Spektroskopische Verfahren

Die Energiedispersive Röntgenanalyse wird in einem Rasterelektronenmikroskop zur Bestimmung der Elementzusammensetzung einer Probe eingesetzt. Hierfür wird die von der Oberfläche durch den Elektronenbeschuss emittierte Röntgenstrahlung energieselektiv analysiert. Durch die im REM eingesetzte Rastertechnik kann die Elementzusammensetzung ortsaufgelöst ermittelt werden. Die laterale Auflösung liegt hierbei typischerweise zwischen 1 um und mehreren hundert nm. Die Informationstiefe beträgt üblich 1-3 um. Sowohl die laterale Auflösung als auch die erreichbare Informationstiefe können durch geeignete Wahl der Primärenergie sowie durch spezielle Präparationstechniken in bestimmten Grenzen variiert werden.

Geräte: Helios Nanolab 600

Bei der Röntgenphotoelektronenspektroskopie (XPS) handelt es sich um ein oberflächensensitives spektroskopisches Verfahren mit dem die Elementzusammensetzung sowie chemischen Bindungen analysiert werden können. Das Verfahren beruht auf dem äußeren lichtelektrischen Effekt: Durch Bestrahlung der zu untersuchenden Oberfläche mit hochenergetischer Röntgenstrahlung werden Elektronen aus den Atomen bzw. Molekülen der Oberfläche herausgelöst. Aus der kinetischen Energie der emitierten Elektronen können Rückschlüsse auf die vorhanden Elemente sowie auf die Bindungsverhältnisse gezogen werden. Aufgrund der nur sehr geringen mittleren freien Weglänge von Elektronen in Festkörpern beträgt die mittlere Informationstiefe von XPS lediglich wenige nm. Dadurch lassen sich sowohl die chemischen Eigenschaften von Oberflächen als auch chemische Reaktionen mit Oberflächen sehr genau untersuchen.

Geräte: ESCA MKII, UHV-Spektroskopie

Bei der Augerelektronenspektroskopie (AES) wird die zu untersuchende Oberfläche mit Elektronen beschossen und die von der Oberfläche durch den sogenannten Augereffekt emitierten Augerelektronen gemessen. Ähnlich wie bei XPS gibt die kinetische Energie der Augerelektronen Auskunft über vorhande Elemente sowie in gewissen Grenzen über deren Bindungszustand. Die Informationstiefe von AES liegt ebenfalls im Bereich weniger nm. Daher handelt es sich auch bei AES um eine sehr oberflächensensitive Messmethode, mit der z.B. Oberflächenverunreinigungen sehr genau detektiert werden können. Anders als bei XPS ermöglicht die Augerelektronenmikroskopie in Kombination mit einem REM ortsaufgelöste spektroskopische Untersuchungen. Die laterale Auflösung beträgt hierbei nur wenige nm sodass AES beispielsweise zur Analyse von Nanostrukturen auf Oberflächen eigesetzt werden kann.

Geräte: ESCA MKII, Omicron NanoSAM

Mit Hilfe der Ultraviolett-Photoelektronenspektroskopie (UPS) kann das Valenzband einer Oberfläche spektroskopiert werden. UPS liefert hierbei vor allem Informationen über chemische Bindungen. Darüber hinaus kann die Austrittsarbeit der Probenoberfläche ermittelt werden. Die Informationstiefe beträgt nur wenige Atomlagen, wodurch eine sehr hohe Oberflächenempfindlichkeit erreicht wird. Durch den hohen Wechselwirkungsquerschnitt von ultravioletter Strahlung können darüber hinaus Adsorbate im Submonolagenbereich mit hoher Empfindlichkeit untersucht werden. 

Geräte: UHV-Spektroskopie

Bei der Elektronenspektroskopie mit metastabilen Atomen (MIES) handelt es sich um ein extrem oberflächensensitives Verfahren mit dem das Valenzbandder allerersten Atomlage spektroskopiert werden kann. Um die entsprechende Oberflächenempfindlichkeit zu erreichen, werden angeregte Helium-Atome verwendet, welche sich in einem metastabilen Zustand befinden. Treffen die metastabilen Heliumatome auf die Oberfläche kommt es wenige Angström vor der ersten Atomlage zu Abregungsprozessen die in Art und Weise durch die Austrittsarbeit sowie durch die elektronische Struktur der Oberfläche bestimmt werden. Mittels MIES können Oberflächenadsorbate mit extrem hoher Oberflächenempfindlichkeit untersucht werden. Darüber hinaus eignet sich das Verfahren insbesondere zur Untersuchung von Molekülorientierungen.

Geräte: UHV-Spektroskopie