Dissertation_M_Fischer.pdf - OPUS - Universität Augsburg

3.6 Röntgen-Photoelektronenspektroskopie (XPS) und -beugung (XPD) 33
Das in dieser Arbeit verwendeten Gerät besitzt zwei Sekundärelektronen-Detektoren. Der SE-
Detektor ist seitlich angebracht und dabei laut Hersteller besonders sensitiv auf Topographiekontraste.
Der IL-Detektor befindet sich axial über der Probe und reagiert besonders empfindlich auf
Unterschiede in der Austrittsarbeit. Die beiden Signale der unterschiedlichen Detektoren können
elektronisch beliebig gemischt werden und das gemischte Signal wird mittels eines Rastergenerators
auf einem Bildschirm in Graustufen umgewandelt [Zei90, Gse03].
3.6 Röntgen-Photoelektronenspektroskopie (XPS) und -beugung
(XPD)
Mittels Röntgen-Photoelektronenspektroskopie (X-Ray Photoelectron Spectroscopy, XPS) lässt sich
die elektronische Struktur eines Festkörpers an der Oberfläche bestimmen. Dabei wird der lichtelektrische
Effekt ausgenutzt. Bei diesem Effekt absorbieren Elektronen im Festkörper Licht und werden
in unbesetzte Kontinuumszustände über dem Vakuumniveau angehoben. Bei der energieaufgelösten
Detektion der Photoelektronen ergeben sich elementspezifische Linien, die Informationen über die
Stöchiometrie enthalten. Dabei gilt es zu beachten, dass die Bindungsenergie der Rumpfniveaus
der unterschiedlichen Elemente in einer Probe von den Bindungspartnern, d.h. von der chemischen
Umgebung, abhängt.
Die Röntgen-Photoelektronenbeugung (X-Ray Photoelectron Diffraction, XPD) stellt eine Erweiterung
der Photoelektronenspektroskopie dar. Dazu werden bei einer charakteristischen kinetischen
Energie der Photoelektronen und somit elementspezifisch Modulationen in der Intensität abhängig
von der Emissionsrichtung aufgenommen.
Abbildung 3.14 Schematische Skizze zur XPD-Messung [Gse07]
Für die Messung wird die Probe auf einem Goniometer (Abb. 3.14) montiert. Zwei zueinander
senkrechte Achsen erlauben dabei eine Bewegung der Probe um die Winkel ϕ von 0−360 ◦ und χ
von 0−90 ◦ . Führt man eine stereographische Projektion der Intensitäten bzgl. der beiden Winkelpositionen
(ϕ, χ) durch, ergibt sich ein sogenanntes XPD-Pattern. Dieses enthält elementspezifische
Informationen über die kristalline Struktur an der Oberfläche [Gse07].
Die Intensitätsmodulationen in einem XPD-Diffraktogramm können folgendermaßen beschrieben
werden [Mai96]: Das Wellenfeld (Kugelwelle) des erzeugten Photoelektrons wird an den benachbarten
Atomen gestreut. Dies führt zu einer „Fokussierung“ entlang der Verbindungslinie Emitter-
Streuer besonders in Vorwärtsrichtung [Gre98]. Zudem kommt es zur Interferenz der gestreuten
Wellen mit der Primärwelle. Die Auswertung eines XPD-Patterns wird durch zwei Aspekte erleichtert.
Erstens besitzen die Photoelektronen nur eine geringe Wegstrecke und zweitens überwiegt für