Adsorbat-modifiziertes Wachstum ultradünner Seltenerdoxid ... - E-LIB

2.2 Röntgen-Photoelektronenspektroskopie
Allgemein liegt die Ausdringtiefe der Photoelektronen eines typischen XPS-Experiments
mit kinetischen Energien bis 2 keV lediglich im Bereich von einigen Ångström
bis zu wenigen Nanometern [70] und kann z. B. mit Hilfe der TPP2M-Formel von
Tanuma, Powell und Penn [73] grob abgeschätzt werden. Die Ausdringtiefe der
Photoelektronen kann jedoch durch eine Erhöhung der Energie der einstrahlenden
Photonen vergrößert werden, wodurch sich die kinetische Energie der Photoelektronen
ebenfalls erhöht. Dies macht man sich bei der Methode der Harten Röntgen-
Photoelektronenspektroskopie (hard x-ray photoelectron spectroscopy, HAXPES) zu
Nutze, in der die Photoelektronen kinetische Energien bis zu 15 keV erreichen und die
Ausdringtiefe materialabhängig dadurch auf etwa 20 nm erhöht werden kann [74].
Da der Übergang von XPS zu HAXPES fließend ist und es keine genaue energetische
Abgrenzung zwischen den Methoden gibt, wird in der vorliegenden Arbeit
ausschließlich von XPS gesprochen, obwohl die kinetischen Energien der Photoelektronen
bis zu 2,8 keV erreichen.
Die chemische Sensitivität der Methode wird durch die Abhängigkeit der Bindungsenergie
von der chemischen Bindung (chemical shift) des emittierenden Atoms verursacht.
Es handelt sich dabei um einen Anfangszustands-Effekt, der aufgrund von
unterschiedlichen Elektronegativitäten auftritt, die die Elektronendichteverteilung
der an der Bindung beteiligten Atome und damit die Kernladungsabschirmungen
verändern. Der Effekt der chemischen Verschiebung kann hervorragend anhand des
Si2p-Niveaus, welches in Abb. 2.7 dargestellt ist, veranschaulicht werden. Das Si2p-
Spektrum weist aufgrund unterschiedlicher Silizium-Oxidationszustände entsprechende
energetische Verschiebungen auf, die mit zunehmendem Oxidationszustand
(Si 1+ , Si 2+ , Si 3+ , Si 4+ ) zu höheren Bindungsenergien verschoben sind. In der vor-
Intensity (arb. units)
SiO 2
Si 3+ Si 2+ Si 1+ Si
Si(100)
Kinetic Energy (arb. units)
Abb. 2.7 Si2p3/2-XPS-Spektrum verdeutlicht anhand eines ultradünnen
Siliziumoxid-Films auf Si(100) den Einfluss der chemischen Bindung
auf die Bindungsenergie (nach [75])
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