Rastertunnelmikroskopie an epitaktischen Eisenschichten auf MgO ...

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2 Theoretische Grundlagen 2.3 Photoelektronenspektroskopie Die kinetische Energie der Elektronen ist dann Ekin = hν −φp −EB −(φsp −φp) (2.26) = hν −φp −EB −φsp +φp = hν −EB −φsp. (2.27) Somit ist die kinetische Energie der Elektronen nicht mehr von der Austrittsarbeit der Probe abhängig sondern von der des Spektrometers. Der technische Aufbau des für die Experimente verwendeten XPS wird später in Kapitel (4.5) beschrieben. 2.3.3 Effekte bei XPS Untersuchungen Bei der Messung mit XPS treten Effekte auf, die Auswirkungen auf die gemessenen Energien haben. Einige dieser Effekte werden im Folgenden kurz erklärt. Der Auger-Effekt Wird ein Elektron aus seiner Bindung herausgelöst, strebt das System dazu, diesen leeren Platz wieder zu füllen. Dies geschieht meist, in dem ein Elektron einer höheren Schale den Platz auf der tieferen Schale einnimmt, um die potentielle Energie zu minimieren. Die dabei freiwerdende Energie wird als Lichtquant abgestrahlt. Wird die Energie des Lichtquants von einem Elektron des selben Atoms aufgenommen und verlässt es durch den Energiezuwachs seine Bindung, wird dies als Auger-Effekt bezeichnet. Ist die Energie des Lichtquants größer als die Bindungsenergie des Elektrons behält das Elektron den Überschuss als kinetische Energie nach dem Verlassen des Atoms. Die Auger-Elektronen werden mit drei Buchstaben bezeichnet. Dabei steht der erste Buchstabe für die Schale, aus der das Primär-Elektron aus dem Atom entfernt wurde. Der zweite Buchstabe steht für die Schale, aus der das nächste Elektron in die Lücke gewandert ist, und der dritte Buchstabe gibt an, aus welcher Schale der Lichtquant das Sekundär-Elektron aus dem Atom herausgelöst hat. Zum Beispiel stammt bei KLL das Primär-Elektron aus der K-Schale, ein Elektron wandert von der L-Schale in die K-Schale und das resultierende Lichtquant löst schließlich ein Elektron aus der L Schale heraus. Diese Bezeichnung wird später in Kapitel (5) in den Abbildungen der Messdaten auftauchen. Chemical Shift Befinden sich zwei oder mehr Atome in einer chemischen Bindung, verschieben sich die Energieniveaus der Elektronen. Dies geschieht auf Grund der Ladungsträgerverschiebung, die von der Bindung zu den Nachbaratomen verursacht wird. Befinden sich weitere Atome in der Umgebung, zum Beispiel im Festkörper, so bewirken diese ein Potential dass die Lage der Energieniveaus beeinflusst. Dies hat zur Folge, dass die gemessenen Energien verschoben sind. Dieser Effekt wird mit dem englischen Ausdruck chemical-shift bezeichnet. Spin-Bahn-Kopplung Die Spin-Bahn-Kopplung kann für Energieniveaus mit gleicher Hauptquantenzahl verschiedene Bindungsenergien hervorrufen. Die Kopplung 13
2.3 Photoelektronenspektroskopie 2 Theoretische Grundlagen von Spin und Bahndrehimpuls kann zum Beispiel im Spektrum zu einer Duplett- Aufspaltung führen. Als Beispiel kann hier die Duplett-Aufspaltung für das 2p- Orbital in 2p1/2 und 2p3/2 angeführt werden. Satelliten Satelliten-Peaks entstehen im XPS-Spektrum,wenn die kinetische Energie des Photoelektrons durch Wechselwirkungsprozesse von der durch die Bindung bedingten Energie abweicht. Im Spektrum sind diese Peaks verschoben zu dem eigentlichen Wert. Wechselwirkungsprozesse, die dazu führen können sind zum Beispiel die Spin-Bahn-Wechselwirkung, Elektron-Elektron-Wechselwirkung, Elektron- Kern-Wechselwirkung, Phononen oder Kα-Strahlung. 14
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