Elektronenspektroskopie

Elektronenspektroskopie bezeichnet eine Gruppe analytischer Verfahren, die die Energie von Elektronen untersuchen, die mit einer Probe wechselwirken oder aus ihr austreten. Die gemessenen Energien liefern Informationen über chemische Elemente, deren Bindungszustände und die elektronische Struktur der Probe, insbesondere der Oberfläche oder dünner Filme.

Zu den wichtigsten Verfahren gehören die Photoelektronenspektroskopie (XPS/ESCA) und die Ultraviolet Photoelectron Spectroscopy (UPS). XPS misst die Bindungsenergien der inneren Elektronen und liefert Elementnachweise sowie chemische Zustandsinformationen; die Probenoberfläche spielt dabei eine zentrale Rolle, typischerweise wenigen Nanometern Dicke. UPS fokussiert auf Elektronen aus dem Valenzbereich und dient der Untersuchung der elektronischen Struktur, der Occupation von Zuständen und der Arbeitseinderung. Beide Methoden ermöglichen qualitative und quantitative Analysen, einschließlich der Bestimmung relativer Elementanteile und chemischer Spezies.

Weitere Verfahren sind die Auger-Elektronenspektroskopie (AES) und die Elektronenenergieverlust-Spektroskopie (EELS). AES nutzt die Energie der Auger-Elektronen und eignet sich gut für Oberflächenanalysen chemischer Zustände. EELS misst den Energieverlust der Elektronen bei Streuung, oft in der Transmission durch dünne Proben, und liefert Informationen zu Bandstrukturen, Plasmonen, chemischen Zuständen sowie zur chemischen Zusammensetzung.

Typische Anwendungen liegen in der Materialwissenschaft, Oberflächenforschung, Katalyse, Halbleitertechnik und Korrosionsuntersuchungen. Wichtige Limitationen umfassen die Anforderung an Vakuum, Oberflächenempfindlichkeit, potenzielle Probenladung bei isolierten Substanzen sowie nötige Kalibrierung und Standards für quantitative Auswertungen.