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

2.1 Photoelektronenspektroskopie 2. Theoretische Grundlagen
und den Analysator sind in Abschnitt 4.1 zusammengefasst.
2.1.1 Effekte in der Photoelektronenspektroskopie
Während einer XPS-Messung können einige Effekte auftreten, die man berücksichtigen muss,
um die Messergebnisse korrekt auszuwerten. In diesem Abschnitt werden die typischen Effekte
während einer XPS-Messung vorgestellt und ihr Ursprung erläutert.
2.1.1.1 Chemische Verschiebung
Wenn Atome durch die Wechselwirkung ihrer Valenzelektronen eine Verbindung eingehen,
führt das zu einer Änderung in der chemischen Umgebung der Atome und es ändert sich das
elektrische Potential. Das hat zur Folge, dass sich die Bindungsenergie EB,eff der Elektronen
ändert. Dies gilt nicht nur für die Valenzelektronen, sondern auch für die kernnahen Elektronen.
EB,eff ändert sich auch bei der Ionisation eines Atoms bzw. der Erhöhung seiner Valenz.
Deshalb erhält man für das gleiche Element abhängig von seiner chemischen Umgebung unterschiedliche
Bindungsenergien. Die Änderung der Bindungsenergie kann gemessen werden
und liefert Information über die chemische Bindung eines Atoms. Um die Änderung der
Bindungsnergie zu bestimmen, werden Bindungsenergien EB,ref aus Referenzmessungen von
bekannten Verbindungen verwendet. Die Differenz aus den gemessenen Werten von EB,eff
und den zugehörigen Referenzwerten EB,ref ergibt den Wert für die chemische Verschiebung
∆EShift. Die chemische Verschiebung wird gemäß der englischen Übersetzung auch als Chemical
Shift bezeichnet.
Eine Möglichkeit, die chemische Verschiebung theoretisch zu beschreiben ist das Charge-
Potential-Model. Dieses Model nimmt an, dass die effektive Bindungsenergie EB,eff von
Potentialen abhängt, die von den Valenzelektronen des betrachteten Atoms und den umgebenden
Elektronen erzeugt werden. Demnach gilt für EB,eff
EB,eff = EB + ∆(Echem + EMad) . (2.4)
Dabei stellt ∆Echem den Einfluss der Valenzelektronen des Atoms auf die Bindungsenergien
der Rumpfelektronen mit Echem = KqA dar. K gibt die Wechselwirkung zwischen Valenzelektronen
und kernnahen Elektronen an. Die Verschiebung bezüglich eines Referenzzustandes
wird als qA bezeichnet. EMad steht für den Madlung-Term. Dieser summiert den Einfluss
aller Potenziale der umgebenen Atome im Volumenkristall wie folgt auf
∆EMad = �
qB
RAB
B�=A
Die chemische Verschiebung lässt sich berechnen zu:
EB,eff = EB,Atom + KqA + �
. (2.5)
qB
RAB
B�=A
. (2.6)
Anhand des Moleküls Trifluoressigsäureethylester in Abbildung 2.3 kann der Effekt der chemischen
Verschiebung gut veranschaulicht werden. Es ist zu erkennen, dass dieses Molekül
vier Kohlenstoffatome enthält, deren Elektronen des 1s Niveaus unterschiedliche Bindungsenergien
aufweisen.
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