Laboratorien

Ein Reflexprofilanalyseapparat zur Beugung langsamer Elektronen (von Omicron) erlaubt in-situ Messungen der Struktur und Morphologie unter UHV-Bedingungen. Zur Detektion der gebeugten Elektronen wird ein Channeltron (Punktdetektor mit hohem dynamischen Bereich > 10⁶) verwendet. Die quantitative Abbildung des zweidimensionalen Beugungsmusters wird dabei nicht durch Änderung der Positionen von Elektronenkanone, Probe oder Detektor erreicht, sondern durch die Verwendung von Ablenkspannungen.

Zum Probenwachstum können eine Vielzahl von Materialien wie Ga, In, Ge, Si und Sb abgeschieden werden, wozu Verdampfer mit Widerstandsheizung (Knudsenzellen) oder Elektronenstrahlverdampfer benutzt werden.

Wegen der konischen Form des Instrument sind Experimente während des Wachstums möglich. Darüberhinaus können die Proben mit direktem Stromdurchgang von Raumtemperatur bis zu typischerweise 1200° C geheizt werden.

Für die ergänzende chemische Oberflächenanalyse und -bedeckungsbestimmung mittels Augerelektronenspektroskopie ist das UHV-System mit einem zylindrischen Spiegelanalysator (CMA 100 von Omicron) ausgestattet.

Der Basisdruck von etwa 1x10^-10 mbar wird durch Drehschieberpumpen, Turbomolekularpumpen, eine Ionenzerstäuberpumpe und eine Titansublimationspumpe erreicht.

Ein niederenergetisches Elektronenmikroskop mit Energieanalysator (SPE-LEEM von Elmitec) gestattet Oberflächenuntersuchungen und unter sehr variablen Bedingungen. So können zum Beispiel unter Ultrahochvakuum (Basisdruck kleiner als 1×10^-10 bar), Untersuchungen sauberer Halbleiter- und Metalloberflächen erfolgen, aber auch Wachstumsexperimente unter mittleren Drücken von 1×10^-3 bar durchgeführt und Oberflächenreaktionen verfolgt werden. Die Probentemperatur kann im Bereich von 100 K bis 1800 K eingestellt werden. Das System verfügt über eine laterale Auflösung von weniger als 8 nm im LEEM-Modus und etwa 15 nm im PEEM-Modus (Photoemissionselektronenmikroskopie). Im microLEED-Modus (Niederenergetische Elektronenbeugung) können darüberhinaus von ausgewählten Proben-Regionen (mit Größen bis hinab zu 250 nm) Informationen über die atomare Struktur gewonnen werden.

Ein Rastertunnelmikroskop mit für Messungen bei variabler Temperatur (VT-STM von Omicron) dient zur Untersuchung von Oberflächen bis hin zur atomaren Skala. Die Apparatur besitzt eine kugelförmige Präparationskammer, die mit einem Aufbau zur niederenergetischen Elektronenbeugung (LEED) mit einer Vier-Gitter-Optik sowie zur Röntgenphotoelektronenspektroskopie (XPS) ausgestattet ist.
Zum Probenwachstum können verschiedene Materialien wie Ga, In, Ge, Si Sb und V abgeschieden werden; hierzu werden thermische Verdampfer (Knudsenzellen) und Elektronenstrahlverdampfer eingesetzt. Die Proben können sowohl molekularen Gasen ausgesetzt werden als auch atomarem Stickstoff aus Plasmaquellen (Epi-rf/ECR) oder atomarem Sauerstoff aus einer thermischen Quelle.
Der Basisdruck von etwa 5×10^-11 mbar wird durch Rotationspumpen, Turbomolekularpumpen, eine Ionengetterpumpe und eine Titansublimationspumpe erreicht.

An unser STM-System in Bremen angeschlossen, verwenden wir einen hemisphärischen Elektronenenergieanalysator
(Omicron EA 125) zur chemischen Analyse der Oberfläche. Als Röntgenquelle dient dabei wahlweise Al-Ka oder Mg-Ka-Strahlung.
Der Analysator ist mit einem Sieben-Kanal-Detektionssystem zur schnellen Messwerterfassung ausgestattet. Anhand der
kinetischen Energien der Elektronen können nicht nur verschiedene chemische Elemente, sondern auch verschiedene
Oxidationszustände eines Elements unterschieden werden. Dank eines differentiellen Pumpsystems kann dies auch bei
höheren Drücken (bis 10^-3 mbar), z.B. während katalytischer Reaktionen, stattfinden.