Calcium difluoride crystals were investigated with ultraviolet-photoelectron spectroscopy, optical absorption spectroscopy, and electron stimulated desorption. Photoemission from ionic crystals like CaF2 is characterized by some peculiarities that were investigated in detail. Among the investigated effects were the influence of phonons on photoemission (phonon broadening and "quasidirect transitions"), sample charging phenomena, and photoconductivity. It was shown that photoconductivity is caused by thermal detrapping of valence band holes (VK-centers) created in photoemission. Furthermore, the electronic structure of differently prepared CaF2 surfaces was investigated, and first UPS measurements from CaF2 crystals cleaved in UHV are shown. Impurity states on crystals that were cleaved in air and on polished crystals were investigated. By gas dosage experiments, these impurity related states could be assigned to oxygen. Further gas dosage experiments with films of different thickness show that oxygen penetrates the crystal. Changes in the electronic structure of CaF2 were also induced by electron irradiation (1.5 -2.5 keV) and photon irradiation (21.2eV). During electron irradiation of crystals cleaved in air, the oxygen dissolved in the lattice reacts with calcium metal to form CaO.
Desorption of F+ ions from CaF2 single crystals and epitaxial films was investigated using electrons in the energy range from 0.6 to 3.0 keV. Irradiation resulted in a positively charged sample surface, thus giving an undetermined electrostatic contribution to the F+ desorption energies. In this thesis, a method was developed allowing for the first time to measure a positive surface potential of an insulator under electron irradiation. Thus, the kinetic energy of F+ ions desorbing from CaF2 crystals could be corrected for surface charge to determine the energy characteristic for the desorption process. The corrected peak of the F+ kinetic energy distribution was at about 0.9 eV for crystals cleaved in UHV. It was shown that coverage of the surface with oxygen or fluorine results in a high positive potential, while metallization causes a low surface potential. In particular, the surface potential of crystals cleaved in UHV shows a pronounced minimum after about 10 to 20 min of electron irradiation. This effect could be explained by a balance of F+ desorption and diffusion of fluorine from the bulk.
CaF2-Kristalle wurden mittels Ultraviolett-Photoemission (UPS), optischer Spektroskopie und elektronenstimulierter Desorption (ESD) untersucht. Photoemission von ionischen Kristallen wie CaF2 ist durch einige Besonderheiten charakterisiert, die im Detail untersucht wurden, insbesondere der Einfluß von Phononen auf die Photoemission (phononische Verbreiterung und "Quasidirekte Übergänge") sowie Phänomene der elektrischen Aufladung und der Photoleitfähigkeit. Es wurde gezeigt, daß die Photoleitfähigkeit durch thermische Mobilisierung der bei der Photoemission erzeugten Valenzbandlöcher entsteht. Weiterhin wurde die elektronische Struktur verschiedenartig präparierter Oberflächen untersucht, unter anderem werden erste Messungen an im Vakuum gespaltenen Kristallen vorgestellt und diese mit Spektren von an Luft gespaltenen sowie polierten Kristallen verglichen. Durch Dosierung verschiedener Gase konnte gezeigt werden, das die Verunreinigungen auf letzteren vor allem durch Sauerstoff verursacht werden. Weitere Experimente an dünnen Filmen ergaben, daß Sauerstoff nicht nur auf der Oberfläche bleibt, sondern in den Kristall eindringt. Veränderungen der elektronischen Struktur wurden auch durch Elektronenbestrahlung (1.5 - 2.5 keV) und UV-Bestrahlung (21.2 eV) erzeugt. Während Elektronenbestrahlung von an Luft gespaltenen Kristallen reagiert der Sauerstoff der Verunreinigungen mit Kalzium zu CaO.
Desorption von F+-Ionen wurde durch Bestrahlung mit Elektronen im Energiebereich von 0,6 bis 3,0 keV induziert. Dabei lädt sich die Probenoberfläche positiv auf, so daß man einen zunächst unbekannten elektrostatischen Beitrag zur kinetischen Energie der F+-Ionen erhält. In dieser Arbeit wird eine Methode vorgestellt, die es zum ersten Mal erlaubt, ein positives Oberflächenpotential eines Isolators während der Bestrahlung zu messen. Damit gelingt es, die gemessene kinetische Energie der Ionen um den aufladungsbedingten Anteil zu korrigieren und so die für den Desorptionsprozeß charakteristische Energie zu bestimmen. Nach der Korrektur befand sich der Peak der Energieverteilung bei etwa 0,9 eV, die maximale Energie betrug etwa 4 - 5 eV. Sauerstoff oder Fluor auf der Oberfläche verursachen ein hohes Oberflächenpotential, während sich bei metallisierter Oberfläche ein geringes Oberflächenpotential einstellt. Insbesondere wurde gezeigt, daß das Oberflächenpotential eines im Vakuum gespaltenen Kristalls als Funktion der Zeit zunächst rasch abfällt, um dann langsamer wieder anzusteigen. Dieser Effekt wurde gedeutet als verursacht durch ein Wechselspiel von Desorption an der Oberfläche und feldgetriebener Diffusion von Fluor aus tieferen Schichten.
