Oberflächenphysik

Grundlagen und Methoden

Thomas Fauster, Lutz Hammer, Klaus Heinz, M. Alexander Schneider

• Verlag: De Gruyter Oldenbourg
• Jahr: 2019
• eBook-ISBN: 9783110637120
• Auflage: 2
• Thema: Naturwissenschaften
• Thema: Kondensierte Materie

Kompakt und anschaulich führt die aktualisierte Neuauflage in die moderne experimentelle Oberflächenphysik ein. Den Autoren gelingt es aufgrund langjähriger Lehrerfahrung, oberflächenspezifische Eigenschaften und Prozesse in leicht verständlicher Form zu erarbeiten und ein mikroskopisches Verständnis der Phänomene an der Oberfläche zu vermitteln. Zur Prüfungsvorbereitung optimal geeignet durch Aufgaben und Verständnisfragen.

Methoden

Bei den in der Oberflächenphysik angewandten Methoden sind Präparations- und Untersuchungsmethoden zu unterscheiden. Durch erstere wird die Oberfläche in einen für ihre Untersuchung geeigneten bzw. erwünschten, wohldefinierten Zustand gebracht (Kapitel 3). Dies betrifft sowohl die Beseitigung von Verunreinigungen und die Herstellung eines defektarmen Ordnungszustands als auch die definierte Belegung mit einem Adsorbat oder einem aus mehreren Atomlagen bestehenden Film. Die Oberfläche muss während der dann folgenden Untersuchungen weiter sauber gehalten werden, was ihre Montage in einer Ultrahochvakuumapparatur erzwingt, in der dann auch (in situ) die Präparation und nachfolgende Untersuchungen stattfinden und folglich die dazu notwendigen Vorrichtungen installiert werden müssen. Entsprechend können die Apparaturen recht große Ausmaße annehmen, obwohl die Probenabmessungen meist den Zentimeterbereich unterschreiten.

Die Untersuchungsmethoden von Oberflächen, die sich über Jahrzehnte entwickelt haben und ständig erweitert bzw. verfeinert werden, sind vielfältig. Sie müssen oberflächenempfindlich sein, d. h. die als Sonde eingestrahlten Teilchen dürfen entweder nur im Oberflächenbereich des Festkörpers mit diesem wechselwirken und dann die Oberfläche als Informationsträger ihrer Eigenschaften wieder verlassen oder andere Teilchen im Festkörper frei setzen, die nur vom Oberflächenbereich aus den im Vakuum montierten Detektor erreichen können. So können z. B. eingestrahlte Photonen relativ tief in den Festkörper eindringen, die von ihnen im Photoeffekt ausgelösten (niederenergetischen) Elektronen können jedoch nur aus einem Bereich nahe der Grenzfläche zum Vakuum die Oberfläche zum Detektor verlassen. Oft werden die verschiedenen Methoden nach der Art der beteiligten Sondenteilchen geordnet (etwa „Photon hinein / Elektron heraus“), wir stellen die wichtigsten Methoden hier jedoch eher zielorientiert vor.

Kapitel 4 widmet sich den Methoden, die Informationen oder Teilinformationen über die in der Oberfläche herrschende atomare Anordnung, d. h. die kristallografische Struktur liefern. Dies sind zum einen Beugungsmethoden, die die laterale Translationssymmetrie der Oberfläche ausnutzen wie die Beugung von Photonen, Elektronen oder Atomen. Zum anderen liefern lokale Interferenzmethoden wie die Messung der Feinstruktur der Röntgenabsorption Bindungslängen zwischen Atomen in der Oberfläche, ohne dass kristallografische Fernordnung herrschen muss.

Die in Kapitel 5 beschriebenen Methoden zielen hauptsächlich auf die chemische Zusammensetzung der Oberfläche mittels Auger- und Photoelektronenspektroskopie sowie die elektronische Struktur der Oberfläche, insbesondere die Messung der Oberflächenbandstruktur mittels winkelaufgelöster Photoemission. Mit der in diesem Kapitel dominanten Spektroskopie von Elektronen werden hier auch deren energetische Verluste bei der Streuung an Oberflächen beschrieben, wobei die hochauf‌lösende Messung Informationen über Oberflächenphononen sowie über Adsorptionsplätze von Molekülen und ihre Konfiguration liefern.

Kapitel 6 widmet sich zunächst dem Rastertunnelmikroskop, das die elektronische Struktur elektrisch leitender Oberfläche abrastert und Atome in topografischen Aufnahmen „sieht“, wenn diese Struktur mit den Atompositionen auf einfache Weise korreliert. Im Spektroskopiemodus liefert die Methode lokale Informationen über die elekt...

Inhaltsverzeichnis

• Title Page
• Copyright
• Contents
• Vorwort
• Legende
• Grundlagen
• Methoden
• A Anhang
• Antworten zu Übungs- und Verständnisfragen
• Abkürzungen
• Stichwortverzeichnis
• Register