Wachstum und Charakterisierung dünner PTCDA-Filme auf ...

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