NUV Photoelektronenspektroskopie

Grundlagen

Die Photoelektronenspektroskopie (PES) nutzt den äußeren Photoeffekt zur Aufklärung der Struktur und elektronischen Eigen­schaften von Materialien. Der prinzipielle Aufbau ist in Abb.1 (links) skizziert: Von der Lichtquelle (z.B. Röntgenröhre/Gasentladungs-Lampe/Xe-Hochdrucklampe + Monochromator/...) emittierten mono­chromatischen Photonen mit der Energie Ephot = hν beleuchten die zu untersuchende Probe und regen Elektronen aus besetzten Zuständen unterhalb des Ferminiveaus EF in unbesetzte Zustände oberhalb EF an.

Wenn die so angeregten Elektronen die Oberfläche der Probe erreichen und ihr Impuls zum Überwinden der Energiebarriere zum Außenraum ausreicht, können sie die Probe verlassen. Mit Hilfe eines energieselektiven Analysators kann dann ihre kinetische Energie Ekin und damit die ursprüngliche Energie der Elektronen in der Probe bestimmt werden. Diese wird üblicherweise als Bindungsenergie Ebind relativ zur Fermienergie der Probe angegeben.

 Abb.1: (links) Prinzipieller Aufbau eines Photoelektronen­spektroskopie-Experiments 1; (rechts) Energie-Schema der beim PES-Experiment ablaufenden Prozesse und Vergleich des Standard-UPS-Modus mit der Constant Final State Yield Spektroskopie (CFSYS)

1 Konvention: Zustände unterhalb von EF haben negative Bindungs­energien.

Messaufbau

Der Photoelektronenspektroskopie-Aufbau ist mit den üblichen Quellen für XPS (Al und Mg Anoden) und UPS (typ. He Gasentladung) ausgestattet. Außerdem wurde eine spezielle Lichtquelle aufgebaut, mit der bei niedrigen, variablen Photonenenergien (bis ca. 7eV) angeregt werden kann. Dies ist besonders für die Spektroskopie des Valenzbands und der Bandlückenzustände in dünnen amorphen Silizium-Schichten (a‑Si:H) sehr nützlich.