Bildung und Eigenschaften von selbstorganisierten Schichten von speziellen Thiolen auf Metallelektroden

Inhaltsverzeichnis

1 Einleitung
1.1 Allgemeines
1.2 Aufgabenstellung

2 Theoretische Grundlagen
2.1 Allgemeine Daten zum Substrat Gold
2.1.1 Struktur und thermodynamische Daten
2.1.2 Elektrochemische Eigenschaften
2.2 Darstellungsprozess der angewendeten Thiole

3 Theoretische Grundlagen der verwendeten Oberflächenanalytischen Methoden
3.1 Photoelektronenspektroskopie
3.1.1 Photoeffekt
3.1.2 Röntgenquelle
3.1.3 Röntgenabsorption
3.1.4 Elektronen-Energie-Analysator
3.1.5 Informationstiefe
3.1.6 Chemische Verschiebung
3.1.7 Quantifizierung
3.1.8 Winkelabhängige Photoelektronenspektroskopie

4 Elektrochemische Untersuchung

5 Allgemeine Daten zu Selbstorganisierenden Monoschichten
5.1 Selbstanordnende Monolagen
5.2 Selbstanordnende Monolagen auf Gold
5.3 Verwendete Thiole und das Reaktionssystem.

6 Experimenteller Teil
6.1 Elektrodenpräparation
6.1.1 Au(111)-Elektrodenpräparation
6.1.2 Bedampfte Goldfilme
6.2 Thiolösungen
6.3 XPS-Untersuchungen
6.4 Elektrolytlösungen und verwendeten Elektroden
6.5 Arbeitssicherheit

7 Auswertung und Ergebnisse
7.1 XPS-Untersuchungen
7.1.1 Auswertung der XPS-Daten
7.1.2 XPS-Untersuchungen zum Acetalthiol
7.1.3 XPS-Untersuchngen zum Aldehydthiol
7.1.4 XPS-Untersuchungen zum mit Purpald umgesetzten Aldehydthiol
7.1.5 XPS-Untersuchungen zum ( Aldehydthiol+Purpald+Goldkolloidalteilchen) System
7.2 Elektrochemische Untersuchungen
7.2.1 Elektrochemische Messungen zur Prüfung der Au(111) Oberfläche in verschiedenen Elektrolyten.
7.2.2 Elektrochemische Messungen zum Acetalthiol
7.2.3 Elektrochemische Messungen zum Aldehydthiol
7.2.4 Elektrochemische Messungen zum mit Purpald umgesetzten Aldehydthiol
7.2.5 Elektrochemische Messungen zum System Au(111)/ Aldehydthiol+Purpald+kolloidale Goldteilchen
7.2.6 Messungen zum Vergleich der verwendeten Thiolverbindungen mit TAM1-Verbindung
7.2.7 Elektrochemische Untersuchungen zur Bestimmung von Elektronenleitfähigkeit der untersuchten Schicht

8 Zusammenfassung
8.1 Zusammenfassung der Ergebnisse der winkelabhängigen XP-Spektroskopie
8.2 Zusammenfassung der Ergebnisse der elektrochemischen Messungen

9 Literaturverzeichnis

1 Einleitung

1.1 Allgemeines

Selbstorganisierende Monoschichten (Self-assembled Monolayers =SAMs) bilden sich spontan beim Eintauchen geeigneter Substrate in Lösungen organischer, oberflächenaktiver Substanzen. Insbesondere Alkyl-, Arylthiole, Trichorsilane aber auch Alkylamine bilden mit Metallen wie Gold, Silber, Kupfer, Quecksilber und Platin sowie Halbleitern wie Silizium, Galliumarsenid und Indiumphosphid meist kovalente Bindungen, die dem Adsorbat eine hohe Stabilität verleihen. Zusätzlich führen Van-der-Waals-Wechselwirkungen zwischen längeren Alkylketten ab(CH2)10, entsprechend 1,2 nm) bzw. p-p-Wechselwirkungen zwischen aromatischen Ringsystemen sowie Wasserstoffbrückenbindungen zu einer hohen inneren Ordnung und darüber hinaus zu einer weiteren Stabilisierung der Monoschicht. Derartige Proben sind teilweise an Luft über Monate haltbar. Durch die Wahl unterschiedlich langer Alkyl- bzw. Arylketten- und die Verwendung weiterer funktioneller Endgruppen lassen sich modifizierte Elektroden mit maßgeschneiderten Eigenschaften herstellen. Der Ladungs-Transfer über die in der Regel sehr gut isolierenden, nur 1-2 nm dünnen Monoschichten kann nur über feine Poren der SAMs an der Substratoberfläche oder als Tunnelprozess über die Monoschicht selbst erfolgen. SAM- modifizierte Elektroden finden vielfältige Anwendungen in der Sensorik, zu Zelluntersuchungen, im Korrosionsschutz sowie in der Mikro- und Bioelektronik.

1.2 Aufgabenstellung

Das Ziel dieser Arbeit ist die Charakterisierung verschiedener SAMs auf Gold- bzw. auf Gold(111)-Einkristallelektroden durch elektrochemische und oberflächenanalytische Methoden. Die Modifizierung der Thiolverbindung wurde extra für die vorliegende Arbeit von Abdellaziz- Laaboudi selbst durchgeführt. Dabei wurde die Adsorption von 2-[1,3]-Dioxalan-2-yl-ethan-1-thiol (C3 TA: Thiol-Acetal mit 3C Atomen in der Molekülkette) (C2H9O2S, M=133,03 g /mol) auf Au(111)-Oberfläche untersucht. Das gebildete SAM inhibiert die anodische Oxidbildung bei elektrochemischen Untersuchungen, das auf Au(111) adsorbierte Acetalthiol wird in verdünnte Schwefelsäure zum Aldehydthiol (C3H5OS, M=89,01 g/mol) und anschließend mit Purpald (C2H6N6S) zum 6-(2-Mercaptoethyl)-[1,2,4]triazolo[4,3-b][1,2,4,5] tetrazin-3-thiol (C5H5N6S2, M=213,00 g .mol) umgesetzt.

Das entstehende System ist durch Vorhandensein von konjugierten Doppelbindungen und eine Thiolendgruppe charakterisiert. Taucht man das mit Purpald umgesetzte System in einer Lösung mit kolloidal gelösten Goldteilchen ein, so bildet sich spontan ein eindimensionaler Leiter. Dies ist durch eine Reaktion der Kopfgruppe mit dem kolloidal gelösten Gold zu erklären. Der Inhibitionseffekt verschiedener Thiolschichten wurde elektrochemisch charakterisiert, die Zusammensetzung und die elektronische Struktur entsprechender Schichten wurde durch winkelabhängige XPS untersucht. Die elektrische Leitfähigkeit der entstehenden eindimensionalen Leiter wurde ebenfalls elektrochemisch geprüft.

2 Theoretische Grundlagen

2.1 Allgemeine Daten zum Substrat Gold

2.1.1 Struktur und thermodynamische Daten

In der Tabelle 2.2.1 sind die wichtigsten thermodynamischen Eigenschaften von Gold zusammengefasst. Gold ist ein gelb glänzendes Edelmetall, das eine sehr hohe Dichte besitzt. Es ist das dehnbarste aller Metalle, aus 1g Gold lässt sich ein 3 km langer Draht ziehen. Das Metall lässt sich zu Blattgold-Folien auswalzen, dass eine Dicke ca. 1 Mikrometer besitzt. Das Gelb glänzende Blattgold erscheint bei der Durchsicht blau-grün. Gold lässt sich mit anderen Metallen legieren, mit Quecksilber Hg erhält man ein Amalgam. Neben Silber Ag und Kupfer Cu gehört Gold zu drei besten Leiter von Wärme und elektrischen Strom. Gold ist ein sehr edles und korrosionsbeständiges Metall, das von Luft, Wasser und Säuren nicht angegriffen wird. Nur Chlorwasser oder Königswasser vermögen Gold zu lösen.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Tab. 2.1.1 Zusammenstellung von wichtigsten thermodynamischen Charakteristika für Gold

Gold kristallisiert in einem Kubisch-flächenzentrierten Gitter mit einer Gitterkonstante von a = 0, 4070 nm (Pearson: cF4; Raumgruppe: Fm3m).

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 2.1.1: Schematische Darstellung der kubischdichtesten Kugelpackung und kubisch-flächenzentrierter Elementarzelle für Gold

2.1.2 Elektrochemische Eigenschaften

Die wichtigsten elektrochemischen Reaktionen von Gold mit Standardreaktionspotentialen im untersuchten Potentialbereich sind in Tabelle 2.1.2 zusammengestellt.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Tab. 2.1.2 : Zusammenstellung der wichtigsten elektrochemischen Reaktionen und deren Standardreaktionspotentiale für das System Gold / wässriger Elektrolyt.

2.2 Darstellungsprozess der angewendeten Thiole

Die gewünschte Thiolverbindung wurde in Institut für Organische Chemie und Makromolekulare Chemie der Heinrich-Heine Universität Düsseldorf dargestellt. Es handelt sich um 2-[1,3]-Dioxolan-2-yl-ethan-1-thiol (C3-TA:Thiol-Acetal mit 3C-Atomen in der Molekülkette). Man geht von einer als Acetal geschützten Aldehydfunkionalität nämlich 3-Brom-Propionaldehyd-diethylacetal aus, die mit Thioharnstoff (mit + M-Effekt der beiden Aminogruppen) auf diese Weise besonders leicht reagiert und erhält Thiuroniumsalz. Durch eine Milde Spaltung des Thiuroniumsalzes mit Basen (NaOH) entsteht das gewünschte Thiolverbindung (Thioharnstoff-Methode).

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Darstellungsprozess der C3-TA: Acetalthiol mit der bewährten Thiouronium- Reaktion.

3 Theoretische Grundlagen der verwendeten Oberflächenanalytischen Methoden

3.1 Photoelektronenspektroskopie

3.1.1 Photoeffekt

Die Geburtsstunde aller elektronenspektroskopischen Untersuchungsmethode war 1887, als Gustav Hertz (Nobelpreis 1925) den Photoelektrischen Effekt an Alkalimetallen beobachtete. Die Photoelektronen besitzen bei monochromatischer Anregung mit der Photonenenergie һν eine charakteristische kinetische Energie Ekin, die sich zunächst wie folgt beschreiben lässt:

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthaltenAbbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Hierin ist Eb(K) Bindungsenergie des Elektrons im K-ten Energie Zustand, bezogen auf das Fermi-Niveau. Ф ist die Austrittarbeit, die aufgebracht werden muss, um das Elektron vom Fermi-Niveau auf das Vakuumniveau anzuheben. Diese Energie Bilanzgleichung wurde zuerst von Albert Einstein (Nobelpreis 1921) im Zusammenhang mit seiner Theorie des Photoeffekts abgeleitet, und stellt erstmals eine Verbindung zwischen Eb und һν her. Sind Probe und Analysator geerdet, ist das Fermi-Niveau von Probe und Detektor abgeglichen. Aufgrund des unterschiedlichen Vakuumsniveaus aber durchläuft das Elektron eine nicht vernachlässigbar große Potentialdifferenz zwischen Probe und Analysator. Das detektierte Elektron nimmt also, wie in Abbildung 3.1.1 dargestellt, eine veränderte Austrittarbeit wahr.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 3.1.1: Energie Niveauschema für die Detektion von Photoelektronen, wenn Probe und Spektrometer geerdet sind.

Gleichung 1 beschreibt dann die Ekin nicht mehr korrekt, und der dort verwendete Ausdruck für die Austrittarbeit muss durch einen Term ersetzt werden, der Фsp berücksichtigt:

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

3.1.2 Röntgenquelle

Die Röntgenquelle (Abbildung 3.1.2 a) besteht aus einer Glühkathode (Filament), die beim Erhitzen (üblicherweise 2-3 A Filamentstrom) Elektronen thermisch emittiert, und einer Anode, auf die diese Elektronen durch ein hohes elektrisches Feld (typischerweise 10-15 kV angelegte Hochspannung) hin beschleunigt werden. An der Anode führen zwei Prozesse zur Entstehung von Röntgenstrahlung:

1) Durch Abbremsen der hochenergetischen Elektronen wird der Verlust an kinetischer Energie als Röntgenstrahlung ausgesendet. Diese Strahlung wird Röntgenbremsstrahlung (Röntgenweißstrahlung) genant und ist wegen ihres Kontinuerlischen Spektrums nicht erwünscht. Sie wird durch ein dünnes Aluminiumfenster zwischen Anode und Probe abgeschwächt.
2) Die Anodenatome werden durch die auftreffenden Elektronen stoßionisiert. Dabei entstehen für das jeweilige Anodenmaterial charakteristische Röntgenlinien, die dem Bremsspektrum überlagert sind (Abbildung 3.1.2 b) Diese Röntgenstrahlung wird als Anregungsquelle für XPS verwendet.

In vielen Röntgenquellen stehen mehrere Anoden aus verschiedenen Materialien zur Verfügung. Hier sind dies Aluminium Al und Magnesium Mg. Selten sind aber auch Zr, Si oder Ti. Damit sind verschiedenen Anregungsenergien einstellbar, was aus unterschiedlichen Gründen sinnvoll sein kann. So kann z.b. durch Wechsel der Anregungsenergie zwischen Auger- und XPS- Signalen unterschieden werden und mit unterschiedlichen Energien sind unterschiedliche Auflösung oder Informationstiefen möglich.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 3.1.2 a: Schematischer Darstellung einer Mg/Al Doppelanoden-Röntgensquelle.

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Abbildung 3.1.2 b: Röntgenspektrom von Aluminium nach Beschuss mit Elektronen mit Eprim = 15 KeV.

3.1.3 Röntgenabsorption

Die Absorption eines Photons ausreichender Energie resultiert in einem angeregten Elektron und einem Loch in einer inneren Schale (Rumpfniveauloch). Ist die anregende Energie größer als die Bindungsenergie, wird das angeregte Elektron als Photoelektron mit einer kinetischen Energie Ekin gemäß Gleichung 2 emittiert (Photoeffekt). Ist die anregende Energie nur ausreichend, um das Elektron in die Nähe des Ionisierungspotentials zu heben, so kann es in vorhandene unbesetzte Molekülorbitale übergehen (resonante Absorption). Das entstandene Rumpfniveauloch wird durch Elektronen aus höheren Schalen aufgefüllt und die dabei freiwerdende Energie führt zur Emission eines Photons (Fluoreszenz) oder Elektrons (Auger-Elektron). Bei Atomen mit niedriger Kernladungszahl wie z.B. Kohlenstoff ist die Auger-Elektronenausbeute für Anregungen der K-Schale um mehr als zwei Größenordnungen größer als die Fluoreszenzausbeute. Der Vorteil der Elektronenspektroskopie(XPS) gegenüber der Röntgenfluoreszenzanalyse (RFA) liegt also vor allem in der Möglichkeit, auch leichtere Elemente detektieren zu können. Der große Nachteil der Methode ist allerdings, dass sie nur im Hochvakuum durchgeführt werden kann, was einen nicht unerheblichen apparativen Aufwand nach sich zieht.

3.1.4 Elektronen-Energie-Analysator

Der Analysator erreicht optimale Auflösung bei minimaler Geschwindigkeit (Passenergie) der Elektronen. Um die Auflösung über den gesamten Messbereich konstant zu halten, werden die Elektronen vor Eintritt in den Analysator auf eine konstante Geschwindigkeit abgebremst. Da die bessere Auflösung mit einem Verlust an Intensität verbunden ist, lohnt sich Dies nur bei entsprechender Schärfe der Anregungslinie.

Der bei ESCA verwendete Analysator ist ein,, Concentric Hemispherical Analyser“ (CHA). Er besteht aus zwei konzentrisch angeordneten Halbkugel (Rinnen = R1, Raussn= R2), an die eine Ablenkspannung V angelegt wird ( siehe Abb.3.1.4b ).Abb.3.1.4a zeigt einen Querschnitt durch den Analysator. In der Mitte zwischen den beiden Halbkugeln liegt eine Äquipotentiallinie mit Radius

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Eingangs- und Ausgangsspalt des Analysators sind auf R0 ausgerichtet. Das Elektron, das sich auf einer Bahn mit Radius R0 bewegt, besitzt die Energie E pass und es gilt folgende Beziehung zur Ablenkspannung:

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Eine Möglichkeit zur Trennung der verschiedenen kinetischen Energien der Photoelektronen wäre die Variation der Ablenkspannung V. Dadurch werden alle Elektronen nebeneinander auf die Bahn mit dem Radius R0 abgelenkt und detektiert.

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Abbildung 3. 1. 4a: Schnitt durch den CHA-Analysator. Das zweistufige Linsensystem erfüllt mehrere Aufgaben: a) Definition des Analysierten Bereiches auf der Probe b) Abbremsen der Photoelektronen auf die Passenergie c) Fokussierung der Photoelektronen auf den Eingangsspalt.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 3.1.4 b: Schematische Darstellung eines (CHA), bestehend aus zwei konzentrisch angeordneten Halbkugeln (Rinnen = R1, Raussen = R2), an die eine Ablenkspannung V angelegt wird.

In der Praxis sind die Verhältnisse allerdings komplizierter, da neben der reinen Dispersion der Elektronenenergien noch eine möglichst gute spektrale Auflösung gefordert wird. Die spektrale Auflösung ist folgendermaßen definiert:

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Dabei entspricht E0 der kinetischen Energie des Elektrons beim Eintritt in den Analysator. Anstelle von R wird in vielen Fällen ρ = 1/R als Maß für die instrumentelle Auflösung (,,resolving Power”) des Analysators angegeben. Für XPS- und UPS- Untersuchungen ist eine geringe Halbwertsbreite ∆E(FWHM) wünschenswert, die außerdem unabhängig von der kinetischen Energie der Elektronen sein soll(R = konstant). Diese Anforderung ist dann erfüllt, wenn alle Elektronen beim Eintritt in den Analysator auf eine Konstante Energie. die sog.,, Pass-Energie“(E pass) abgebremst werden. Dieser Analysatorbetriebsmodus heißt,, Constant Analyser Energy“ (CAE) oder auch ,,Constant analyser Transmission” (CAT). Die Messung der unterschiedlichen Elektronenenergien geschieht durch das Anlegen einer passenden Bremsspannung. Wenn also eine Passenergie von 100 eV gewählt wird, wird ein Elektron mit einer kinetischen Energie von 1000 eV durch eine Abbremsspannung von 900 V auf die eingestellte Passenergie abgebremst. Durch sukzessive Variationen der Bremsspannung mit einer bestimmten Schrittweite wird so ein komplettes Spektrum mit einer einzigen konstanten Passenergie und dadurch konstanter spektraler Auflösung aufgenommen. Für die relative Auflösung eines CHA gilt folgende Gleichung:

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

ω : Breite des Eintrittsspaltes

R : mittlerer Radius der beiden Halbkugeln

α : Öffnungswinkel des Analysators

Eo : Passenergie im CAE-Modus

Eine gute spektrale Auflösung wird also durch einen großen Halbkugelradius, kleinen Eintrittsspalt und eine kleine Passenergie erreicht.

3.1.5 Informationstiefe

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 3. 1. 5: mittlere freie Weglänge λ für Elektronen in Kristallen. Die freie Weglänge entspricht Oberflächenempfindlichkeit der Photoelektronenspektroskopie

Die Oberflächenempfindlichkeit ist eine der bedeutendsten Eigenschaften der Elektronenspektroskopie. Entscheidend dafür ist die mittlere freie Weglänge λ der photogenerierten Elektronen im Material. Diese hängt stark von der kinetischen Energie der Elektronen ab und variiert nur wenig zwischen verschiedenen Materialien. Experimentelle Werte der mittleren freien Weglänge λ sind in der Universellkurve Abb.3.1.5 dargestellt.

Die eingezeichnete Universalkurve entspricht einer theoretischen Berechnung.

Die mittleren freie Weglänge λ besitzt ein Minimum von ca.5Å bei einer kinetischen Energie der Elektronen von ungefähr 50 - 70 eV. Für die kinetische Energie bis 2000 eV, wie sie bei XPS vorkommen, steigt die freie Weglänge nach Gleichungen 6 und 7 [26] bis auf die Werte von 10-20Ǻ an

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Gleichung: 6 gilt für Elemente

Gleichung: 7 gilt für anorganische Verbindungen

α : Schichtdicke in nm

3.1.6 Chemische Verschiebung

Im Rahmen dieser Diplomarbeit wurden mehrere Übersichtspektren von auf Stahlscheiben aufgedampften Goldfilmen aufgenommen (siehe Abb.3.1.7a).

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 3.1.7a: Übersichtspektrum eines frisch aufgedampften Goldfilms

Aus einem Übersichtsspektrum erhält man keine genauen Informationen über die Bindungsverhältnisse, da die energetische Auflösung in allgemein sehr gering ist. Anhand des Übersichtsspektrums kann man die Energiebereiche für Einzelregionen festlegen. Die resultierenden höher aufgelösten Spektren sind sowohl für die Bestimmung der chemischen Verschiebung als auch für die Qualitativanalyse geeignet. Die chemische Verschiebung lässt Informationen und Rückschlüsse über den Bindungszustand der detektierten Elektronen zu. Die Energie der Rumpfelektronen ist von der Elektronendichte am betreffenden Atom (Abschirmung der Rumpfelektronen) abhängig und wurde durch die Elektronegativität des Nachbaratoms bestimmt( z.B. Gold mit Sauerstoff). Die Bindungselektronen sind auf die elektronegativeren Bindungspartner verschoben. Dies führt zur Erhöhung der positiven Ladung am Atomkern des Metalls, so dass die Rumpfelektronen der kernnahen Orbitale des positiven Bindungspartners kontrahieren, um Elektronendichte am Kern zu erhöhen und damit die positive Überschussladung zu kompensieren. Diese Elektronen sind jetzt stärker gebunden und erscheinen damit im Spektrum zu niedrigeren kinetischen Energien b.z.w höherer Bindungsenergie (siehe Abb.3.1.7b) hin verschoben.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 3.1.7b: Relaxation des Ions während der Emission

3.1.7 Quantifizierung

Zur Bestimmung der Peakintensität muss man seine Fläche bestimmen, da seine Höhe nur in den seltensten Fällen proportional zur Intensität ist.

Dem Peak überlagert ist ein Untergrund, der durch mehrfach inelastisch gestreute Photoelektronen mit ursprünglich höherer kinetischer Energie oder durch Photoelektronen, die durch die Bremsstrahlung der Röntgenquelle angeregt wurden, entsteht. Zur Korrektur des Untergrundes und zur numerischen Bestimmung der Peakfläche wurde in dieser Arbeit das Auswertprogramm MEGA 32 verwendet.

Das,, Grundrauschen״ und die dadurch entstandene Fehler wurde hier nach Schirly [26] untergrundkorrigiert .

Da die Empfindlichkeit der Photonenelektronenspektroskopie für verschiedene Prozesse bzw. verschiedenen Elemente unterschiedlich ist, müssen die gefitteten Integralintensitäten zu sogenannten korrigierten Intensitäten (Ikorr,i) weiter entwickelt werden. Das geschieht durch Division der gefitteten Integralintensitäten durch den signalspezifischen Photoionisationsquerschnitt σi [27] (Siehe Gleichung 8).

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Die Photoionisationsquerschnitte beschreiben die Wahrscheinlichkeit, mit der ein Photoelektron ionisiert wird, alle σi sind auf das 1S-Signal von Kohlenstoff normiert, die verwendeten Werte sind in Tab.3.1.8 zusammengefasst.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Tab.3.1.8 Photoionisationsquerschnitte nach Scofield [27]

3.1.8 Winkelabhängige Photoelektronenspektroskopie

Die winkelabhängige Photoelektronenspektroskopie ARXPS (angel-resolved-XPS) ist eine Methode, mit der die Oberflächenempfindlichkeit der XP-Spektroskopie erhöht werden kann. Bei diesem Verfahren wurde der Winkel θe zwischen Flächennormalen der Probe und Austrittsrichtung der Photoelektronen variiert.

Durch Variation des Winkels θe wurde der Weg eines ausgelösten Photoelektrons durch die Schicht verändert und damit auch die Schichtdicke d variiert.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 3. 1.8: Abhängigkeit der Schichtdicke d vom Austrittwinkel θe

Die Ausdringtiefe der Photoelektronen ist proportional zu √Ekin und maximal bei θe = 0. Durch Verkippen der Probe gegen den Analysator und damit Vergrößerung des Austrittswinkels θe, vergrößert sich die Schichtdicke L zum Ausdringe der Photoelektronen aus der Probe (siehe Gleichung 9).

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Signale der Elementen, die sich auf der unteren Seite der untersuchten Schicht befinden, erfahren eine Selbstschwächung und werden darüber hinaus durch die darrüberliegende Schicht abgeschwächt (siehe Gleichungen 10 und 11)

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

[...]