Tyhjiötasot

Tyhjiötasot (tyhjiötaso yksikkönä) ovat energiatason viitepisteitä, jotka liittyvät elektronien tilaan tyhjiössä. Tyhjiötaso, Evac, määrittelee energian, jonka elektronilla olisi vapaaehtoisesti ollessaan aivan pinnan ulkopuolella tyhjiössä. Näitä tasoja käytetään laajalti pintatieteen ja materiaali­tieteen energianskaaloja selittäessä sekä energiatason vertailussa eri kokeissa.

Tyhjiötason ja materiaalin sisäenergioiden välinen suhde tunnetaan erityisesti työfunktiolla, phi. Työfunktio on energian määrä, joka vaaditaan siirtämään elektroni Fermi-tasolta materiaalin sisäisestä tilasta Evaciin. Kaava phi = Evac – EF kuvaa tämän eron. Siten Evac asettuu usein EF:n yläpuolelle tietyn phi-arvon verran. Erityisesti puolijohteissa, eristeissä ja molekyylikerroksissa Evacin ja rakennetta ohjaavien tasojen, kuten johtotason ja konduktio­bandin, välinen asettelu sekä elektronin affiniteetti vaikuttavat liityntäprosesseihin.

Mittaaminen ja sovellukset: Tyhjiötasoa ja työfunktiota voidaan arvioida Kelvinin kohteensapriinillä (Kelvin probe) sekä fotonienergian perusteella, kuten ultraviolettisessa photoelectron-spektroskopiassa (UPS) ja röntgenphotoelektronissa spektroskopiassa (XPS). UPS ja ARPES mittaavat elektronien energiaa suhteessa Evaciin, jolloin tilojen riippumaton energiaskaala voidaan asettaa. Tyhjiötason ajankohtainen asema on keskeinen, kun tutkitaan rajapintoja ja varauk­sensiirtoa organiikassa, aurinkokennoissa ja other heterostruktuura­yhteyksissä; Evacin alignement ja mahdolliset dipolivaikutukset vaikuttavat tehokkaasti liikenteeseen ja vuorovaikutuksiin.

Käytännön merkitys: Evac antaa vertailukohdan eri materiaalien ja kokeiden tulkintaan sekä ohjaa analyysia, kun suunnitellaan ja optimoidaan pintojen ja rajapintojen sähköisiä ominaisuuksia.