Handbuch der Nanoanalytik Steiermark 2005

MethodenM32: Röntgen- und Ultraviolett-PhotoelektronenspektroskopieM32: Röntgen- und Ultraviolett-Photoelektronenspektroskopie(XPS und UPS)Die Photoelektronenspektroskopie beruht aufdem photoelektrischen Effekt: durch Absorptionvon Photonen (mit Energie hν) werden aus Atomen,Molekülen oder Festkörpern Elektronen herausgelöst,deren kinetische Energie bestimmt wird:Die inelastische mittlere freie Weglänge vonPhotoelektronen im Festkörper ist eine Funktionihrer kinetischen Energie und liegt zwischen 0,5 und5 nm. Hieraus resultiert die hohe Oberflächenempfindlichkeitder Photoelektronenspektroskopie.E kin = hν – E bindDie Energie E kin der emittierten Photoelektronenhängt also von der zugehörigen BindungsenergieE bind der betroffenen Elektronenschale ab und istdaher für jedes Element charakteristisch (Abb. 1,2a). Je nach Anregungsquelle unterscheidet manzwischen XPS (X-Ray Photoelectron Spectroscopy,Anregung mit Röntgenstrahlung, hν > 100 eV)und UPS (Ultraviolet Photoelectron Spectroscopy,Anregung mit UV Strahlung, hν < 100 eV). Ein hemisphärischerElektronenenergieanalysator misstdie kinetische Energie der emittierten Elektronen(Abb. 2b) und erzeugt somit ein Energiespektrumdieser Elektronen (Abb. 1). Eine genaue Analyse diesesEnergiespektrums ermöglicht Aussagen überdie atomare Konzentration der an der Oberflächevorliegenden Elemente. Man bezeichnet diesesVerfahren auch oft mit dem Kürzel ESCA („ElectronSpectroscopy for Chemical Analysis“).Ferner hängen die Bindungsenergien auch vomBindungspartner eines Elements ab („chemischeVerschiebung“), so dass durch die energetischeVerschiebung häufig der Bindungszustand einesElements bestimmt werden kann.Abbildung 1:Energiediagramm des XPS/UPS-Prozesses;links unten: Energieniveau-Diagramm;rechts oben: entsprechendesPhotoemissionsspektrum.84Handbuch der Nanoanalytik Steiermark 2005