Entwicklung eines Spektrometers zur Vermessung der Emissionscharakteristik von Photoelektronen

Diplomarbeit aus dem Jahr 2000 im Fachbereich Elektrotechnik, Note: 2,7, Albert-Ludwigs-Universität Freiburg (Physik), Sprache: Deutsch, Abstract: Inhaltsangabe:Einleitung:
Ziel dieser Arbeit ist es, ein Elektronenspektrometer zu entwickeln, aufzubauen und zu testen, welches erstmals die Möglichkeit bietet, die Energie- und Winkelverteilung von Photoelektronen simultan zu messen. Dazu werden die Elektronen durch ein elektrisches Feld auf einen positionsempfindlichen Detektor abgebildet. Aus der gemessenen Flugzeit und dem Auftreffort auf dem Detektor kann der dreidimensionale Impuls der Photoelektronen berechnet werden. Äquivalent hierzu ist die Angabe der Energie, sowie des polaren und des azimutalen Emissionswinkels der Photoelektronen. Darüber hinaus sollten, falls die parallel aufgebaute Kammer zur Präparation der Kristalle rechtzeitig zur Verfügung stünde, möglichst erste Messungen zur winkeldifferentiellen Photoemission durchgeführt werden.
Gang der Untersuchung:
In Kapitel 1 werden zunächst die theoretischen Grundlagen der Photoemission aus NEA-GaAs-Halbleiterkristallen erklärt und die zu erwartenden Energien der Elektronen diskutiert. Zur Erzeugung des Zustandes der negativen Elektronenaffinität für die Halbleiterkristalle wird ein aufwendiges Mehrkammer-Präparationssystem benötigt, dessen Aufbau und Funktionsprinzip in Kapitel 2 näher erläutert wird. Der Aufbau des Spektrometers zur Vermessung der Emissionscharakteristik der Photoelektronen wird in Kapitel 3 vorgestellt. Um die Flugbahnen der Elektronen im Spektrometerinnern zu untersuchen, wurden Simulationsrechnungen durchgeführt. Diese werden in Kapitel 4 zusammen mit dem Auflösungsvermögen des Spektrometers beschrieben. Kapitel 5 befasst sich mit den ersten Testmessungen, die mit dem Elektronenspektrometer durchgeführt wurden. Aufgrund unvermeidbarer Konstruktionsmerkmale der Kristallhalterung sind diese Testmessungen und die daraus erhaltenen Energieverteilungen der Photoelektronen jedoch nicht aussagekräftig, wie der Vergleich mit aktuellen Messungen zeigt. Eine verbesserte Kristallhalterung wurde konstruiert und beendet sich derzeit in der Fertigung.
Inhaltsverzeichnis:Inhaltsverzeichnis:
1.Photoemission aus NEA-GaAs9
1.1Negative Elektronenaffinität9
1.2Modell der Photoemission13
1.3Energieverteilung der Photoelektronen15
2.Das Präparationssystem19
2.1Experimenteller Aufbau19
2.2Präparation der Photokathoden22
3.Das Elektronenspektrometer29
3.1Anforderungen an das Spektrometer29
3.2Experimenteller Aufbau der Spektrometerkammer30
3.3Die Laseroptik und die Abbildungselektroden32
3.4Der positionsempfindliche Detektor35
3.4.1Die Microchannelplates36
3.4.2Die Delay-Line-Anode38
3.5Signalverarbeitung und Datenaufnahme39
4.Berechnung der Photoelektronenenergie43
4.1Bewegungsgleichungen im homogenen elektrischen Feld44
4.2Feldverlauf und Elektronenlaufbahnen im Spektrometer46
4.2.1Einfluss der Kontaktpotentiale auf die Flugzeit50
4.2.2Einfluss der Kontaktpotentiale auf den Auftreffort51
4.3Auflösungsvermögen52
5.Erste Testmessungen57
5.1Durchführung der Testmessungen58
5.1.1Messung der Flugzeit58
5.1.2Messung des Auftrefforts60
5.2Energieverteilung der Photoelektronen62
5.2.1Longitudinale Energieverteilung62
5.2.2Transversale Energieverteilung64
Zusammenfassung und Ausblick65
Literaturverzeichnis67