Entwicklung eines Spektrometers zur Vermessung der Emissionscharakteristik von Photoelektronen

Diplomarbeit von Jens Deipenwisch

Einleitung:

Ziel dieser Arbeit ist es, ein Elektronenspektrometer zu entwickeln, aufzubauen und zu testen, welches erstmals die Möglichkeit bietet, die Energie- und Winkelverteilung von Photoelektronen simultan zu messen. Dazu werden die Elektronen durch ein elektrisches Feld auf einen positionsempfindlichen Detektor abgebildet. Aus der gemessenen Flugzeit und dem Auftreffort auf dem Detektor kann der dreidimensionale Impuls der Photoelektronen berechnet werden. Äquivalent hierzu ist die Angabe der Energie, sowie des polaren und des azimutalen Emissionswinkels der Photoelektronen. Darüber hinaus sollten, falls die parallel aufgebaute Kammer zur Präparation der Kristalle rechtzeitig zur Verfügung stünde, möglichst erste Messungen zur winkeldifferentiellen Photoemission durchgeführt werden.

Gang der Untersuchung:

In Kapitel 1 werden zunächst die theoretischen Grundlagen der Photoemission aus NEA-GaAs-Halbleiterkristallen erklärt und die zu erwartenden Energien der Elektronen diskutiert. Zur Erzeugung des Zustandes der negativen Elektronenaffinität für die Halbleiterkristalle wird ein aufwendiges Mehrkammer-Präparationssystem benötigt, dessen Aufbau und Funktionsprinzip in Kapitel 2 näher erläutert wird. Der Aufbau des Spektrometers zur Vermessung der Emissionscharakteristik der Photoelektronen wird in Kapitel 3 vorgestellt. Um die Flugbahnen der Elektronen im Spektrometerinnern zu untersuchen, wurden Simulationsrechnungen durchgeführt. Diese werden in Kapitel 4 zusammen mit dem Auflösungsvermögen des Spektrometers beschrieben. Kapitel 5 befasst sich mit den ersten Testmessungen, die mit dem Elektronenspektrometer durchgeführt wurden. Aufgrund unvermeidbarer Konstruktionsmerkmale der Kristallhalterung sind diese Testmessungen und die daraus erhaltenen Energieverteilungen der Photoelektronen jedoch nicht aussagekräftig, wie der Vergleich mit aktuellen Messungen zeigt. Eine verbesserte Kristallhalterung wurde konstruiert und beendet sich derzeit in der Fertigung.

Inhaltsverzeichnis: