Wachstum und Charakterisierung dünner PTCDA-Filme auf ...
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2. Physikalische Gr<strong>und</strong>lagen<br />
2.7.1. Theoretische Beschreibung<br />
Wie schon beschrieben, stellt der photoelektrische Effekt die Gr<strong>und</strong>lage der XPS dar.<br />
Die kinetische Energie der Photoelektronen lässt sich durch die folgende Gleichung beschreiben:<br />
Ekin = hν −EB −φ. (2.7.1)<br />
Dabei ist hv die Photonenenergie des monochromatischen Röntgenstrahls, EB die Bindungsenergie<br />
des Orbitals, aus dem das Photoelektron stammt, <strong>und</strong>φdie Austrittsarbeit<br />
des Analysators.<br />
Die hohe Oberflächensensitivität der<br />
XPS beruht <strong>auf</strong> der geringen mittleren<br />
freien Weglänge λm der Photoelektronen<br />
im Festkörper, was wiederum<br />
durch die starken Elektron-Elektron- <strong>und</strong><br />
Elektronen-Phononen Wechselwirkungen<br />
gegeben ist. In Abb. 2.7.1 ist die sogenannte<br />
Universal-Kurve für die Elektronenemission<br />
für verschiedene Elemente<br />
senkrecht zur Oberfläche dargestellt. Für<br />
den in der XPS verwendeten Energiebereich<br />
(50 -1400 eV) zeigt sich aus der Kurve<br />
nur eine geringe, materialunabhängige<br />
mittlere freie Weglänge von wenigen<br />
Ångström. Die tatsächliche Ausdringtiefe<br />
λ mean free path (Å)<br />
100<br />
50<br />
10<br />
5<br />
5 10 50 100 500 1000 2000<br />
energy(eV)<br />
Abb. 2.7.1: Mittlere freie Weglänge der Elektronen<br />
als Funktion der Energie (nach [30]).<br />
λ ist jedoch noch von dem Emissionswinkel abhängig [31], <strong>und</strong> somit ergibt sich folgende<br />
Gesetzmäßigkeit für die Ausdringtiefe:<br />
λ = λmcosθ. (2.7.2)<br />
Aus dieser Gleichung geht hervor, dass je größer der Emissionswinkel θ (gemessen zur<br />
Oberflächennormalen) ist, desto geringer ist der Anteil detektierter Elektronen aus dem<br />
Volumenmaterial. Somit kann durch Vergrößerung des Emissionswinkels die Oberflächensensitivität<br />
drastisch erhöht werden, jedoch <strong>auf</strong> Kosten der Intensität im Messsignal.<br />
In Abb. 2.7.2 ist schematisch der Prozess der Photoelektronenemission aus Festkörperoberflächen<br />
dargestellt. Sie veranschaulicht den Zusammenhang zwischen den Energieniveaus<br />
des Festkörpers <strong>und</strong> der Energieverteilung der photoinduzierten Elektronen. Die<br />
diskreten Rumpfniveaus, welche den Energieniveaus freier Atome ähneln, treten im Photoelektronenspektrum<br />
als diskrete Linien <strong>auf</strong>. Die endliche Lebensdauer der angeregten<br />
Zustände (natürliche Linienbreite), chemische Umgebung der unterschiedlichen Atome,<br />
sowie instrumentelle Parameter definieren die Breite der Rumpfniveaulinien. Über die<br />
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