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Time-of-Flight Spektroskopie

Bei der Photoelektronenspektroskopie handelt es sich um eine experimentelle Methode zur Bestimmung der elektronischen Struktur von Festkörperoberflächen. Bei dem hier beschriebenen Experiment wird die Oberfläche mit Synchrotronstrahlung aus der Dortmunder Elektronenspeicherringanlage angeregt. Trifft ein Strahlungsquant auf ein Probenatom, so findet der Photoeffekt statt: die Energie hv des Quants wird auf ein Elektron übertragen, für dessen kinetische Energie nach dem Verlassen des Festkörpers gilt:

 

Ekin=hv-Ebin

 

Hierbei bezeichnet Ebin diejenige Energie, mit der das Elektron an den zugehörigen Atomkern gebunden war und Φ ist die Austrittsarbeit, d.h. diejenige Energiemenge, die ein Elektron zum Verlassen des Festkörpers benötigt. Graphisch ist dieser Zusammenhang in der linken folgenden Abbildung dargestellt:

energieschema

 

 

tof1

 

Aufgrund der geringen freien Weglänge der Photoelektronen handelt es sich um eine Methode mit einer hohen Oberflächensensitivität.

 

Die time-of flight (TOF) Photoelektronenspektroskopie zeichnet sich dadurch aus, dass die kinetische Energie der Photoelektronen über die  Geschwindigkeit bestimmt wird. Hierfür wird die Probe gepulst angeregt und die Flugzeit der Elektronen über eine bekannte Strecke gemessen. Dabei geschieht der Nachweis der Elektronen mit einem Delayline-Detektor.

In der folgenden Abbildung wird gezeigt, wie das erwartete analoge TOF-Spektrum zu einem konventionell mit XPS gemessenen Spektrum aussieht:

intensitaeten