock

X-ray Photoelectron Spectroscopy

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X-ray Photoelectron Spectroscopy

Beachte bei Metallen: Bezug auf Ferminiveau!

Fermienergie ist das Gibbsche thermodynamische Potenzial oder die freie Enthalpie eines Elektrons und muss daher im thermodynamischen Gleichgewicht (im Kontakt) gleich sein.


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oder Anregung mit Synchrotronstrahlung

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Transformation der axialsymmetrischen Strahlungsverteilung im Schwerpunktsystem (a) in die scharf nach vorn gebündelte Verteilung im Laborsystem (b)

Speicherring der dritten Generation mit langen geraden Strecken zum Einbau von Wigglern und Undulatoren

Prinzip des aus einer periodischen Anordnung von kurzen Ablenkmagnetten bestehenden Wigglers oder Undulators.


Synchrotronstrahlung

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Synchrotronstrahlungsquellen

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Beispiel 1 Kupfer

XPS-Übersichtsspektrum von Kupfer bei Anregung mit Al-Kα-Strahlung (1486.7eV). Die gestrichelten Linien deuten den von den Photoemissions- und Augerlinien verursachten Untergrund an.

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Beispiel 2 C 1s - Chemical shift

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Beispiel 3Oxidationszustände von Si – Chemical shift

Photoemissionsspektren der Si-2p-Rumpfniveaus nach Anregung einer Si(111)-Oberfläche mit hv=130eV. Die obere Kurve zeigt die Rohdaten, die untere Kurve die Si 2p3/2-Emission nach Abzug des Untergrundes (gepunktete Linie) und der Si 2p1/2-Emission. Nach Wechselwirkung mit Sauerstoff treten charakteristische chemische Verschiebungen auf, die unterschiedlichen Oxidationsstufen von Si in der Nahordnung zugeordnet werden können.

Oxidation überSi2O, ∆E=0.9eVSiO, ∆E=1.6eVSi2O3, ∆E=2.4eVSiO2, ∆E=3.6eV


Beispiel 4 Si – Chemical shift

Ein Beitrag zur chemischen Verschiebung lässt sich als Resultat eines Transfers von Valenzelektronen zum Liganden (oder vom Liganden weg) verstehen: Zieht ein elektronnegativer Ligand Ladung an sich, so ändert sich das Potenzial des Atoms, das die Ladung zur Verfügung stellt. Es kostet dann mehr Energie, um ein Elektron von diesem Atom zu lösen. Auf ähnliche Weise bewirkt ein elektropositiver Ligand eine Verringerung der Rumpfniveau-Bindungsenergie.

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W 4f – Surface core level shiftOberflächeninduzierte Rumpfniveauverschiebung

Atome direkt an der Festkörperoberfläche haben weniger Nachbarn als Atome im Innern. Dies führt dazu, dass die Bindungsenergien der Rumpfelektronen anders sind als für ein Atom im Volumen des Festkörpers. Ändert man die Photonenenergie, ändert sich das Intensitätsverhältnis beider Linien. Berücksichtigt man die durch die unterschiedliche kinetische Energie bestimmte Austrittstiefe der Photoelektronen, so kann die Linie mit der kleineren Bindungsenergie der Emission aus der obersten Atomlage zugeordnet werden.

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Beispiel 5


Beispiel 6 Bsp. Relaxation in H2

Das Photoelektron nimmt die Relaxationsenergie des Gesamtsystems auf und kann so mit höherer kinetischer Energie emittiert werden.

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Auger-Prozess

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Pierre Auger,

J. Phys. Radium 6, 205 1925

Energy Dispersive X-Ray Analysis EDX Auger Electron Spectroscopy AES


Spektrum rückgestreuter Elektronen

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Auger-Elektronen

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Primärelektronen

Sekundärelektronen


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Augerausbeute vs. Röntgenemission

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Auger-Elektronen- und Röntgen-Ausbeute pro K-Schalen-Vakanz


Bsp. KryptonBeispiel 1

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Beispiel 2 Bsp. Kupfer

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Auger-Spektrum (a) und differenziertes Auger-Spektrum (b) von verunreinigtem Kupfer. Im differenzierten Spektrum sind die schwachen Auger-Übergänge der kontaminierenden Atomsorten sehr viel besser zu erkennen.


Beispiel 3Fe / W(110) – Analyse des Wachstumsmodus

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Frank – van der Merwe – Wachstumsmodus,

d.h. lagenweises Wachstum


Retarding Field Analyzer (RFA)

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Cylindrical Mirror Analyzer (CMA)

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127° Analyzer

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127° Analyzer


Concentric Hemisphere Analyzer (CHA)

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Concentric Hemisphere Analyzer (CHA)


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