dc.contributor.author
Huisinga, Marten
dc.date.accessioned
2018-06-07T15:40:54Z
dc.date.available
1999-04-22T00:00:00.649Z
dc.identifier.uri
https://refubium.fu-berlin.de/handle/fub188/1443
dc.identifier.uri
http://dx.doi.org/10.17169/refubium-5645
dc.description
Titelblatt, Inhalt, Danksagung
1\. Introduction
2\. The investigated material: Calcium fluoride
2.1. Structure of the CaF2 crystal
2.2. Defects and surface defects in CaF2
2.3. Defect aggregation: Metal colloids
2.4. Stopping power and penetration depth of low energy electrons in CaF2
2.5. Mean free path in insulators
3\. Photoemission
3.1. Angular resolved photoemission
3.2. Dipole selection rules
4\. Experimental setup
4.1. UHV system
4.2. Ultraviolet photoelectron spectroscopy
4.3. Optical spectroscopy
4.4. Electron stimulated desorption
4.5. Preparation of thin epitaxial CaF2 films on Si (111)
5\. Ultraviolet photoelectron spectroscopy (UPS) on CaF2
5.1. Introduction
5.2. Basic features
5.3. Photoemission from differently prepared CaF2 surfaces
5.4. Irradiation induced effects in CaF2
6\. Optical transmission spectroscopy on CaF2
7\. Electron stimulated desorption (ESD)
7.1. Introduction
7.2. Surface potential determination
7.3. Charge corrected kinetic energy of F+ ions
7.4. Field driven diffusion
7.5. Desorption from thin epitaxial CaF2 films
8\. Summary
Literaturverzeichnis
dc.description.abstract
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.
de
dc.description.abstract
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.
de
dc.rights.uri
http://www.fu-berlin.de/sites/refubium/rechtliches/Nutzungsbedingungen
dc.subject
73.61.Ng 79.60.-i 73.20.Hb 79.20.La 79.20.Hx
dc.subject.ddc
500 Naturwissenschaften und Mathematik::530 Physik::530 Physik
dc.title
Ultraviolet photoelectron spectroscopy and electron stimulated desorption from
CaF2
dc.contributor.firstReferee
Prof. Dr. Dr.h.c. Eckart Matthias
dc.contributor.furtherReferee
Prof. Dr. Karl-Heinz Rieder
dc.date.accepted
1998-12-17
dc.date.embargoEnd
1999-04-28
dc.identifier.urn
urn:nbn:de:kobv:188-1999000249
dc.title.translated
Ultraviolett-Photoelektronenspektroskopie und Elektronenstimulierte Desorption
von CaF2
de
refubium.affiliation
Physik
de
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FUDISS_thesis_000000000200
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http://www.diss.fu-berlin.de/1999/24/
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open access