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Photoelektronenspektrometrie (UPS, XPS)

Prof. Dr. Bruno K. Meyer       Dr. Willi Kriegseis

Zur Oberflächenanalyse mittels Photoelektronenspektrometrie steht eine ESCA-Anlage der Firma VG Instruments zur Verfügung. Darin sind drei unterschiedliche Anregungsquellen zur Elektronenspektrometrie kombiniert:

  • Die Röntgenquelle liefert wahlweise Mg ka-Strahlung mit einer Primärenergie von 1253,6 eV (Linienbreite 0,7 eV) oder Al ka-Strahlung mit einer Primärenergie von 1486,6 eV (Linienbreite 0,85 eV).
  • Die UV-Quelle liefert Strahlung mit der Primärenergie 21,21 eV (He Ia) bzw. 40,84 eV (He IIa) und einer Linienbreite von 0,05 eV.
  • Die Elektronenkanone liefert Elektronen mit der Primärenergie 100 eV-1000 eV.

In die ESCA-Anlage ist ein elektrostatischer, sphärischer Sektorfeld-Analysator zur Elektronenenergieanalyse integriert.

Meßprinzip:
Die anregende Strahlung trifft auf die Elektronen in der Probe. Ein Teil der angeregten Elektronen diffundiert zur Oberfläche, verläßt den Festkörper und kann im Energieanalysator nachgewiesen werden. Mit Hilfe der Einstein-Gleichung wird die Bindungsenergie der ausgelösten Elektronen bestimmt. Durch die hohe Anregungsenergie werden bei XPS sowohl Rumpf- als auch Valenzelektronen aus dem Festkörper herausgelöst. Die Bindungsenergie der Rumpfelektronen ist elementspezifisch, so daß mittels XPS eine Elementanalyse der Oberfläche möglich ist. Darüber hinaus kann mit Hilfe von Sensitivitätsfaktoren die quantitative Zusammensetzung der Oberfläche ermittelt werden.
Für das Verhältnis zweier Elemente n1/n2 ergibt sich:

S: Sensitivitätsfaktor, I: Anzahl der emittierten Elektronen

Wegen der niedrigen Primärenergie werden bei UPS nur Valenzelektronen angeregt. Wegen der schmaleren Linienbreite ist eine deutlich bessere Energieauflösung als bei XPS möglich. Dies kann zum Teil dadurch kompensiert werden, daß die XPS-Daten mit der Anregungsfunktion der Röntgenstrahlung und der Analysatorfunktion entfaltet wurden.

ESCA-Anlage der Firma Vacuum Generators