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FU Berlin
Digitale Dissertation

Marten Huisinga :
Ultraviolett-Photoelektronenspektroskopie und Elektronenstimulierte Desorption von CaF2
Ultraviolet photoelectron spectroscopy and electron stimulated desorption from CaF2

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|Zusammenfassung| |Inhaltsverzeichnis| |Ergänzende Angaben|

Zusammenfassung

CaF2-Kristalle wurden mittels Ultraviolett-Photoemission (UPS), optischer Spektroskopie und elektronenstimulierter Desorption (ESD) untersucht. Photoemission von ionischen Kristallen wie CaF2 ist durch einige Besonderheiten charakterisiert, die im Detail untersucht wurden, insbesondere der Einfluß von Phononen auf die Photoemission (phononische Verbreiterung und "Quasidirekte Übergänge") sowie Phänomene der elektrischen Aufladung und der Photoleitfähigkeit. Es wurde gezeigt, daß die Photoleitfähigkeit durch thermische Mobilisierung der bei der Photoemission erzeugten Valenzbandlöcher entsteht. Weiterhin wurde die elektronische Struktur verschiedenartig präparierter Oberflächen untersucht, unter anderem werden erste Messungen an im Vakuum gespaltenen Kristallen vorgestellt und diese mit Spektren von an Luft gespaltenen sowie polierten Kristallen verglichen. Durch Dosierung verschiedener Gase konnte gezeigt werden, das die Verunreinigungen auf letzteren vor allem durch Sauerstoff verursacht werden. Weitere Experimente an dünnen Filmen ergaben, daß Sauerstoff nicht nur auf der Oberfläche bleibt, sondern in den Kristall eindringt. Veränderungen der elektronischen Struktur wurden auch durch Elektronenbestrahlung (1.5 - 2.5 keV) und UV-Bestrahlung (21.2 eV) erzeugt. Während Elektronenbestrahlung von an Luft gespaltenen Kristallen reagiert der Sauerstoff der Verunreinigungen mit Kalzium zu CaO.

Desorption von F+-Ionen wurde durch Bestrahlung mit Elektronen im Energiebereich von 0,6 bis 3,0 keV induziert. Dabei lädt sich die Probenoberfläche positiv auf, so daß man einen zunächst unbekannten elektrostatischen Beitrag zur kinetischen Energie der F+-Ionen erhält. In dieser Arbeit wird eine Methode vorgestellt, die es zum ersten Mal erlaubt, ein positives Oberflächenpotential eines Isolators während der Bestrahlung zu messen. Damit gelingt es, die gemessene kinetische Energie der Ionen um den aufladungsbedingten Anteil zu korrigieren und so die für den Desorptionsprozeß charakteristische Energie zu bestimmen. Nach der Korrektur befand sich der Peak der Energieverteilung bei etwa 0,9 eV, die maximale Energie betrug etwa 4 - 5 eV. Sauerstoff oder Fluor auf der Oberfläche verursachen ein hohes Oberflächenpotential, während sich bei metallisierter Oberfläche ein geringes Oberflächenpotential einstellt. Insbesondere wurde gezeigt, daß das Oberflächenpotential eines im Vakuum gespaltenen Kristalls als Funktion der Zeit zunächst rasch abfällt, um dann langsamer wieder anzusteigen. Dieser Effekt wurde gedeutet als verursacht durch ein Wechselspiel von Desorption an der Oberfläche und feldgetriebener Diffusion von Fluor aus tieferen Schichten.

Inhaltsverzeichnis

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1. Introduction

2. The investigated material: Calcium fluoride

2.1. Structure of the CaF2 crystal

2.2. Defects and surface defects in CaF2

2.3. Defect aggregation: Metal colloids

2.4. Stopping power and penetration depth of low energy electrons in CaF2

2.5. Mean free path in insulators

3. Photoemission

3.1. Angular resolved photoemission

3.2. Dipole selection rules

4. Experimental setup

4.1. UHV system

4.2. Ultraviolet photoelectron spectroscopy

4.3. Optical spectroscopy

4.4. Electron stimulated desorption

4.5. Preparation of thin epitaxial CaF2 films on Si (111)

5. Ultraviolet photoelectron spectroscopy (UPS) on CaF2

5.1. Introduction

5.2. Basic features

5.3. Photoemission from differently prepared CaF2 surfaces

5.4. Irradiation induced effects in CaF2

6. Optical transmission spectroscopy on CaF2

7. Electron stimulated desorption (ESD)

7.1. Introduction

7.2. Surface potential determination

7.3. Charge corrected kinetic energy of F+ ions

7.4. Field driven diffusion

7.5. Desorption from thin epitaxial CaF2 films

8. Summary

Literaturverzeichnis

Ergänzende Angaben:

Online-Adresse: http://www.diss.fu-berlin.de/1999/24/index.html
Sprache: Englisch
Keywords: photoemission; CaF2; insulator; desorption; charging
DNB-Sachgruppe: 29 Physik, Astronomie
Klassifikation PACS: 73.61.Ng 79.60.-i 73.20.Hb 79.20.La 79.20.Hx
Datum der Disputation: 17-Dec-1998
Entstanden am: Fachbereich Physik, Freie Universität Berlin
Erster Gutachter: Prof. Dr. Dr.h.c. Eckart Matthias
Zweiter Gutachter: Prof. Dr. Karl-Heinz Rieder
Kontakt (Verfasser): huisinga@matth1.physik.fu-berlin.de
Kontakt (Betreuer): matthias@physik.fu-berlin.de
Abgabedatum:22-Apr-1999
Freigabedatum:28-Apr-1999

 

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