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

4.1 Veruschsaufbauten 4. Experimentelle Grundlagen
Dosierventil, über das Sauerstoff eingelassen werden kann. In der Mitte der Kammer befindet
sich ein um 360 ◦ drehbarer Probenhalter (Manipulator) mit einer Probenheizung. Dadurch
ist es möglich, die Proben zu heizen und so Schichten bei unterschiedlichen Temperaturen
herzustellen. Außerdem kann zum Schutz der hergestellten Schichten mit einem Siliziumverdampfer
eine Siliziumschicht auf die Proben aufgedampft werden.
In der Hauptkammer (III) befinden sich die XPS- und LEED-Messanlagen. In der STM-
Kammer (IV) befindet sich ein Rastertunnelmiskroskop (STM), zwei Argon-Sputterkanonen
und eine Garage, um die Proben zu lagern. Die STM-Kammer wird im Rahmen dieser Arbeit
nur für Lagerung der Proben verwendet. Es wird daher nicht näher auf die darin enthaltenen
Geräte eingegangen.
Um Ultrahochvakuum zu erzeugen, ist an alle Kammern jeweils eine Reihenschaltung aus
einer Drehschieberpumpe und einer Turbomolekularpumpe angeschlossen. Die Drehschieberpumpe
dient als Vorpumpe für die Turbomolekularpumpe. Der Transport des Gases wird
durch einen Rotor, in den bewegliche Schieber eingelassen sind, realisiert. Der Rotor ist
exzentrisch in der Pumpe eingebaut und berührt die Innenwand der Pumpe. Durch die Bewegung
des Rotors wird zunächst Luft in den Schöpfraum der Pumpe gesaugt. Anschließend
wird die Luft im Schöpfraum komprimiert und bei ausreichendem Überdruck über ein Ventil
ausgelassen. Die Drehschieberpumpe stellt zunächst einen Druck von p ≈ 10 −3 her. Ab
diesem Druck kann die Turbomolekularpumpe hinzugeschaltet werden und den Druck weiter
auf p ≈ 10 −9 senken. Die Turbomolekularpumpe gehört zu den mechanisch kinetischen
Vakuumpumpen. Um Gasteilchen zu transportieren erhalten diese von einem Rotor einen
Impuls in Förderrichtung. Der Impuls wird durch die sich schnell bewegenden Flächen des
Rotors an die Teilchen übertragen. An die Haupt- und an die STM-Kammer ist zusätzlich
noch eine Ionengetterpumpe angeschlossen. Bei der Ionengetterpumpe werden mit Hilfe eines
elektrischen Feldes die Gasteilchen ionisiert und auf Platten eines Fängermaterials, welches
meinstens aus Titan besteht, beschleunigt. Die Gasteilchen reagieren dann entweder mit dem
Titan oder werden in den Titanplatten vergraben. Die Hauptkammer verfügt noch über einen
Titansublimator. Der Titansublimator sublimiert über einen geheizter Draht in regelmäßigen
Abständen Titan, welches sich an den kühleren Wänden der Kammer niederschlägt. Auf diese
Weise wird eine hochreaktive Oberfläche geschaffen, auf der auftreffende Gasteilchen durch
reine Chemisorption gebunden werden. Außerdem wird das Fängermaterial der Ionengetterpumpe
erneuert. In der Hauptkammer wird so ein Vakuum mit einem Druck von p ≈ 10 −10
erreicht.
4.1.2 XPS-Messanlage
Die im Rahmen dieser Arbeit verwendete XPS-Messlange besteht aus einer Röntgenkanone
vom Typ SPECS XR 50 und einem Elektronenanalysator PHOIBOS 150, ebenfalls von der
Firma SPECS. Die Messanlage ist in Abbildung 4.2 dargestellt.
Die Röntgenkanone ist mit einer Aluminiumanode und mit einer Magnesiumanode ausgestattet.
Sie verfügt allerdings über keinen Monochromator, sodass die intensitätsstärkste
Linie im erzeugten Röntgenspektrum die Photoemission in der untersuchten Probe dominiert.
Jedoch regen auch intensitätsschwächere Linien Photoelektronen an. Bei Al und Mg ist die
intensitätsstärkste Strahlung die K α1/α2-Strahlung, die folgende Energien besitzt
• Al-K α1/α2 = 1486,6 eV
• Mg-K α1/α2 = 1253,6 eV .
Als Anodenmaterial wurde in dieser Arbeit Aluminium verwendet. Magnesium als Anode
einzusetzen ist nicht sinnvoll, da das Substrat bei den Proben Magnesiumoxid ist. Durch
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