Charakterisierung von Oberflächen

Ähnliche Dokumente
Auger Elektronenspektroskopie (AES) Photoemissionspektroskopie (XPS, UPS)

5. Oberflächen-und Dünnschichtanalytik. Prof. Dr. Paul Seidel VL Vakuum- und Dünnschichtphysik WS 2014/15

6. Elektronen- und Röntgenspektroskopie

Elektronen können sich zu sogenannten Cooper Paaren vereinigen. Dabei haben die Elektronen

Spektroskopie im Bereich der Rumpfelektronen. Röntgen-Photoelektronenspektroskopie

Studieneinheit V Rasterelektronenmikroskopie, REM

Methoden. Spektroskopische Verfahren. Mikroskopische Verfahren. Streuverfahren. Kalorimetrische Verfahren

Vorlesung Analytische Chemie I

5. Chemische Dotierstoffanalyse

FRAUNHOFER-INSTITUT FÜR GRENZFLÄCHEN- UND BIOVERFAHRENSTECHNIK IGB HOCHAUFGELÖSTE ANALYSE VON OBERFLÄCHEN ÜBER KOMBINIERTE XPS UND REM

Mit Elektronenmikroskopie die Nanowelt erkunden

Studieneinheit VIII LMW Uni BT; R. Völkl 1

7. Oberflächen-und Dünnschichtanalytik. Prof. Dr. Paul Seidel VL FKP MaWi WS 2014/15

C. Nanotechnologie 9. Chem. Analyse 9.1 Übersicht. Prinzip. Prof. Dr. H. Baumgärtner C9-1

Transmissionselektronen mikroskopie (TEM)

Struktur der Materie: Grundlagen, Mikroskopie und Spektroskopie

Vorlesung 15: Analytische Chemie I TRFA, Auger-Elektronenspektroskopie, Elektronenstrahl-Mikroanalyse, ESMA

Beugung an Oberflächen

Strahlungsdetektoren Teilchenstrahlungen α, β -, β + n

Optimierung der Analytik nanostrukturierter Schichten

Masterstudium Technische Chemie Spezialisierungsblock Angewandte Physikalische und Analytische Chemie

Experimentelle Konzeptionierung einer RFA- Einheit auf Basis des pyroelektrischen Effekts

Festkörperanalyse mit energiereichen Teilchen

27. Vorlesung EP V. STRAHLUNG, ATOME, KERNE

ELEKTRONENMIKROSKOPIE

Analytische Methoden in der (Festkörper)chemie

Detektoren in der Kern- und Teilchenphysik Szintillationsdetektoren Ionisationsdetektoren Halbleiterdetektoren

Kleinster Abstand d zweier Strukturen die noch als getrennt abgebildet werden können.

Ultraviolette Photoelektronenspektroskopie (UPS)

5.3 Weitere Wechselwirkung mit Photonen: Spektroskopie

43. Strahlenschutz und Dosimetrie. 36. Lektion Wechselwirkung und Reichweite von Strahlung

1.2 Wechselwirkung Strahlung - Materie

Festkorperspektroskopie

27. Wärmestrahlung. rmestrahlung, Quantenmechanik

Nanostrukturphysik II: Inelastisches Tunneln

Rumpfniveauspektroskopie an Clustern

Grosskammer-Rasterelektronenmikroskopie Neue Dimensionen in der Materialforschung und Schadensanalyse

Wechselwirkung zwischen Strahlung und Materie

Raster-Elektronenmikroskopie: eine vielseitige Methode zur Untersuchung von Oberflächen

Optische Spektroskopie mit Lasern: Grundlagen und Anwendungen. Wann: Mi Fr Wo: P1 - O1-306

Grundlagen und Anwendungen in der Elektronenstrahlmikroanalyse

Photonen in Astronomie und Astrophysik Sommersemester 2015

Elektronenspinresonanz-Spektroskopie

27. Wärmestrahlung. rmestrahlung, Quantenmechanik

Praktikumsanleitung Elektronenmikroskopie Rasterelektronenmikroskop. Dr. Christian Bocker Otto-Schott-Institut, Universität Jena

I. Geschichte der Röntgenstrahlen

Übungen zur Experimentalphysik 3

Anleitung zum Praktikum für Fortgeschrittene. Versuch: X-ray Photoelectron Spectroscopy. Betreuer: Dipl.-Phys. Florian Voigts

Quantenphysik in der Sekundarstufe I

Wechselwirkung von Ionenstrahlen mit Materie

UNIVERSITÄT BIELEFELD

FRAUNHOFER-INSTITUT Für

Elektrizitätslehre 3.

= 6,63 10 J s 8. (die Plancksche Konstante):

Methoden. Spektroskopische Verfahren. Mikroskopische Verfahren. Streuverfahren. Kalorimetrische Verfahren

über die Untersuchung von Materialproben auf Asbesthaltigkeit mittels Rasterelektronenmikroskopie mit energiedispersivem Analysensystem (REM/EDS)

Klausur -Informationen

23. Vorlesung EP. IV Optik 26. Beugung (Wellenoptik) V Strahlung, Atome, Kerne 27. Wärmestrahlung und Quantenmechanik

ELEKTRONENMIKROSKOPIE

Gold-Kobalt-Hochleistungselektrolyt zur Erzeugung von Hartgoldschichten Teil 2

Quantenphysik in der Sekundarstufe I

Strahlungsdetektoren. Strahlungsdetektoren. Szintillationsdetektor. Szintillationsdetektor. Tl-haltiges NaI. ionisierende Strahlung << >> Materie

Abb. 1 Solarzellen PHOTOVOLTAIK. Stefan Hartmann

Alle Atome haben Massen ungefähr einem vielfachen der Masse des Wasserstoff Atoms.

31. Lektion. Röntgenstrahlen. 40. Röntgenstrahlen und Laser

4.5 Ionenstreuung. Verschiedene Energiebereiche sind zu unterscheiden: Chemische Information:

Masterstudium Technische Chemie Spezialisierungsblock Angewandte Physikalische und Analytische Chemie

4) Wechselwirkungen zwischen Strahlung und Materie (1) Ionisationswirkung unterschiedlicher Teilchen Energie der Teilchen in MeV

Quantitative Oberflächenanalytik mit hochenergetischen Ionenstrahlen

5) Messung radioaktiver Strahlung (1)

Mit Antimaterie auf der Suche nach Nanodefekten in Werkstoffen

Plasma Germany Fachausschuss Normung

Strahlenschutzkurs. Geladene Teilchen. Wechselwirkung der Strahlungen mit der Materie

Strahlenschutzkurs für Zahnmediziner. Geladene Teilchen. Wechselwirkung der Strahlungen mit der Materie

Ortsauflösung, da durch elektromagnetische Linsen fokussierbar und da kleine Wellenlänge

F-Praktikumsversuch: Kristallschwingungen und Raman - Spektroskopie

5. Vergleichende Charakterisierung der meta- und para-porphyrin- Türme auf modifizierten Siliziumwafern mit dem Rasterelektronenmikroskop

Strahlungsdetektoren. Strahlungsdetektoren. Szintillationsdetektor. Strahlungsdetektoren. Tl-haltiges NaI. ionisierende Strahlung << >> Materie

Das Rasterelektronenmikroskop ( REM )

Spektroskopie an SWCNTs

Götz B. Thorwarth Herstellung und Eigenschaften amorpher Kohlenstoffschichten in der Plasma- Immersions-Ionenimplantation

Festkörperphysik II: Einführung in die Oberflächenphysik und zeitaufgelöste Festkörper-Spektroskopie

Teil 1 Schwingungsspektroskopie (Raman-Spektroskopie) Dr. Christian Merten, Ruhr-Uni Bochum, WiSe 2016/17

Zellulose-Synthese. künstlich: enzymatische Polymerisation von Zellobiose-Fluorid

Einführung in die Rasterelktronenmikroskopie

Eigenschaften des Photons

2Fs m = 2 600N 0.225m. t = s v = 30m 30m/s = 1s = gt = 10 m s21s = 10m/s. v y. tanα = (v y /v x ) α = 18. m 1 v 1 = (m 1 + m 2 )v 2

Raster- Elektronenmikroskopie

Gefüge der Gusseisenlegierungen Structure of Cast Iron Alloys

Eigenschaften des Photons

2.1.3 Wechselwirkung von Photonen in Materie

Strahlungsdetektoren. Strahlungsdetektoren. Szintillationsdetektor. Szintillationsdetektor. Tl-haltiges NaI. ionisierende Strahlung << >> Materie

Struktur der Materie II (L), Kern und Teilchenphysik

Rasterelektronenmikroskopie und energiedispersive Röntgenanalyse

Dies ist die Sammlung des Materials von Dienstag, bis Freitag Zustandsdichte für Elektronen und Photonen, 1D,2D,3D

Physikalisch-chemische Untersuchungsmethoden in den Geowissenschaften, Band 2

Der Service rund um Abbildung und Analyse von Nanostrukturen

Transkript:

Charakterisierung von Oberflächen Rudolf Holze, Institut für Chemie, AG Elektrochemie, D-09107 Chemnitz, Germany Chemnitz, WS 2009/10 1/43

1. Einführung, Organisatorisches 2. Grlagen, Gegenstand der Vorlesung 2.1. Oberflächeneigenschaften: An den Grenzen fester Materie 2.2. Übersicht über die wichtigsten Sonden Signale, Wechselwirkungen darauf basierende Methoden 3. Atomspektroskopie 3.1. Augerelektronenspektroskopie 3.2. Photoelektronenspektroskopie, XPS, UPS 4. Schwingungsspektroskopie 4.1 EELS 4.2 IR 4.3 Raman-Spektroskopie 5. Ionenmethoden 5.1. Sekärionenmassenspektroskopie 5.2. Thermodesorptions-MS, Laserdesorptions-MS 6. Elektronenstrahlmikroanalyse 7. Mößbauerspektroskopie 8. Elektrochemische Verfahren 8.1 Klassische Verfahren 8.2 Nichtklassische ex situ-verfahren 8.3 Nichtklassische in situ-verfahren 9. BET, Mikro-Meso-Makroporen, Langmuir 10. Beispiele angewandter Methodenvielfalt: 10.1. Heterogene Katalyse 10.2. Korrosion Chemnitz, WS 2009/10 2/43

Chemnitz, WS 2009/10 3/43

5. Ionenmethoden 5.1. Sekärionenmassenspektroskopie (SIMS) 5.2. Thermodesorptions-MS, Laserdesorptions-MS Statische SIMS mit ausreichend kleinem Primärstrom, während einer Messung wird weniger als 1 % der Oberflächenlage abgetragen, sonst dynamische SIMS Chemnitz, WS 2009/10 4/43

Chemnitz, WS 2009/10 5/43

Chemnitz, WS 2009/10 6/43

Chemnitz, WS 2009/10 7/43

Chemnitz, WS 2009/10 8/43

Chemnitz, WS 2009/10 9/43

Chemnitz, WS 2009/10 10/43

Chemnitz, WS 2009/10 11/43

Chemnitz, WS 2009/10 12/43

Chemnitz, WS 2009/10 13/43

5.2. Thermodesorptions-MS, Laserdesorptions-MS Desorption adsorbierter Teilchen durch Wärmeeinwirkung (z.b. rückseitige Erwärmung mit Licht einer Xenonlampe (bei Vorderseite Photoeffekte zu befürchten), Analyse der Teilchen mit Quadrupolmassenspektrometer Alternativ: Erwärmung mit Laserlicht, dabei wiederum bei frontseitiger Beleuchtung Photochemie denkbar Chemnitz, WS 2009/10 14/43

6. Elektronenstrahlmikroanalyse EMPA: Electron microprobe analysis EMP: Electron microprobe EPMA: Electron probe microanalysis EPXMA: Electron probe X-ray microanalysis Verwandte Techniken: SEM: Scanning electron microscope (REM: Rasterelektronenmikroskop) Auflösung: besser als 10 nm Analytische Elektronenmikroskopie Protoneninduzierte Röntgenemission PIXE Röntgenfluoreszenzanalyse XRF Auger-Analyse Ion microprobe analysis (ähnlich SIMS) Laserinduzierte Massenspektroskopie LIMS Chemnitz, WS 2009/10 15/43

Inelastische Streuung von (Primär)Elektronen mit 5.. 30 kev r = 2.76 10 2 A E 1.67 0 /( ρ Z 0.89 r = Reichweite, ρ = Dichte, E Z= Ordnungszahl, A = atomare Masse 0 ) Kanaya Okayam1972 = Energie der Primärelektronen, Chemnitz, WS 2009/10 16/43

Elastische Streuung Chemnitz, WS 2009/10 17/43

Quellen von Sekärelektronen SE Chemnitz, WS 2009/10 18/43

Das Instrument Chemnitz, WS 2009/10 19/43

das werden wir noch brauchen Chemnitz, WS 2009/10 20/43

Chemnitz, WS 2009/10 21/43

Chemnitz, WS 2009/10 22/43

Rückstreukoeffizient=f(Atomzahl Z); Rückstreuintensität daher element materialtypisch Mit negativer Gitterspannung am E-T-Detekor (Bild vorher) werden relativ energiearme Sekärelektronen zurückgehalten, rückgestreute Elektronen kommen dagegen durch Chemnitz, WS 2009/10 23/43

Bei EMPA werden erzeugte Röntgenstrahlen ausgewertet: Energiedispersiv (ED) Wellenlängendispersiv (WD) (daher für leichte Elemente weniger geeignet) Beryllium 8 µm, läßt > 1keV durch, darunter Polymerfolie, evt. gittergestützt 3 mm dick, 10 mm Durchmesser, Goldkontakt für Bias auf Frontseite Chemnitz, WS 2009/10 24/43

Wirkungsweise eines Detektors für energiedispersive Untersuchung: Auftreffendes Röntgenphoton löst im Halbleiter (Ge oder Si) Auger- Photoelektronen aus, diese regen Elektronen aus dem Leitungs- ins Valenzband an, die am Halbleiter angelegte Vorspannung (Bias) läßt einen Stromimpuls entstehen, der hochohmig mit einem FET abgenommen wird. Durchschnittsenergie zur Erzeugung eines Elektron- Loch-Paars für Si: 3,8 ev, für Ge 2,9 ev. Die Höhe des Stromimpulses hängt von der Zahl der erzeugten Paare ab, diese hängt von der Energie des Röngenphotons dividiert durch die Paarerzeugungsnergie ab. Ein Al Kα Photon mit 1,487 kev erzeugt durchschnittlich 391 Paare in Si, ein Ni Kα Photon mit 7,477 kev dagegen 1970. D.h. Strom ist energieproportional damit elementtypisch. Verunreinigungen im Si werden durch Einbau von Lithium durch driften kompensiert (Si(Li) lithiumdrifted Si), Ge braucht dies nicht. Chemnitz, WS 2009/10 25/43

Chemnitz, WS 2009/10 26/43

Chemnitz, WS 2009/10 27/43

Chemnitz, WS 2009/10 28/43

Chemnitz, WS 2009/10 29/43

Chemnitz, WS 2009/10 30/43

Chemnitz, WS 2009/10 31/43

Chemnitz, WS 2009/10 32/43

Chemnitz, WS 2009/10 33/43

Chemnitz, WS 2009/10 34/43

Chemnitz, WS 2009/10 35/43

7. Mößbauerspektroskopie Isomerenshift A Quadrupolsplitting B hängen von Elektronendichte am Kern, d.h. von z.b. Oxidationszahl, Bindungsverhältnisse (A) resp. von Symmetrie der Ladungsverteilung um den Kern (B) ab. Chemnitz, WS 2009/10 36/43

Chemnitz, WS 2009/10 37/43

Magnetische Aufspaltung Chemnitz, WS 2009/10 38/43

Chemnitz, WS 2009/10 39/43

Chemnitz, WS 2009/10 40/43

Chemnitz, WS 2009/10 41/43

Chemnitz, WS 2009/10 42/43

Literatur: G. Ertl J. Küppers: Low Energy Electrons and Surface Chemistry, VCH, Weinheim 1985 O. Brümmer: Mikroanalyse mit Elektronen- Ionensonden, VEB Deutscher Verlag für Grstoffindustrie, Leipzig, 1977 S.J.B. Reed: Electron Microprobe Analysis and Scanning Electron Microscopy in Geology, Cambridge University Press, Cambridge, 2005 Chemnitz, WS 2009/10 43/43