Upload
truongkhanh
View
248
Download
1
Embed Size (px)
Citation preview
Spektroskopie im Bereich der Rumpfelektronen
• Röntgen-PhotoelektronenspektroskopieX-Ray Photoelectron Spectroscopy XPSElectron Spectroscopy for Chemical Analysis ESCA
• Auger-Elektronen-Spektroskopie
• Elektronenspektrometer
Hen
zler
, Göp
el n
ach:
Sea
han
d D
ench
, Sur
face
and
Inte
rface
Ana
lysi
s 1,
p.2
(197
9)
Mittlere freie Weglänge von Elektronen
Universal curve
Volkmar Senz, Uni Rostock
X-ray Photoelectron Spectroscopy
Hen
zler
/ Göp
el, O
berfl
äche
nphy
sik
des
Fest
körp
ers
Volkmar Senz, Uni Rostock
X-ray Photoelectron Spectroscopy
Beachte bei Metallen: Bezug auf Ferminiveau!
Fermienergie ist das Gibbsche thermodynamische Potenzial oder die freie Enthalpie eines Elektrons und muss daher im thermodynamischen Gleichgewicht (im Kontakt) gleich sein.
Volkmar Senz, Uni Rostock
Labo
r -
Lich
tque
llen
Lüth
, Sol
id S
urfa
ces,
Inte
rface
s an
d Th
in F
ilms
Volkmar Senz, Uni Rostock
oder Anregung mit Synchrotronstrahlung
K. W
ille, P
hysi
k de
r Tei
lche
nbes
chle
unig
er u
nd S
ynch
rotro
nstra
hlun
gsqu
elle
n
Transformation der axialsymmetrischen Strahlungsverteilung im Schwerpunktsystem (a) in die scharf nach vorn gebündelte Verteilung im Laborsystem (b)
Speicherring der dritten Generation mit langen geraden Strecken zum Einbau von Wigglern und Undulatoren
Prinzip des aus einer periodischen Anordnung von kurzen Ablenkmagnetten bestehenden Wigglers oder Undulators.
Volkmar Senz, Uni Rostock
Beispiel 1 Kupfer
XPS-Übersichtsspektrum von Kupfer bei Anregung mit Al-Kα-Strahlung (1486.7eV). Die gestrichelten Linien deuten den von den Photoemissions- und Augerlinien verursachten Untergrund an.
aus
Ber
gman
n / S
chae
fer,
Ban
d 6,
Fes
tkör
perp
hysi
k
Volkmar Senz, Uni Rostock
Beispiel 2 C 1s - Chemical shift
Sie
gbah
n et
al.,
aus
Hen
zler
/ Göp
el O
berfl
äche
nphy
sik
des
Fest
körp
ers
Volkmar Senz, Uni Rostock
Him
psel
et a
l., P
hys.
Rev
. B 3
8, 6
084
(198
8) a
us H
enzl
er/ G
öpel
,Obe
rfläc
henp
hysi
k de
s Fe
stkö
rper
s
Beispiel 3Oxidationszustände von Si – Chemical shift
Photoemissionsspektren der Si-2p-Rumpfniveaus nach Anregung einer Si(111)-Oberfläche mit hv=130eV. Die obere Kurve zeigt die Rohdaten, die untere Kurve die Si 2p3/2-Emission nach Abzug des Untergrundes (gepunktete Linie) und der Si 2p1/2-Emission. Nach Wechselwirkung mit Sauerstoff treten charakteristische chemische Verschiebungen auf, die unterschiedlichen Oxidationsstufen von Si in der Nahordnung zugeordnet werden können.
Oxidation überSi2O, ∆E=0.9eVSiO, ∆E=1.6eVSi2O3, ∆E=2.4eVSiO2, ∆E=3.6eV
Volkmar Senz, Uni Rostock
Beispiel 4 Si – Chemical shift
Ein Beitrag zur chemischen Verschiebung lässt sich als Resultat eines Transfers von Valenzelektronen zum Liganden (oder vom Liganden weg) verstehen: Zieht ein elektronnegativer Ligand Ladung an sich, so ändert sich das Potenzial des Atoms, das die Ladung zur Verfügung stellt. Es kostet dann mehr Energie, um ein Elektron von diesem Atom zu lösen. Auf ähnliche Weise bewirkt ein elektropositiver Ligand eine Verringerung der Rumpfniveau-Bindungsenergie.
aus
Ber
gman
n / S
chae
fer,
Ban
d 6,
Fes
tkör
perp
hysi
k
Volkmar Senz, Uni Rostock
W 4f – Surface core level shiftOberflächeninduzierte Rumpfniveauverschiebung
Atome direkt an der Festkörperoberfläche haben weniger Nachbarn als Atome im Innern. Dies führt dazu, dass die Bindungsenergien der Rumpfelektronen anders sind als für ein Atom im Volumen des Festkörpers. Ändert man die Photonenenergie, ändert sich das Intensitätsverhältnis beider Linien. Berücksichtigt man die durch die unterschiedliche kinetische Energie bestimmte Austrittstiefe der Photoelektronen, so kann die Linie mit der kleineren Bindungsenergie der Emission aus der obersten Atomlage zugeordnet werden.
Duc
et a
l., P
hys.
Rev
. Let
t. 43
, 789
(197
9), a
us B
ergm
ann
/ Sch
aefe
r, B
and
6, F
estk
örpe
rphy
sik
Beispiel 5
Volkmar Senz, Uni Rostock
Beispiel 6 Bsp. Relaxation in H2
Das Photoelektron nimmt die Relaxationsenergie des Gesamtsystems auf und kann so mit höherer kinetischer Energie emittiert werden.
Hen
zler
/ Göp
el O
berfl
äche
nphy
sik
des
Fest
körp
ers
Eb,eff = Eb(Atom) – ∆Er,int
Volkmar Senz, Uni Rostock
Auger-Prozess
Ertl
, Küp
pers
: Low
Ene
rgy
Ele
ctro
ns a
nd S
urfa
ce C
hem
istry
Pierre Auger,
J. Phys. Radium 6, 205 1925
Energy Dispersive X-Ray Analysis EDX Auger Electron Spectroscopy AES
Volkmar Senz, Uni Rostock
Spektrum rückgestreuter Elektronen
Ertl
, Küp
pers
: Low
Ene
rgy
Ele
ctro
ns a
nd S
urfa
ce C
hem
istry
Auger-Elektronen
inelastisch gestreute Elektronen (EELS)
Primärelektronen
Sekundärelektronen
Volkmar Senz, Uni Rostock
Auger-Energien
Ertl
, Küp
pers
: Low
Ene
rgy
Ele
ctro
ns a
nd S
urfa
ce C
hem
istry
Volkmar Senz, Uni Rostock
Augerausbeute vs. Röntgenemission
Ertl
, Küp
pers
: Low
Ene
rgy
Ele
ctro
ns a
nd S
urfa
ce C
hem
istry
Auger-Elektronen- und Röntgen-Ausbeute pro K-Schalen-Vakanz
Volkmar Senz, Uni Rostock
Bsp. KryptonBeispiel 1
Ertl
, Küp
pers
: Low
Ene
rgy
Ele
ctro
ns a
nd S
urfa
ce C
hem
istry
Volkmar Senz, Uni Rostock
Beispiel 2 Bsp. Kupfer
b)
a)
aus
Ber
gman
n / S
chae
fer,
Ban
d 6,
Fes
tkör
perp
hysi
k
Auger-Spektrum (a) und differenziertes Auger-Spektrum (b) von verunreinigtem Kupfer. Im differenzierten Spektrum sind die schwachen Auger-Übergänge der kontaminierenden Atomsorten sehr viel besser zu erkennen.
Volkmar Senz, Uni Rostock
Beispiel 3Fe / W(110) – Analyse des Wachstumsmodus
U. G
radm
ann,
G. W
alle
r, S
urfa
ce S
cien
ce 1
16, 5
39 (1
982)
Frank – van der Merwe – Wachstumsmodus,
d.h. lagenweises Wachstum
Volkmar Senz, Uni Rostock
Retarding Field Analyzer (RFA)
Ertl
, Küp
pers
: Low
Ene
rgy
Ele
ctro
ns a
nd S
urfa
ce C
hem
istry
Volkmar Senz, Uni Rostock
Cylindrical Mirror Analyzer (CMA)
Ertl
, Küp
pers
: Low
Ene
rgy
Ele
ctro
ns a
nd S
urfa
ce C
hem
istry
Volkmar Senz, Uni Rostock
127° Analyzer
Ertl
, Küp
pers
: Low
Ene
rgy
Ele
ctro
ns a
nd S
urfa
ce C
hem
istry
E
Volkmar Senz, Uni Rostock
Concentric Hemisphere Analyzer (CHA)
Ertl
, Küp
pers
: Low
Ene
rgy
Ele
ctro
ns a
nd S
urfa
ce C
hem
istry
Volkmar Senz, Uni Rostock