uber adsorbatbedingte Effekte gewinnen kann.
3.6 Bestimmung des Gasangebots
Um nach einem Adsorptionsexperiment die genaue Menge des angebotenen Gases be-stimmen zu k¨onnen, wurde w¨ahrend der Experimente der von der Ionisationsmessr¨ohre angezeigte Druck aufgezeichnet. Das Gasangebot bzw. die Dosis ist in Gleichung 3.7 defi-niert und kann als Maß f¨ur die Gasteilchen genommen werden, die pro Fl¨acheneinheit in einer Zeitspanne t auf die Oberfl¨ache aufgetroffen sind.
X(t) = Zt
0
p(t0)dt0 (3.7)
Als Einheit f¨ur das Angebot bzw. f¨ur die Dosis wird in der Regel ”Langmuir [L]“
verwendet, wobei gilt
1L= 10−6T orr·s= 1.333·10−4P a·s (3.8) Der von der Ionisationsmessr¨ohre angezeigte Druck ist auf Stickstoff geeicht und muss f¨ur andere Gase mit einem Korrekturfaktor f¨ur die Empfindlichkeit des entsprechenden Gases versehen werden. In der Literatur wird h¨aufig sowohl die Empfindlichkeit als auch deren Kehrwert tabelliert. Der Partialdruck eines bestimmten Gases ergibt sich aus dem angezeigten (auf Stickstoff normierten) Druck dividiert durch die Empfindlichkeit. F¨ur
Abb. 3.8: Druck gegen¨uber der Zeit w¨ahrend eines Adsorptionsexperiments. Diese Kurve dient zur Bestimmung der Menge des angebotenen Gases.
Kohlenmonoxid ist die Empfindlichkeit 1.07 [Hen94] und kann deshalb vernachl¨assigt wer-den. Die Empfindlichkeit f¨ur Sauerstoff ist 0.84 [Hen94], die f¨ur Ethylen 2.14 [Gre98].
Sofern nicht ausdr¨ucklich etwas anderes angegeben wird, sind alle Dosisangaben in dieser Arbeit bereits mit den entsprechenden Werten korrigiert.
Die Dosiswerte wurden in der Regel auf eine Nachkommastelle genau angegeben und k¨onnen gut untereinander verglichen werden. Beim Vergleich mit Daten aus der Literatur ist jedoch eine gewisse Vorsicht geboten, da die Gr¨oßen doch noch von vielen experimen-tellen Parametern abh¨angen, wie z.B. geometrische Position und Eichung der Vakuum-messr¨ohre. Hierzu wird in der Literatur selten eine Angabe gemacht.
In Abb. 3.8 ist ein typisches Diagramm zur Druckaufzeichnung w¨ahrend eines Adsorptions-experiments gezeigt. Es ist der von der Messr¨ohre aufgezeichnete Druck gegen¨uber der Zeit dargestellt. Durch Integration gem¨aß Gleichung 3.7 und Ber¨ucksichtigung eventueller Kor-rekturfaktoren kann die Dosis berechnet werden. W¨ahrend jedem Experiment wurde das Massenspektrometer zur Aufzeichnung mitverwendet, um die Reinheit des Adsorbatgases und den Restgasdruck in der Kammer ¨uberwachen zu k¨onnen.
In diesem Kapitel werden die verwendeten Substrate und Adsorbate vorgestellt. Außerdem wird auf die Pr¨aparation der Kupferfilme und ihre theoretische Beschreibung eingegangen.
Es sollen hier auch vor allem die theoretisch m¨oglichen Schwingungen des in dieser Arbeit wichtigsten Adsorbats vorgestellt werden, n¨amlich die des Ethylen.
4.1 Eigenschaften der verwendeten Ionenkristalle
Magnesiumoxid (MgO) wird h¨aufig als Material verwendet, wenn man d¨unne Metallfil-me auf Ionenkristalle aufdampfen will. MgO ist auch bei hohen Temperaturen noch sehr stabil und ¨außerst strahlungsresistent im Vergleich zu Alkalihalogeniden [Zho97]. Zhou et al. konnten zeigen, dass man die besten MgO(001)-Oberfl¨achen durch Spaltung im UHV erzeugt [Zho94]. Die in dieser Arbeit verwendeten MgO(001)-Oberfl¨achen wurden ausnahmslos durch UHV-Spaltung gewonnen. Trotz mancher Vorteile des MgO als Sub-strat war es dennoch nicht f¨ur alle hier vorgestellten Experimente geeignet. Abb. 4.1 zeigt IR-Absolutspektren (d.h. Messungen des Substrats gegen¨uber Vakuum als Referenz) von MgO(001) im Vergleich zu KBr(001). Die Transmission des MgO f¨allt ab etwa 1500cm−1
Abb. 4.1: Absolutspektren von KBr(001) und MgO(001).
stark ab und ist bereits bei etwa 1200cm−1 vollst¨andig auf Null. Da man aber f¨ur das in dieser Arbeit wichtige Adsorbat Ethylen Schwingungen unterhalb dieser Frequenz erwar-tet (vgl. Kap. 4.4) eignet sich hierf¨ur MgO nicht als Substrat f¨ur Transmissionsmessungen.
Dagegen erkennt man aus dem Absolutspektrum f¨ur Kaliumbromid (KBr), dass dieses noch bis etwa 500cm−1 transparent ist. Danach f¨allt dessen Transmission ¨ahnlich stark ab wie die des MgO unterhalb 1500cm−1, dieser Bereich wurde hier jedoch nicht mehr mitgemessen, da hierf¨ur auch der verwendete Detektor nicht mehr spezifiziert ist.
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Sowohl MgO(001) als auch KBr(001) lag in quaderf¨ormigen Bl¨ocken mit Querschnitt 7mm × 7mm vor. Beide Materialien wurden von Kristallhandel Kelpin (Leimen) bzw.
von der Nachfolgefirma TBL-Kelpin (Neuhausen) bezogen. ¨Uber die Reinheit der Mate-rialien wurde eine Angabe von > 99.9% gemacht. Kaliumbromid wurde außerdem noch von Kristallhandel Korth (Altenholz bei Kiel) mit der Reinheitsangabe
”bandenfrei“ be-zogen. In Kapitel 5.1 vorgestellte Messungen, die auf KBr-Substraten beider Firmen wie-derholt wurden, ließen sich aber sehr gut reproduzieren. W¨ahrend MgO wie erw¨ahnt im UHV gespalten wurde, war dies bei KBr nicht m¨oglich, da die Kristallspaltzange an der UHV-Kammer hierf¨ur ungeeignet ist [Kra99]. Wie in [Kra99] weiter beschrieben, liegt das an der f¨ur KBr viel geringeren H¨arte als f¨ur MgO. Zum Vergleich: KBr hat eine Mohs-H¨arte von 2.0 und eine Knopp-Mohs-H¨arte von 7.0kg mm−2, die Werte f¨ur MgO sind 6.0 bzw.
690kg mm−2. Die Mohs-H¨arte ist ein Maß f¨ur die dynamiche, die Knopp-H¨arte ein Maß f¨ur die statische H¨arte. Im Falle von KBr wurde von einem quaderf¨ormigen Block an Luft ein etwa 3−5mmdickes St¨uck abgespalten und innerhalb weniger Minuten ins Transfer-system eingebaut. Hier wurde der Probenhalter samt KBr-Kristall f¨ur mehrere Stunden bei einer Temperatur von≈420K und einem Druck von≈1·10−7hP a geheizt, um Ad-sorbate aus der Luft zu entfernen. Nach Einschleusen in die UHV-Kammer wurde dort der Kristall nochmals etwa vier Stunden bei einer Temperatur von etwa 470K geheizt, um Defekte auszuheilen. Der Druck ¨uberstieg dabei nie einen Wert von etwa 2·10−9hP a.
Bennewitz et al. konnten mittels DFM-Aufnahmen (DFM=Dynamic Force Microscopy) zeigen, dass ¨ahnlich pr¨aparierte und an Luft gespaltene KBr-Kristalle von der Qualit¨at mit UHV-gespaltenen vergleichbar sind [Ben01].