Kursinformation

Lehrinhalte
Sinn dieser Vorleung ist es, einerseits die Bedeutung von Festkörperober-
flächen für moderne Bauelemente durch die Korrelation der speziellen Ober-
flächeneigenschaften und deren Nutzbarmachung zu klären und andererseits
ein tiefgreifendes Verständnis der Methoden zur strukturellen, chemischen
und elektronischen Analyse von Festkörperoberflächen zu vermitteln, wel-
ches ein strategisches Anwenden der Methoden zur vollständigen Charakteri-
sierung der Oberflächen von Materialien in der Praxis erlaubt.

Inhalt:

0 Einleitung ? Bedeutung von Festkörperoberflächen

1 Erinnerung an einige Grundlagen der Festkörperphysik
1.1 Kristallgitter und reziproke Gitter
1.2 Gitterschwingungen
1.3 Von Bindungen zu Bändern: elektronische Struktur von Festkörpern
1.4 Eigenschaften von Festkörpern

2 Grundlagen der Physik und Chemie an Festkörperoberflächen
2.1 Struktur von idealen und realen Oberflächen
2.1.1 Oberflächenorientierungen und Oberflächenmaschen
2.1.2 Relaxation und Rekonstruktion
2.1.3 Stufen, Kinken und Fehlstellen: Diffusion und Massentransport
2.1.4 Thermodynamische Betrachtungen: Oberflächenspannung,
"stress and strain" und Oberflächenaufrauhung
2.1.5 Eigenschaften polykristalliner und amorpher Oberflächen
2.2 Oberflächenphononen
2.3 Elektronische Struktur von Oberflächen
2.3.1 Oberflächenbandstruktur
2.3.2 Oberflächenzustände
2.3.3 Austrittsarbeit
2.3.4 Energetische Verhältnisse an Oberflächen: Oberflächenrumpf-
niveauverschiebungen (surface core level shift) und Oberflächen-
bandverbiegung
2.4 Präparation sauberer und geordneter Festkörperoberflächen
2.5 Adsorption
2.6 Epitaxie und Schichtwachstum
2.7 Chemische Reaktionen an Festkörperoberflächen
2.8 Katalyse

3 Spektroskopische Methoden zur Untersuchung der chemischen
Zusammensetzung und der elektronischen Struktur
3.1 Elektronenspektroskopie
3.1.1 Wechselwirkungen von Elektronen mit Festkörperoberflächen
3.1.2 Augerelektronenspektroskopie (AES)
3.1.3 Photoelektronenspektroskopie (PES)
3.1.3.1 Röntgenphotoelektronenspektroskopie (XPS)
3.1.3.2 Ultraviolettphotoelektronenspektroskopie (UPS)
3.1.3.3 Photoelektronenspektroskopie mit Synchrotronstrahlung
3.1.4 Inverse Photoemissionsspektroskopie (IPE, BIS)
3.1.5 Elektronenenergieverlustspektroskopie (ELS)
3.2 Röntgenabsorptionsspektroskopie (XAS, NEXAFS)
3.3 Röntgenemissionsspektroskopie (XES)
3.4 Desorptionsspektroskopien
3.4.1 Thermodesorptionsspektroskopie (TDS)
3.4.2 Elektronen-stimulierte Desorption (ESD)
3.4.3 Photonen-stimulierte Desorption (PSD)
{3.5 Sekundärionenmassenspektrometrie (SIMS)}
{3.6 Optische Spektroskopie}

4 Methoden zur Untersuchung der phononischen Struktur
4.1 Hochauflösende Elektronenenergieverlustspektroskopie (HREELS)
4.2 Infrarotspektroskopie
4.3 Raman-Spektroskopie
{4.4 Neutronenbeugung}

5 Beugungs- und Streumethoden zur Untersuchung der Kristallstruktur
5.1 Elektronenbeugung
5.1.1 Beugung niederenergetischer Elektronen (LEED)
5.1.2 Beugung hochenergetischer Elektronen (RHEED)
5.1.3 Beugung mittelenergetischer Elektronen (MEED)
5.1.4 Photo- und Augerelektronenbeugung (PD, XPD, AED)
5.2 Röntgenabsorptionsfeinstrukturspektroskopie (EXAFS)
{5.3 Ionenstreuung (ISS, LEISS)}
{5.4 Rutherford Backscattering (RBS)}
{5.5 Röntgenbeugung (XRD)}

6 Mikroskopische Methoden zur Untersuchung von Oberflächen
6.1 Feldionenmikroskopie (FIM)
6.2 Feldemissionsmikroskopie (FEM)
6.3 Rastersondenmethoden
6.3.1 Rastertunnelmikroskopie
6.3.2 Rasterkraftmikroskopie
{6.3.3 Optischen Nahfeldmikroskopie (SNOM)}
{6.4 Elektronenmikroskopie ((HR)SEM, TEM)}
6.5 Mikrospektroskopie und Spektromikroskopie: das Photoemissions-
elektronenmikroskop (PEEM)
{6.6 Röntgenmikroskopie}

{Diese Themen werden nur kurz in den Zusammenhang der anderen Methoden
gestellt, da sie bereits in anderen Vorlesungen ausführlich behandelt werden
und nicht direkt relevant für Oberflächen sind}

Literatur
-N.W. Ashcroft, N.D. Mermin: Solid State Physics (ITPS Thomson Learning, 2000)
-C.Kittel: Einführung in die Festkörperphysik (Oldenbourg, 1989)
-H.Ibach, H.Lüth: Einführung in die Festkörperphysik (Springer, 1989)
-K.H.Hellwege: Festkörperphysik (Springer, 1981)
-C.Hamann, C.Weißmantel: Grundlagen der Festkörperphysik (Springer, 1995)
-L.Bergmann, C.Schaefer: Band 6 ? Festkörperphysik (deGruyter, 1992)
-A.Zangwill: Physics at surfaces (Cambridge University Press, 1988)
-A.P.Sutton: Elektronische Struktur in Materialien (VCH, 1996)
-M.Henzler, W.Göpel: Oberflächenphysik des Festkörpers (Teubner, 1991)
-L.C.Feldman, J.W.Mayer, Fundamentals of surfaces and thin film analysis
(North Holland, 1986)
-H.Lüth: Surfaces and Interfaces of Solid Materials (Springer, 1995)
-S.G.Davison, M.Steslicka: Basic Theory of Surface States (Oxford Science
Publications, 1992)
-P.Y.Yu, M.Cardona: Fundamentals of Semiconductors (Springer, 1996)
-W.Mönch: Semiconductor Surfaces and Interfaces (Springer, 2001)
-G.Ertl, J.Küppers: Low Energy Electrons and Surface Chemistry (VCH, 1974)
-J.B.Pendry: Low Energy Electron Diffraction (Academic Press, 1974)
-M.A.van Hove, S.Y.Tong: Surface Crystallography by LEED (Springer, 1979)
-D.P.Woodruff, T.A.Delchar: Modern Techniques in Surface Science (Cambridge
University Press, 1986)
-D.Briggs, M.P.Seah: Practical Surface Analysis (Wiley, 1996)
-F.Reinhard, St.Hüfner: Photoelektronenspektroskopie (Physik Journal September 2002)
-St.Hüfner: Photoelectron Spectroscopy (Springer, 1994)
-M.Cardona, L.Ley: Photoemission in Solids I II (Springer)
-M.Grasserbauer, H.J.Dudek, M.F.Ebel: Angewandte Oberflächenanalyse (Springer, 1986)
-M.Grasserbauer, H.W.Werner: Analysis of Microelectronic Materials and
Devices (Wiley, 1991)
-R.Courths, S.Hüfner, Phys. Rep. 112, 53 (1984)
-C.R.Brundle, A.D.Baker: Electron spectroscopy: Theory, techniques and
applications (Academic press, 1977)
-C.D.Wagner, W.M.Riggs, L.E.Davis, J.F.Moulder, G.E.Muilenberg: Handbook
of X-ray Photoelectron Spectroscopy (Perkin-Elmer 1979)
-V.Dose: Inverse Photoemission Spectroscopy
-H.Kuzmany: Festkörperspektroskopie ? Eine Einführung (Springer, 1990)
-O.Schaff, A.M.Bradshaw: Photoelektronenbeugung, Phys. Bl. 52 (1996) 997
-C.S.Fadley: The Study of Surface Structures by Photoelectron Diffraction
and Auger Electron Diffraction (Synchrotron Radiation Research: Advances
in Surface and Interface Science, Vol 1: Techniques, Plenum Press, 1992)

-W.F.Egelhoff: X-Ray Photoelectron and Auger Electron Forward Scattering:
A Structural Diagnostic for Epitaxial Thin Films (Ultrathin Magnetic Structures
I - An Introduction to Electronic, Magnetic and Structural Properties,
Springer, 1994)
-H.-J.Güntherodt, R.Wiesendanger: Scanning Tunneling Microscopy I-III (Springer, 1994)
-J.T.Yates: Experimental Innovations in Surface Science (Springer, 1997)

Voraussetzungen
Studenten der Materialwissenschaften, Physik oder Chemie ab 5. Semester

Online platform
moodle