Oxidation von Eisenschichten auf MgO(001)-Substraten - Universität ...

2.1 Photoelektronenspektroskopie 2. Theoretische Grundlagen
die Elektronen pro Einheit Energie und zurückgelegtem Weg die Energie (E ′
- E) verlieren.
Der Untergrund nach Shirley [17] wird mit
I ′
S(E) = IS(E) − I ′
S(E0)
�
E ′ >E
�
E ′ >E0
I ′
S (E′ )
I ′
S (E′ )
(2.14)
berechnet. I ′
S (E) ist die Intensität des Primärspektrums und IS(E) die Intensität des gemessenen
Spektrums. E0 ist die größte gemessene Bindungsenergie. Bei diesem Verfahren wird
angenommen, dass der Untergrund bei jeder Bindungsenergie der Elektronen proportional zu
der aufsummierten Intensität bei höheren kinetischen Energien ist.
2.1.2.2 Elastische Streuung
Elektronen können bei ihrer Trajektorie durch einen geordneten Festkörper ohne Verlust ihrer
kinetischen Energie elastisch an den Atomkernen gestreut werden. Diese Streuung der Photoelektronen
hat eine geringe Bedeutung für die PSE. Das am Atomkern gestreute Elektron
kann als ebene Materiewelle betrachtet werden, dessen De-Broglie-Wellenlänge λ = h/pPhoton
meistens kleiner ist als die Gitterkonstante eines Kristalls. Bei der elastischen Streuung wechselwirkt
das Elektron nicht mit der Elektronenhülle des Atoms, sodass nur das Potenzial des
Atomkerns eine Rolle spielt. Die elastisch gestreuten Elektronen verlassen die Probe unter
bestimmten Winkeln und werden nur bei diesen Winkeln vom Analysator erfasst. Da unter
einem festen Winkel gemessen wird, werden die meisten elastisch gestreuten Elektronen nicht
erfasst. Die elastische Streuung führt deshalb zu einer geringeren Intensität des gemessenen
Spektrums. Werden die gebeugten Elektronen systematisch gemessen, erhält man die Struktur
der untersuchten Probe, da bei kristallinen Proben die Intensität eine ortsabhängie Funktion
ist. Diese Messmethode wird als Photoelektronenbeugung (XPD: X-Ray-Photoelectron-
Diffraction) bezeichnet.
2.1.3 Stöchiometrische Analyse
Mit den aufgenommenden XPS-Spektren kann eine Oberfläche nicht nur qualitativ charakterisiert,
sondern ihre Zusammensetzung auch quantitativ bestimmt werden. Die Intensität
einer Photoelektronenlinie eines Elements A ohne Untergrund ist durch
IA = σAD(EA)
�
×
y
�π
�2π
γ=0 φ=0
�
LA(γ)
NA(x, y, z)exp
x
�
�
y
J0(x, y)T (x, y, γ, φ, EA) (2.15)
−z
λM(EA · cos θ)
�
dzdydxdφdγ (2.16)
gegeben [14]. Dabei ist σA der Photoionisations-Wirkungsquerschnitt, der die Wahrscheinlichkeit
angibt, mit der unter dem gegebenen Photonenfluss pro Einheitsfläche in einer bestimmten
Zeit ein Übergang im Element A angeregt wird. D(EA) ist die Detektionseffizienz
des Spektrometers und ist abhängig von der kinetischen Energie EA der Photoelektronen.
LA(γ) ist die Winkelabhängigkeit der Emission von Photoelektronen. γ ist der Winkel
zwischen einfallendem Röntgenstrahl und der Analysatoröffnung. φ ist der Drehwinkel zwischen
Einfallsrichtung des Strahls und der Abnahmerichtung des Analysators in der Ebene
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