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Versuch V-So 7 – Elektronenspektroskopie an Oberflächen

Oberflächenreaktionen spielen in vielen technischen Anwendungen eine herausragende Rolle. Dabei sind katalytische Prozesse in der Abgasreinigung, bei der Synthese neuer chemischer Produkte, sowie bei Korrosionsvorgängen auf der einen Seite und das Wachstum von geordneten Kristallstrukuren in der Mikroelektronik auf der anderen Seite aufgrund ihres marktwirtschaftlichen Potenzials von besonderer Bedeutung. In diesem Versuch sollen nun zwei grundlegende Techniken der Oberflächenphysik vorgestellt werden, die komplementär die Untersuchung der Struktur sowie der chemischen Zusammensetzung der Oberflächen erlauben. Damit sind diese Methoden einerseits wichtige Instrumente zur Erforschung unbekannter Oberflächen, werden aber gleichzeitig als die Standardanalysemethoden zur Charakterisierung der Oberflächenqualität wohl bekannter Oberflächen eingesetzt. Sowohl die Beugung langsamer Elektronen (low energy electron diffraction, LEED) zur Strukturbestimmung als auch die Auger-Elektronen-Spektroskopie (AES) zur Elementanalyse verwenden dabei als Sonden Elektronen, die aufgrund ihrer geringen Eindringtiefe in den Festkörper (s.u.) die nötige Oberflächenspezifität mitbringen. Ziel des Versuchs ist es, an Hand des Beispiels der Silizium-(001)-Oberfläche diese Methoden und damit auch ihre Stärken und Schwächen kennenzulernen.

Abb. 1:  Schematische Darstellung LEED und AES. An der Struktur der Probe gebeugte Elektronen ergeben ein charakteristisches Beugungsbild auf einem Fluoreszenzschirm (LEED). Darüber hinaus erlauben die elementspezifischen Energien der gestreuten Auger-Elektronen eine Identifizierung der adsorbierten Atomsorten.