Aufbau einer gepulsten Quelle polarisierter Elektronen - Institut für ...

26 Kapitel 2. Photoemission aus Galliumarsenid
2.4.3 Anwendung eines Oxidationsmittels
Zusätzlich zu Cäsium kann ein Oxidationsmittel wie Sauerstoff oder Stickstofftrifluorid
zur Präparation der Oberfläche verwendet werden. Empirisch zeigt sich,
daß eine YoYo-Präparation (s. Kapitel 4.1.4) mit Cäsium und Sauerstoff oder auch
deren gleichzeitige Anwendung [55] die erzielbare Quantenausbeute bei GaAs um
einen Faktor 10 bis 20 steigern kann. Neuere Experimente führen zu einem Erklärungsversuch
durch die Bildung einer GaAs-O-[Cs] Schicht, gefolgt von einer Lage
[Cs + ]-O ;2 -Cs + [56]. Dieses Modell führt zu dem in Abbildung 2.6 (a) dargestellten
Potentialverlauf. Die eingehenden experimentellen Fakten sind:
Bei einer schockartigen Erhitzung des aktivierten Kristalls wird Sauerstoff
erst desorbiert, nachdem die Desorption von Cäsium abgeschlossen ist [57].
Durch eine Zwei-Stufen-Aktivierung (YoYo-Präparation – Heizen zur
Desorption des Cäsiums – erneute YoYo-Präparation) kann die Quantenausbeute
nochmals um ca. 30 % gesteigert werden [58].
Die Adsorptionswahrscheinlichkeit für Sauerstoff an die GaAs-Oberfläche
wird durch eine Monolage Cäsium um einen Faktor 10 7 gesteigert [56].
2.4.4 Zeitliche Abnahme der Quantenausbeute
Der Zustand maximaler Quantenausbeute bleibt nach der Kristallpräparation nicht
erhalten. Die Quantenausbeute sinkt mit der Zeit ab, wobei die Zeitkonstanten je
nach Umgebungsbedingungen variieren. Die Abnahme der Quantenausbeute kann
je nach Kristall und Umgebungsbedingungen linear [59], exponentiell [60] oder
auch superexponentiell [61] erfolgen. Dabei wird die Lebensdauer als die Zeit definiert,
nach der die Quantenausbeute auf ihren e-ten Teil abgesunken ist. Typische
Lebensdauern liegen zwischen einigen Minuten und mehreren hundert Stunden. Sie
scheint hauptsächlich vom Restgasdruck und vom Cäsium- und Sauerstoffanteil
des Restgases abzuhängen. Ein Cäsiumanteil scheint die Lebensdauer zu verlängern,
während ein Sauerstoffanteil die Lebensdauer verkürzt. Sauerstoff kann durch
elektronenstimulierte Desorption von den Metallwänden einer Hochvakuumapparatur
in das Restgas eingebracht werden. Daß die Abnahme der Quantenausbeute
nicht mit dem Abdampfen von Cäsium zusammenhängt, konnte von H. Fischer [61]
durch XPS 2 -Messungen nachgewiesen werden. Er stellte im Gegenteil sogar eine
Zunahme der Cäsiummenge auf der Kristalloberfläche fest. Allerdings beobachtete
er auch das Entstehen einer neuen Sauerstofflinie im Zusammenhang mit sinkender
Quantenausbeute, was auf eine Umbildung der Cäsium-Sauerstoff-Verbindungen
2 X-ray photoelectron spectroscopy