Auger-Elektronen-Spektroskopie

Die Auger-Elektronen-Spektroskopie beruht auf der Messung der Elektronen, die aufgrund des Auger-Effektes aus Festkörpern durch Beschuss mit Elektronen emittiert werden.

Durch Beschuss mit Elektronen mit Energien von etwa 50 eV bis 3 keV werden Elektronen in der Probe angeregt, d.h. auf höhere Energieniveaus gebracht.
Beim Auger-Effekt springen diese Elektronen nun aus diesem höheren Energiezustand in einen tieferen, freien Zustand.
Die dabei freiwerdende Energie wird entweder zur Aussendung eines weiteren Elektrons, des Auger-Elektrons, verwendet oder als charakteristische Röntgenstrahlung abgegeben.
- Man geht davon aus, dass auch bei der Aussendung eines Auger-Elektrons zunächst ein Röntgenphoton emittiert wird, dieses aber im gleichen Atom sofort wieder absorbiert wird und damit zur Emission des Auger-Elektrons führt. Der Auger-Effekt wird daher auch als innerer Photoeffekt bezeichnet.
- Auch bei der normalen Photoelektronenspektroskopie treten Auger-Elektronen auf.
Die Energie des Auger-Elektrons ist nur von den Energieniveaus des beteiligten Atoms abhängig. Sie ergibt sich aus dem Energieniveau des ursprünglichen freien Zustands, dem Ausgangsniveau des Elektrons, das den Zustand füllt sowie dem Ausgangsniveau des Auger-Elektrons.
Die Zahl der emittierten Auger-Elektronen hängt zusätzlich von der Ordnungszahl des untersuchten Elements ab: Am meisten Auger-Elektronen werden von sehr leichten Elementen emittiert. Mit zunehmender Ordnungszahl steigt der Anteil der emittierten Röntgenstrahlung, so dass chemische Analysen mit Hilfe der Auger-Elektronen-Spektroskopie auf leichtere Elemente beschränkt ist.

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Im Experiment wird die Probe mit hochenergetischen Elektronen, d.h. mit einer kinetischen Energie von über 1 keV, oder Röntgenstrahlung beschossen.
Dadurch entstehen unbesetzte Zustände (Löcher) in tiefen Energieniveaus, die im oben beschrieben Auger-Prozess mit Elektronen höherer Energieniveaus aufgefüllt werden.
Die durch den Auger-Effekt verursachten Peaks sind, anders als bei durch Photoelektronen erzeugten Peaks, nicht von der Energie des eingestrahlten Ultraviolett- oder Röntgenlichts abhängig.
Die Auger-Elektronen-Spektroskopie ist aufgrund der geringen Eindringtiefe von Elektronen im relevanten Energiebereich eine sehr oberflächenspezifische Methode. Die erfasste Materialschicht umfasst typischerweise nur die obersten zehn Atomlagen.
- Das Verfahren kann daher sehr effizient zur örtlich hochauflösenden (0,1 µm - 100 µm) Detektion von Verunreinigungen benutzt werden.
- Soll dagegen wirklich das reine Material erfasst werden und nicht unabsichtlich aufgebrachte Verunreinigungen, die bei der Probenpräparation entstanden sind, so müssen diese zum Beispiel durch Sputtern mit Argon entfernt werden.
Mit einem Auger-Elektronen-Spektroskop können auch Bilder von der Art eines Rasterelektronenmikroskops erzeugt werden, allerdings mit deutlich schlechterer Bildqualität.