Handbuch der Nanoanalytik Steiermark 2005 - lamp.tugraz.at

Methoden
M7: Elektronenbeugung an Oberflächen (LEED)
M7: Elektronenbeugung an
Oberflächen (LEED)
Viele moderne Nanotechnologien beruhen auf
den Eigenschaften von atomar geordneten Substraten
und Schichten. Solche dünnen geordneten
Schichten (im Bereich von 1 nm) können
nicht mit Röntgenbeugung, aber mittels Beugung
niederenergetischer Elektronen untersucht werden.
Der Grund für die Oberflächenempfindlichkeit
ist die starke Wechselwirkung der Elektronen
mit den Festkörperatomen. Bei dieser Methode
wird ein Elektronenstrahl mit Energien von etwa
20 eV–200 eV im Vakuum auf die Oberfläche geschossen
und die rückgebeugten (elastisch reflektierten)
Elektronen werden auf einem Leuchtschirm
sichtbar gemacht. Damit nur die elastisch
reflektierten Elektronen auf den Leuchtschirm
gelangen können, werden durch ein geeignetes
Gegenfeld alle unelastisch gestreuten Elektronen
abgeblockt (Abb. 1). Die ohne Energieverlust durch
das Gegenfeldgitter hindurchgetretenen Elektronen
werden dann auf den Leuchtschirm beschleunigt,
wo sie Lichtreflexe erzeugen. Aus dem Beugungsmuster,
welches das reziproke Gitter des reellen
Gitters darstellt, kann man auf die Anordnung der
Atome oder Moleküle auf der Oberfläche, bzw. in
der dünnen Schicht schließen. Solche Untersuchungen
werden meist unter Ultrahochvakuumbedingungen
durchgeführt (10 -10 mbar), da schon
geringste Adsorption aus dem Restgas die Oberfläche
verändern kann. Die Informationen, die man
mit der niederenergetischen Elektronenbeugung
(Low Energy Electron Diffraction, LEED) erhält, sind
für viele Anwendungen von Bedeutung, z.B. für
das geordnete Aufwachsen von Schichten in der
Halbleitertechnologie (Si, GaAs-Epitaxie), für die
Umordnung von Oberflächenatomen (Silizium-Rekonstruktion),
für die Selbstordnung von großen
organischen Molekülen (Self-assembling) oder für
die gezielte Strukturierung von Oberflächen im Nanometermaßstab
(Nanopatterning).
Adolf Winkler
Technische Universität Graz
Institut für Festkörperphysik
Abbildung 1: Schema einer LEED-Optik.
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Handbuch der Nanoanalytik Steiermark 2005