Matrix Effekte in LEIS im Bereich der Auger-Neutralisation

Niederenergie-Ionenstreuung (Low-Energy Ion Scattering, LEIS) wird oft angewandt, um die Zusammensetzung von Festkörperoberflächen quantitativ zu bestimmen. Dabei erhält man für die verschiedensten Materialien zerstörungsfrei Information über die Zusammensetzung der obersten Atomlagen - von Metallen über poröse Isolatoren bis zu organischen Materialien. Es ist eine empirische Tatsache, dass quantitative Analyse mit LEIS möglich ist. Allerdings sind die Neutralisationsprozesse der Ionen an Oberflächen noch nicht hinreichend gut verstanden, um diesen Befund zu verstehen. Rezente Ergebnisse für die Neutralisation von He+ Ionen an Einkristall-oberflächen (Cu, Au) im Bereich der Augerneutralisation zeigt, dass die Neutralisationswahrscheinlichkeit stark von der Orientierung der Oberfläche abhängt. Im Reionisationsregime ist die Ionenausbeute bei Analyse in Randomrichtung durch Beiträge aus tieferen Schichten wesentlich höher als in Double-alignment-Geometrie, wo die Informationstiefe auf die äußerste Atomlage beschränkt ist. Daraus folgt, dass in vielen Standardanwendungen die Informationstiefe größer als 1 - 2 Atomlagen ist. Das hat natürlich auch auf die Oberflächenanalyse Auswirkungen und wirft die Frage auf, auf welche Art es möglich ist quantitative Information über die äußersten Atomlagen zu erhalten. In der vorliegenden TOF-LEIS Untersuchung ist geplant, (i) zu untersuchen, ob es i.a. für eine gegebene Kombination Probe-Projektil eine mittlere AN-Rate (GA) gibt, die das Neutralisationsverhalten bestimmt, bzw. ob man für nichtäquivalente Oberflächen eines Materials physikalische Matrixeffekte findet, wie bei Cu und Au; (ii) zu analysieren, wie die Dichten der sp- und d-Elektronen zu AN beitragen, bzw. zu bestimmen, wie (GA) mit der Bandstruktur der Probe korreliert, insbesondere mit der Dichte der sp- und d-Zustände im Ortsraum; (iii) die Oberflächensensitivität von LEIS im AN- Regime zu untersuchen, insbesondere für Oberflächen mit niedriger AN Effizienz. Die Ergebnisse des Projektes werden erlauben zu verstehen, (i) wie die elektronischen Eigenschaften eines Metalls die Wahrscheinlichkeit für AN beeinflussen ("Bandstruktureffekte"); (ii) wie der Ionenanteil unter den rückgestreuten Projektilen von der speziellen Orientierung der Kristalloberfläche abhängt; (iii) wie im AN-Bereich LEIS-Analysen der Oberflächenzusammensetzung quantifiziert werden können.

Niederenergie-Ionenstreuung (Low-Energy Ion Scattering, LEIS) wird oft angewandt, um die Zusammensetzung von Festkörperoberflächen quantitativ zu bestimmen. Dabei erhält man für die verschiedensten Materialien zerstörungsfrei Information über die Zusammensetzung der obersten Atomlagen - von Metallen über poröse Isolatoren bis zu organischen Materialien. Es ist eine empirische Tatsache, dass quantitative Analyse mit LEIS möglich ist. Allerdings sind die Neutralisationsprozesse der Ionen an Oberflächen noch nicht hinreichend gut verstanden, um diesen Befund zu verstehen. Rezente Ergebnisse für die Neutralisation von He+ Ionen an Einkristall-oberflächen (Cu, Au) im Bereich der Augerneutralisation zeigt, dass die Neutralisationswahrscheinlichkeit stark von der Orientierung der Oberfläche abhängt. Im Reionisationsregime ist die Ionenausbeute bei Analyse in Randomrichtung durch Beiträge aus tieferen Schichten wesentlich höher als in Double-alignment-Geometrie, wo die Informationstiefe auf die äußerste Atomlage beschränkt ist. Daraus folgt, dass in vielen Standardanwendungen die Informationstiefe größer als 1 - 2 Atomlagen ist. Das hat natürlich auch auf die Oberflächenanalyse Auswirkungen und wirft die Frage auf, auf welche Art es möglich ist quantitative Information über die äußersten Atomlagen zu erhalten. In der vorliegenden TOF-LEIS Untersuchung ist geplant, 1. zu untersuchen, ob es i.a. für eine gegebene Kombination Probe-Projektil eine mittlere AN-Rate (GA) gibt, die das Neutralisationsverhalten bestimmt, bzw. ob man für nichtäquivalente Oberflächen eines Materials physikalische Matrixeffekte findet, wie bei Cu und Au; 2. zu analysieren, wie die Dichten der sp- und d-Elektronen zu AN beitragen, bzw. zu bestimmen, wie (GA) mit der Bandstruktur der Probe korreliert, insbesondere mit der Dichte der sp- und d-Zustände im Ortsraum; 3. die Oberflächensensitivität von LEIS im AN- Regime zu untersuchen, insbesondere für Oberflächen mit niedriger AN Effizienz. Die Ergebnisse des Projektes werden erlauben zu verstehen, 1. wie die elektronischen Eigenschaften eines Metalls die Wahrscheinlichkeit für AN beeinflussen ("Bandstruktureffekte"); 2. wie der Ionenanteil unter den rückgestreuten Projektilen von der speziellen Orientierung der Kristalloberfläche abhängt; 3. wie im AN-Bereich LEIS-Analysen der Oberflächenzusammensetzung quantifiziert werden können.