dcsimg Auger-Elektronenspektroskopie - RÖMPP, Thieme

Auger-Elektronenspektroskopie

(Abkürzung AES, auch Auger-Spektroskopie). Die AES ist eine Form der Sekundärelektronenspektroskopie, die an Atomen, Molekülen oder Festkörpern durchgeführt und häufig als analytisches Verfahren zur Oberflächencharakterisierung (siehe Oberflächenanalysemethoden) eingesetzt wird.

Bei der AES wird zunächst ein Rumpfelektron aus einer inneren Atomschale (z. B. der K-Schale) entfernt, indem die dafür nötige Energie entweder durch Photonen- oder durch Elektronenbeschuss zur Verfügung gestellt wird. Das als Folge der primären Anregung entstandene Elektronenloch zerfällt, indem es durch ein energetisch höher liegendes Elektron (z. B. ein Elektron aus der L2-Schale) besetzt wird, wie dies in Abbildung 1 schematisch in einem Energiediagramm dargestellt ist. Die beim Lochzerfall frei werdende Energie kann entweder in Form von elektromagnetischer Strahlung (hν) emittiert werden (Röntgenfluoreszenz, siehe Fluoreszenz und Röntgenfluoreszenzspektroskopie) oder der Vorgang findet strahlungslos über einen sogenannten Auger-Zerfall statt, bei dem die frei werdende Energie auf ein weiteres Elektron, das sogenannte Auger-Elektron (siehe Konversionselektronen), übertragen wird. Das Auger-Elektron (z. B. ein Elektron aus der L3-Schale) wird vom Atom emittiert und lässt dieses mit zwei Elektronenlöchern zurück.

Abbildung 1: Lochzerfall durch Befüllen eines primär erzeugten Elektronenlochs (siehe linke Teilabbildung) in der K-Schale durch energetisch höher gelegene Elektronen (hier durch Befüllen mit einem Elektron der L-Schale). Der Prozess kann zum Aussenden von Licht führen (Röntgenfluoreszenz; siehe mittlere Teilabbildung) oder das Befüllen des Lochs in der K-Schale findet strahlungslos statt und bewirkt die Emission eines Auger-Elektrons (siehe rechte Teilabbildung). Exemplarisch ist der KLL-Übergang dargestellt. Links neben jedem Energieniveau findet sich die Bezeichnung der jeweiligen Schale und rechts die des beteiligten Atomorbitals. Die Elektronenlöcher im Endzustand werden durch weiße Kreise repräsentiert.
Abbildung 1: Lochzerfall durch Befüllen eines primär erzeugten Elektronenlochs (siehe linke Teilabbildung) in der K-Schale durch energetisch höher gelegene Elektronen (hier durch Befüllen mit einem Elektron der L2-Schale). Der Prozess kann zum Aussenden von Licht führen (Röntgenfluoreszenz; siehe mittlere Teilabbildung) oder das Befüllen des Lochs in der K-Schale findet strahlungslos statt und bewirkt die Emission eines Auger-Elektrons (siehe rechte Teilabbildung). Exemplarisch ist der KL2L3-Übergang dargestellt. Links neben jedem Energieniveau findet sich die Bezeichnung der jeweiligen Schale und rechts die des beteiligten Atomorbitals. Die Elektronenlöcher im Endzustand werden durch weiße Kreise repräsentiert.

Misst man die kinetische Energie des emittierten Auger-Elektrons, lässt sich die Energiedifferenz der beteiligten Zustände des Übergangs bestimmen (im Beispiel von Abbildung 1 ist dies ein KL2L3-Übergang). Der beschriebene Effekt wurde in den 1920er-Jahren unabhängig voneinander von Lise Meitner und Pierre Auger entdeckt und erklärt[1,2]. Die Würdigung durch die Namensgebung wurde jedoch nur Pierre Auger zuteil und der Effekt wird in der Literatur weitgehend als Auger-Effekt bezeichnet.

Theoretischer Hintergrund und Nomenklatur:

Welche Linien im Auger-Spektrum tatsächlich auftreten, wird ersichtlich, wenn man die Übergangswahrscheinlichkeit P der jeweiligen Übergänge berechnet. In der nicht-relativistischen Näherung ergibt sich diese gemäß Gleichung (1):

Dabei wird davon ausgegangen, dass sich die beteiligten Elektronen (Elektron 1 und 2 im Abstand r1r2 = r12) nur durch ihre gegenseitige elektrostatische Abstoßung (e2/|r12|) beeinflussen. Bei schweren Elementen ist der Energiebeitrag aufgrund der jeweiligen Spin-Bahn-Wechselwirkung (∝ii) der einzelnen Elektronen (i = 1, 2) nicht mehr zu vernachlässigen und muss berücksichtigt oder kann sogar zum bestimmenden Energieterm werden. Gemäß Abbildung 1 liegt zum Beispiel bei einem KL2L3-Übergang als Anfangszustand ein primäres Loch in der K-Schale vor, welches von einem Elektron der L2-Schale befüllt wird und dabei (wie oben beschrieben) die frei werdende Energie auf ein Elektron der L3-Schale überträgt. Genügt die übertragene Energie, verlässt das zweite Elektron das Atom und lässt dieses schließlich im Endzustand zweifach ionisiert zurück. Da vom energetischen Standpunkt die Abfolge KL3L2 zur selben Situation führt und die am Lochzerfall beteiligten Elektronen nicht unterschieden werden können, werden bei der Berechnung des Übergangs beide Fälle als sogenannter direkter Term und Austauschterm berücksichtigt[3].

Verwendet man zur Beschreibung Elektronenzustände, entspricht der Anfangszustand |i> in Gleichung (1) einem Elektron in der L2- und einem Elektron in der L3-Schale. Als Endzustand <ƒ| erhält man ein Elektron in der K-Schale und ein freies Elektron. In der gleichwertigen Beschreibung der Zustände über Elektronenlöcher entspricht |i> einem Loch in der K-Schale und <ƒ| jeweils einem Loch in der L2- und in der L3-Schale.

Um zu bestimmen, welche Auger-Übergänge allgemein bei einem KLL-Übergang auftreten, muss die Kopplung der Elektronen- bzw. Lochzustände berücksichtigt werden. Dabei ergeben sich zwei Grenzfälle. Bei leichten Elementen überwiegt der Wechselwirkungsterm gemäß der elektrostatischen Abstoßung und die Drehimpulse der Elektronen(-löcher) im Zustand koppeln gemäß der LS-Kopplung. Im Fall von schweren Atomen koppeln die Lochzustände gemäß der jj-Kopplung, da der Energieterm jedes Elektrons (Lochs) durch die Wechselwirkung des Drehimpulses mit seinem Spin energiebestimmend ist[3,4]. Entsprechend ergeben sich für diese beiden Grenzfälle 6 Terme eines KLL-Übergangs, für welche die spektroskopischen Symbole in der Tabelle angegeben sind. Die Extremfälle der LS- und der jj-Kopplung liegen typischerweise nicht in Reinform vor, sondern in einer Mischung aus beiden, der sogenannten intermediären Kopplung.

Tabelle: Notation der KLL-Auger-Übergänge bei LS-, intermediärer(IC)- und jj-Kopplung (siehe auch Abbildung 2). Die Notation für jj-Kopplung verwendet die Notation der Elektronenschalen (K = 1s, L1 = 2s1/2, L2 = 2p1/2, L3 = 2p3/2). Für die Notation bei LS- und intermediärer Kopplung werden spektroskopische Symbole verwendet. Die mit „(*)“ gekennzeichneten Auger-Übergänge sind paritätsverboten.

In der Tabelle sind die möglichen Übergänge mit den dazugehörigen spektroskopischen Termsymbolen aufgelistet. Die mit „(*)“ gekennzeichneten Übergänge des KLL-Auger-Serienspektrums sind paritätsverboten und führen daher zu keinen oder nur schwachen Linien im Spektrum. Mathematisch entspricht dies einem Verschwinden des Matrixelements in Gleichung (1), welches sich bei ungerader Parität des Gesamtausdruckes innerhalb der Klammer (Bracket) ergibt, d. h. wenn dieser Ausdruck bei Inversion der Ortskoordinaten sein Vorzeichen umkehrt. Da sowohl der Operator e2/|r12| als auch der Zustand |i> gerade Parität besitzen, ist der Übergang mit dem 3P<ƒ|-Zustand bei LS-Kopplung der 2s22p4-Konfiguration paritätsverboten. Die Tabelle zeigt, dass erheblich mehr Möglichkeiten über Auger-Zerfälle existieren als bei strahlendem Lochzerfall, da die Aussendung von Fluoreszenzstrahlung an Dipol-Auswahlregeln gebunden ist und im Fall der Befüllung eines Elektronenlochs der K-Schale nur zu zwei strahlenden Übergängen führt (Übergang aus der L2- und der L3-Schale). Für die in der Tabelle dargestellten Auger-Übergänge der KLL-Auger-Serie lassen sich schließlich die relativen Energien des Spektrums berechnen. Diese sind in Abbildung 2 dargestellt.

Abbildung 2: Die energetische Abfolge der möglichen Übergänge in einem KLL-Auger-Serienspektrum wird durch die Kopplung der beiden am Auger-Übergang beteiligten Elektronen der L-Schale bestimmt. Der graduelle Übergang von LS-Kopplung (links) über intermediäre Kopplung zur jj-Kopplung (rechts) mit zunehmender Kernladungszahl () verändert dabei die Anzahl und die Energieposition der auftretenden Linien im Spektrum. Die dargestellten spektroskopischen Symbole beziehen sich auf die in der Tabelle dargestellte Nomenklatur der Übergänge [aus Literatur, S. 91, Copyright (1983) Wiley].
Abbildung 2: Die energetische Abfolge der möglichen Übergänge in einem KLL-Auger-Serienspektrum wird durch die Kopplung der beiden am Auger-Übergang beteiligten Elektronen der L-Schale bestimmt. Der graduelle Übergang von LS-Kopplung (links) über intermediäre Kopplung zur jj-Kopplung (rechts) mit zunehmender Kernladungszahl (Ordnungszahl) verändert dabei die Anzahl und die Energieposition der auftretenden Linien im Spektrum. Die dargestellten spektroskopischen Symbole beziehen sich auf die in der Tabelle dargestellte Nomenklatur der Übergänge [aus Literatur[5], S. 91, Copyright (1983) Wiley].

Man erkennt, dass eine KLL-Auger-Übergangsserie je nach Kernladungszahl und Kopplungsschema aus einer Vielzahl von Linien besteht, die im Auger-Spektrum als Faltung auftreten. Entsprechendes gilt für Auger-Übergänge anderer Schalen (z. B. LMM-Übergänge usw.). Neben den bereits besprochenen Übergängen treten noch sogenannte Coster-Kronig-Übergänge auf, bei denen sowohl das primäre Loch als auch ein Auger-Elektron aus derselben Schale stammen (etwa LLM-Übergänge). Derartige Übergänge zeichnen sich durch erhöhte Übergangswahrscheinlichkeiten aus, was zu einer Verbreiterung der Linien im Spektrum führt[6]. Liegen alle am Auger-Übergang beteiligten Elektronen auf Energieniveaus derselben Schale, spricht man von Super-Coster-Kronig-Übergängen. Aufgrund der Anforderung an die energetische Lage der beteiligten Zustände, tritt Auger-Elektronenemission über Coster-Kronig-Übergänge nur bei Elementen in bestimmten Bereichen des Periodensystems auf. Sind bei Festkörpern Elektronen des Valenzbandes am Auger-Übergang beteiligt, werden diese in der Nomenklatur mit dem Symbol „V“ abgekürzt (z. B. LVV-Übergang).

Im Gegensatz zum strahlenden Lochzerfall (Fluoreszenz) nimmt die Anzahl der Elektronenlöcher im Atom nach der Emission eines Auger-Elektrons um 1 zu. Die gebildeten Elektronenlöcher liegen nach dem Übergang auf energetisch höheren Schalen. Da diese wieder von energetisch höher liegenden Elektronen befüllt werden, erkennt man, dass ein primär erzeugtes Rumpfelektronenloch eine ganze Kaskade von Auger-Übergängen nach sich zieht, wobei die frei werdende Energie jeweils zur Emission von Elektronen mit zunehmend geringerer kinetischer Energie führt. Da die Übergangswahrscheinlichkeit für Fluoreszenz mit Z4 skaliert, während die Übergangswahrscheinlichkeit für Auger-Übergänge nur schwach mit der Kernladungszahl steigt, nimmt der relative Anteil von Auger-Übergängen gegenüber strahlenden Übergängen mit zunehmender Kernladungszahl ab. Der relative Anteil von Auger-Emission und Fluoreszenz beim Lochzerfall eines primären Lochs aus der K-Schale ist in Abbildung 3 als Funktion der Kernladungszahl Z dargestellt. Man erkennt, dass für leichte Elemente bis zur Kernladungszahl Z = 32 der Anteil der Auger-Emission überwiegt. Beim Lochzerfall der L-Schale ist bis zur Kernladungszahl Z = 50 der wesentliche Zerfallskanal die Auger-Emission. Generell findet man, dass bis zu Übergangsenergien kleiner als ca. 500 eV die Röntgenfluoreszenz gegenüber der Auger-Emission zu vernachlässigen ist[6].

Abbildung 3: Relativer Anteil von Auger- und Röntgenfluoreszenz-Emission, welcher zum Zerfall eines primären Elektronenlochs in der K-Schale beiträgt [aus Literatur, S. 41, Copyright (1985) VCH].
Abbildung 3: Relativer Anteil von Auger- und Röntgenfluoreszenz-Emission, welcher zum Zerfall eines primären Elektronenlochs in der K-Schale beiträgt [aus Literatur[6], S. 41, Copyright (1985) VCH].

Auger-Spektrum:

Aufgrund der oben beschriebenen Auger-Übergänge beim Lochzerfall bestimmen die beteiligten Energieniveaus die kinetische Energie des emittierten Auger-Elektrons. Diese lässt sich anhand der Bindungsenergien (Dissoziationsenergie) abschätzen, die experimentell mittels Röntgen-Photoelektronenspektroskopie (XPS, X-ray photoelectron spectroscopy) bestimmt wurden und im Handbook of X-Ray Photoelectron Spectroscopy[7] hinterlegt sind. Der Vorteil bei diesem Verfahren ist, dass bereits alle Vielteilcheneffekte der jeweiligen Lochzustände in den experimentellen Daten enthalten sind, wodurch die Abschätzung der Auger-Übergangsenergien verbessert wird[8]. Die Berechnung wird am konkreten Beispiel eines KL2L3-Übergangs eines Atoms mit der Kernladungszahl Z verdeutlicht. Es ergibt sich:

Anhand von Abbildung 1 erwartet man zunächst, dass sich die Energie für einen KL2L3-Übergang gemäß

berechnet. Dabei entspricht die Energie des Lochzustandes in der K-Schale der mittels XPS bestimmten Bindungsenergie. Allerdings werden die Energien der L2- und L3-Niveaus des Auger-Übergangs mit einer derartigen Abschätzung nicht korrekt wiedergegeben, da diese Zustände jeweils zwei Elektronenlöcher enthalten. Die formale Erhöhung um ein Elektronenloch in einer inneren Schale kann man dadurch approximieren, dass ein Atom mit der um 1 erhöhten Kernladungszahl (Z+1) betrachtet wird. Da sich jedoch sowohl der L2- als auch der L3-Zustand nur ein zusätzliches Loch teilen, verwendet man für die Approximation der jeweiligen Energieniveaus das arithmetische Mittel der XPS-Bindungsenergien zum Atom mit der Kernladungszahl Z und dem der Kernladungszahl Z+1. Trotz der relativ groben Näherung liefert die beschriebene Abschätzung Werte für die Auger-Energien mit Genauigkeiten im Prozentbereich. Die experimentell bestimmten Auger-Energien finden sich im Handbook of Auger Electron Spectroscopy[9] und sind in Abbildung 4 zusammengestellt.

Abbildung 4: Auger-Energien der KLL-, LMM- und MNN-Auger-Übergänge als Funktion der Kernladungszahl Z (aus Literatur, S. 65, mit freundlicher Genehmigung von Springer Science+Business Media).
Abbildung 4: Auger-Energien der KLL-, LMM- und MNN-Auger-Übergänge als Funktion der Kernladungszahl Z (aus Literatur[8], S. 65, mit freundlicher Genehmigung von Springer Science+Business Media).

Man erkennt in der Abbildung deutlich die Abhängigkeit der Energie von der Kernladungszahl, weshalb sich die AES zur Elementanalyse einsetzen lässt. Da jedes Energieniveau einer sogenannten chemischen Verschiebung unterworfen ist, lässt sich anhand der Elektronenenergie der emittierten Auger-Elektronen auf die chemische Umgebung der Probe (z. B. den Oxidationszustand) schließen. Da beim Auger-Übergang drei Niveaus beteiligt sind, ist die Analyse typischerweise komplizierter als in der Photoelektronenspektroskopie (PES). In speziellen Fällen lässt sich jedoch anhand der Signatur der AES auf die Oxidationszahl schließen, die mit Hilfe der PES nicht gut zu identifizieren ist, z. B. bei der spektroskopischen Identifizierung von Ag2O[10,11] und Cu2O[12,13].

Experimenteller Aufbau:

Wie bereits erwähnt, kann das primäre Rumpfelektronenloch durch Photonen erzeugt werden. Daher treten Auger-Übergänge als Linien im Röntgenphotoelektronenspektrum auf und der experimentelle Aufbau entspricht dem eines Photoelektronenspektroskopie-Experimentes (siehe XPS).

Andererseits lässt sich das primäre Loch auch mit Elektronenbestrahlung erzeugen, was einen sehr kompakten Aufbau des Auger-Elektronenspektrometers erlaubt. Abbildung 5 zeigt schematisch, wie ein derartiges Gerät aufgebaut ist und betrieben wird.

Abbildung 5: Schematischer Aufbau eines Auger-Elektronenspektrometers mit einem zylindrischen Spiegelanalysator (cylindrical mirror analyzer, CMA), bestehend aus einem inneren Zylinder mit zwei Schlitzen, einem äußeren Zylinder und einer magnetischen Abschirmung. Die Elektronenkanone (E-Kanone) befindet sich innerhalb des inneren Zylinders zwischen den beiden Schlitzen. Die bandpassgefilterten Elektronen werden im Detektor (E-Detektor) hinter dem inneren Zylinder nachgewiesen. Die Ionenkanone dient zur Reinigung der Probe und kann ebenfalls zur Tiefenprofilierung verwendet werden.
Abbildung 5: Schematischer Aufbau eines Auger-Elektronenspektrometers mit einem zylindrischen Spiegelanalysator (cylindrical mirror analyzer, CMA), bestehend aus einem inneren Zylinder mit zwei Schlitzen, einem äußeren Zylinder und einer magnetischen Abschirmung. Die Elektronenkanone (E-Kanone) befindet sich innerhalb des inneren Zylinders zwischen den beiden Schlitzen. Die bandpassgefilterten Elektronen werden im Detektor (E-Detektor) hinter dem inneren Zylinder nachgewiesen. Die Ionenkanone dient zur Reinigung der Probe und kann ebenfalls zur Tiefenprofilierung verwendet werden.

In der Abbildung ist ein sogenannter zylindrischer Spiegelanalysator (cylindrical mirror analyzer, CMA) abgebildet, der aus zwei konzentrischen Zylindern besteht, die zur Energiefilterung der emittierten Elektronen eingesetzt werden. Der innere Zylinder enthält zwei Schlitze, welche die Elektronenbahnen der gefilterten Elektronen definieren. Innerhalb des inneren Zylinders lässt sich die benötigte Elektronenkanone im Bereich zwischen den beiden Schlitzen integrieren. Die in der Kanone erzeugten Elektronen werden auf die Probe fokussiert, wo sie die Emission von Auger-Elektronen auslösen. Diese verlassen die Probe und treten in den auf Erdpotential liegenden inneren Zylinder des CMA ein. Durch Anlegen einer negativen Spannung am äußeren Zylinder werden die Elektronen auf ihrer Flugbahn nach dem Durchtritt durch den ersten Schlitz des inneren Zylinders reflektiert. Nur Elektronen einer geeigneten kinetischen Energie E (Passenergie) werden auf ihrer Flugbahn so abgelenkt, dass sie durch den zweiten Schlitz des inneren Zylinders treten können und den Elektronendetektor hinter dem inneren Zylinder erreichen (Bandpassfilterung). Der Detektor besteht aus einem Elektronenvervielfacher (siehe Photomultiplier) und erlaubt die Detektion des sogenannten N(E)-Spektrums. Dies wird aufgenommen, indem man die Spannung am äußeren Zylinder proportional zur Passenergie E durchstimmt (Sweep-Spannung) und gleichzeitig die Anzahl N der energiegefilterten Elektronen misst. Darüber hinaus sind auch andere Filterkonzepte mit einem CMA möglich, bei denen z. B. zusätzlich das Potential des inneren Zylinders verändert wird. Zusätzlich zum abgebildeten CMA ist in Abbildung 5 noch eine Ionenkanone abgebildet. Diese wird dazu verwendet, die Oberfläche (z. B. durch Ar+-Beschuss) von Fremdatomen zu reinigen oder die Oberfläche gezielt abzutragen, um tiefere Schichten freizulegen (Tiefenprofilierung, siehe unten).

Da in einem Rasterelektronenmikroskop (siehe Elektronenmikroskop) bereits eine Elektronenpunktquelle enthalten ist, lässt sich diese Mikroskopieart durch Einbau eines geeigneten Energieanalysators mit der sogenannten Raster-Auger-Elektronenmikroskopie verbinden. Hier sind u. a. Energieanalysatoren von Vorteil, die einen weiten Abstand zur Probe zulassen[14]. Auger-Elektronenspektroskopie lässt sich ebenfalls mit Photoelektronenmikroskopie (siehe Photoelektronenspektroskopie) bzw. Niederenergie-Elektronenmikroskopie (siehe Photoemissions- und Niederenergie-Elektronenmikroskopie) verbinden und in einem sogenannten SPELEEM-Instrument betreiben.

N(E)-Auger-Elektronenspektren weisen typischerweise schwache Linien auf einem sehr hohen Untergrundsignal auf, wenn die primäre Locherzeugung durch Elektronenbestrahlung erzeugt wird. Deshalb wird sehr häufig eine Lock-in-Technik zur Signalanalyse verwendet (siehe Lock-in-Verstärkertechnik). Dazu wird zusätzlich zur Sweep-Spannung am äußeren Zylinder eine Wechselspannung mit geeigneter Frequenz addiert und vom detektierten Elektronensignal nur die Komponente verstärkt, die sich in Phase mit der Modulationsspannung verändert, so dass nicht das N(E)-Spektrum, sondern dessen Ableitung (dN/dE) aufgenommen wird. Abbildung 6 zeigt das N(E)- sowie das dN/dE-Auger-Spektrum eines Ni3Al(111)-Einkristalls, auf dem sich eine geringe Menge von Sauerstoff-Atomen befindet. Die Entfernung des Untergrundes durch die Differentiation und das damit verbesserte Signal-zu-Rausch-Verhältnis ist klar ersichtlich. Aus diesem Grund werden im Handbook of Auger Electron Spectroscopy[9] nur die dN/dE-Spektren der Elemente des Periodensystems hinterlegt.

Abbildung 6: ()-Vollspektrum (in Schwarz) eines NiAl(111)-Einkristalls, welches durch Elektronenbeschuss bei 2000 eV erzeugt wurde. Als wesentliches Merkmal erkennt man im Spektrum den Sekundärelektronenberg bei Energien <20 eV und den sogenannten elastischen Peak, der durch gestreute Elektronen ohne Energieverlust hervorgerufen wird. Im Detail-()-Spektrum mit verbesserter Zählstatistik (in Rot) erkennt man die O- und die Ni-Auger-Übergänge als kleines Signal auf einem sehr hohen Untergrundniveau. Wird anstatt des ()-Signals mit Hilfe der Lock-in-Technik das differenzierte Signal (d/d) aufgenommen, lässt sich das hohe Untergrundsignal unterdrücken (in Blau) (mit freundlicher Genehmigung von Sebastian Günther).
Abbildung 6: N(E)-Vollspektrum (in Schwarz) eines Ni3Al(111)-Einkristalls, welches durch Elektronenbeschuss bei 2000 eV erzeugt wurde. Als wesentliches Merkmal erkennt man im Spektrum den Sekundärelektronenberg bei Energien <20 eV und den sogenannten elastischen Peak, der durch gestreute Elektronen ohne Energieverlust hervorgerufen wird. Im Detail-N(E)-Spektrum mit verbesserter Zählstatistik (in Rot) erkennt man die OKLL- und die NiLMM-Auger-Übergänge als kleines Signal auf einem sehr hohen Untergrundniveau. Wird anstatt des N(E)-Signals mit Hilfe der Lock-in-Technik das differenzierte Signal (dN/dE) aufgenommen, lässt sich das hohe Untergrundsignal unterdrücken (in Blau) (mit freundlicher Genehmigung von Sebastian Günther).

Anwendung:

Die AES lässt sich an einzelnen, wechselwirkungsfreien Atomen (z. B. in Gasen, kondensiert in einer Edelgasmatrix oder in einem Atomstrahl) durchführen. Andererseits wird die AES besonders für die Analyse von Festkörperoberflächen eingesetzt. Da Auger-Elektronen aufgrund ihrer geringen kinetischen Energie nur aus oberflächennahen Bereichen eines Festkörpers ohne Energieverlust entkommen können (typisch sind „Entkommtiefen“ von 0,3–3 nm), ist die AES ähnlich wie die PES eine besonders leistungsfähige Analysemethode zur Charakterisierung der obersten Schichten von Festkörpern. Die Sensitivität der Methode (besonders für leichte Elemente) erlaubt die Analyse von Adsorbatschichten, Oberflächenausscheidungen niedriger Konzentration oder die Untersuchung dünnster Schichten (Filme, siehe dünne Schichten) auf Oberflächen. Entsprechend weit verbreitet ist die AES in der Materialforschung, der Katalyse und der Oberflächenchemie. Wird die Oberfläche gezielt durch Ionenbeschuss abgetragen, während die chemische Zusammensetzung der Probe mittels AES analysiert wird, so lässt sich das Tiefenprofil einer Probe ähnlich der entsprechenden Technik in der PES erstellen[15].

Löst man die Emission von Auger-Elektronen durch die Bestrahlung mit Photonen aus, können die Auger-Elektronen in zeitlicher Koinzidenz mit dem Photoelektron detektiert werden, welches das primäre Elektronenloch des Auger-Übergangs erzeugt hat. Durch diese Technik lassen sich z. B. Valenzbandzustände in Halbleitern mit hoher chemischer Sensitivität analysieren[16]. Es konnte gezeigt werden, dass die Auger-Elektronenemission in Koinzidenz mit dem primär erzeugten Photoelektron als ein quantenmechanischer Zustand und nicht als Folge zweier, aufeinanderfolgender Prozesse aufzufassen ist[17].

Die starke Kopplung des primären Lochzustandes mit dem folgenden Auger-Übergang wird bei sogenannter resonanter Anregung mit Photonen untersucht. Wird das primäre Loch mit Photonen einer Energie erzeugt, die oberhalb der Ionisationsschwelle des jeweiligen Atoms liegt, so kann anstelle der direkten Emission des Photoelektrons die Energie auf die anderen Elektronen des Atoms umverteilt werden. Zerfällt der elektronisch angeregte Atomzustand strahlungslos über die Emission von Auger-Elektronen spricht man von Autoionisation und unterscheidet sogenannte Spektator- und Partizipatorzerfälle.

Auger-Übergänge führen auch in der Penning-Ionisationsspektroskopie (PIES), siehe Penning-Ionisation, bzw. der sogenannten Metastable Induced Electron Spectroscopy (MIES) oder Metastable Atom Electron Spectroscopy (MAES) zur Aussendung von Auger-Elektronen[18-20]. Auch hier wird zwischen Spektator- und Partizipatorübergängen unterschieden. Schließlich spielen Auger-Übergänge eine wesentliche Rolle bei der Neutralisation von niederenergetischen Ionen vor Oberflächen, die bei der Streuung von niederenergetischen Ionen [low energy ion scattering (LEIS), siehe Ionenstreuspektroskopie] von Bedeutung sind[21].

Literatur: 
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[2] Auger, P., Sur l'Effet Photoélectrique Composé, In J. Phys. Radium, (1925) 6(6), 205–208
[3] Chartarji, D., The Theory of Auger Transitions, Academic Press: New York, NY, (1976)
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[5] Briggs, D.; Seah, M. P., Hrsg., Practical Surface Analysis by Auger and X-Ray Photoelectron Spectroscopy, John Wiley & Sons: New York, NY, (1983)
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[8] Lüth, H., Surfaces and Interfaces of Solid Materials, 3. Aufl.; Springer: Berlin, (1995)
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[18] Sesselmann, W.; Woratschek, B.; Ertl, G.; Küppers, J., Penning Ionization Electron Spectroscopy of Molecular Adsorbates on Pd and Cu Surfaces, In Surf. Sci., (1984) 146(1), 17–42
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[20] Harada, Y.; Masuda, S.; Ozaki, H., Electron Spectroscopy Using Metastable Atoms as Probes for Solid Surfaces, In Chem. Rev. (Washington, DC, U. S.), (1997) 97(6), 1897–1952
[21] Niehus, H.; Heiland, W.; Taglauer, E., Low-Energy Ion Scattering at Surfaces, In Surf. Sci. Rep., (1993) 17(4–5), 213–303
Übersetzungen:
EAuger (electron) spectroscopy
Fspectroscopie d'électrons Auger
Ispettroscopia di Auger
Sespectroscopía de electrones Auger
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