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Unterabschnitte


Röntgenstrahlung

Serienformel

$\displaystyle \nu =RcZ^{2}\left( \frac{1}{n^{2}}-\frac{1}{n^{\prime 2}}\right)$ (6.451)

wobei $ R$ die Rydbergkonstante ist.

Bei $ Z=20$ ist die Frequenz und damit die Energie über $ Z^{2}=400$ mal grösser.

\includegraphics[height=10mm]{icon-exp} Versuch zur Vorlesung: Röntgenfluoreszenz (Versuchskarte AT-24)

\includegraphics[height=10mm]{icon-exp} Versuch zur Vorlesung: Absorption von Röntgenstrahlen: Qualitativ (Versuchskarte AT-40)

Röntgenbeugung

\includegraphics[height=10mm]{icon-exp} Versuch zur Vorlesung: Drehbares Kreuzgitter: Optisches Analogon zur Debye-Scherrer-Interferenz (Versuchskarte O-133)

Bremsstrahlung und charakteristische Strahlung

\includegraphics[height=10mm]{icon-exp} Versuch zur Vorlesung: Röntgenstrahlung: Bremsstrahlung und charakteristische Linien (Versuchskarte AT-37)

Auger-Prozesse





\includegraphics[width=0.8\textwidth]{../phys_elektr/Bilder_mm/mm-104}
Ausbeute von Augerelektronen als Funktion der Ordnungszahl (gezeichnet nach [HG91])




Augerelektronen treten durch einen Folgeprozess neben photoemittierten Elektronen auf. Als Konkurrenzprozess zur Emission von Augerelektronen kann die durch den Elektronenübergang erzeugte Energie auch als charakteristische Röntgenstrahlung abgegeben werden. Analysiert man die Energie dieser Strahlung, so spricht man von EDX (,,Energy Dispersive X-Ray Analysis''). Die Abbildung zeigt, dass die Augerelektronenspektroskopie bei relativ niedrigen Ordnungszahlen, EDX bei relativ hohen Ordnungszahlen einen empfindlichen Nachweis von Elementen ermöglicht. Wegen der wesentlich grösseren Fluchttiefe von Photonen wird bei EDX jedoch über einen tiefen Bereich (ca. 1 $ \mu$m) unter der Oberfläche gemittelt, so dass schon weitgehend Volumeneigenschaften erfasst werden. Der Augerelektronenprozess ist bestimmt durch drei Orbitalenergien (siehe Abbildung unten).





\includegraphics[width=0.8\textwidth]{../phys_elektr/Bilder_mm/mm-104a}
Elektronenenergien beim Auger-Prozess als Funktion der Ordnungszahl (gezeichnet nach [HG91])




So lässt sich beispielsweise die kinetische Energie von $ KL_IL_{II/III}$-Elektronen über

$\displaystyle E(KL_IL_{II/III}) =E(K)-E(L_I) - E(L_{II/III})*$ (6.452)

grob abschätzen. Darin ist E(K) die Bindungsenergie des unteren Lochzustandes, $ E(L_I)$ die Bindungsenergie des Elektrons, das diesen Lochzustand auffüllt, und $ E(L_{II/III})*$ die effektive Bindungsenergie des emittierten Augerelektrons. Letztere weicht signifikant von der Energie des neutralen Atoms ab, da starke Wechselwirkungen zwischen den beiden Endzustandslöchern im Atom auftreten. So wird in dem o.g. Beispiel nach Auffüllung der $K$-Schale durch das $ L_I$-Elektron die Bindungsenergie des $ L_{II/III}$-Elektrons erhöht durch das Erzeugen eines Lochs im $ L_I$-Orbital. Die Loch/Loch-Wechselwirkung in der Endzustandskonfiguration hängt dabei davon ab, ob beide Löcher in den Rumpfniveaus, ein Loch im Rumpfniveau und ein anderes in schwächer gebundenen Bändern oder beide in Bändern auftreten. In guter Näherung lassen sich die Augerelektronenenergien abschätzen über:


$\displaystyle E \left[KL_IL_{II/III}\right]$ $\displaystyle =$ $\displaystyle E \left[K(Z)\right]$  
$\displaystyle $   $\displaystyle - \frac{1}{2} \left\{E \left[L_I(Z)\right]- E \left[L_I(Z+ 1)\right] \right.$  
$\displaystyle $   $\displaystyle \left.+ E \left[L_{II/III}(Z)\right] + E \left[L_{II/III}(Z + 1)\right]\right\}$ (6.453)

Auch gebräuchlich ist es, die Coulomb-Abstossung der Lochzustände über einen separaten Energieterm zu erfassen. Dabei wird angesetzt:


$\displaystyle E [KL_IL_{II/III}]$ $\displaystyle =$ $\displaystyle E [K(Z)] - E [L_I(Z)]$  
$\displaystyle $   $\displaystyle - E [L_{II/III}(Z)] - U [KL_IL{II/III}]$ (6.454)

Darin erfasst der Term $ U[KL_IL_{II/III}]$ alle Korrelationseffekte. Bei hoher Korrelation der Bewegung der Löcher und grosser räumlicher Nähe erfolgt starke Coulomb-Abstossung. Diese qualitativen Beispiele machen deutlich, dass die Augerelektronenspektroskopie neben dem überwiegenden Einsatz zur Elementcharakterisierung auch zur Charakterisierung lokaler Bindungsverhältnisse am Zentralatom herangezogen werden kann. Ebenso wie bei XPS sind Augerelektronenübergänge unter ausschliesslicher Beteiligung von Rumpfniveaus durch relativ scharfe Linien gekennzeichnet, deren Form in erster Näherung unabhängig von der chemischen Umgebung ist, die jedoch eine charakteristische chemische Verschiebung aufweisen können. Augerelektronen unter Beteiligung des Valenzhandes zeigen dagegen eine extreme Abhängigkeit der Linienform vom Zustand der Oberfläche. Eine quantitative Auswertung ist allgemein schwierig, da wegen der Beteiligung mehrerer Orbitale eine Entfaltung vorgenommen werden muss, um die Valenzbandstruktur aus Augerelektronenspektren zu ermitteln. Die grosse Oberfiächenempfindlichkeit der Augerelektronenspektroskopie ist durch die Fluchttiefe der Elektronen bei kinetischen Energien der Elektronen unter 1000 eV gegeben.


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Othmar Marti
Experimentelle Physik
Universiät Ulm